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INDICE 1 Introduzione pag. 1
2 Prova penetrometrica dinamica SPT 4
2.1 ASPETTI PRELIMINARI 5
2.2 APPLICABILITA DELLE PROVE E DEI RISULTATI 7
2.3 PROCEDURA DI RIFERIMENTO ISSMFE E CONFRONTO CON LE
RACCOMANDAZIONI AGI 7
2.3.1 Sondaggio in preparazione 7
2.3.2 Campionatore 9
2.3.3 Aste 10
2.3.4 Dispositivo di battitura 12
2.3.5 Modalit esecutive 12 2.3.6 Taratura del sistema 15
2.4 MECCANISMI DI INFISSIONE E RELATIVI RENDIMENTI 22
2.4.1 Dispositivi con cabestano e fune 22
2.4.2 Dispositivi con sganciamento automatico 24
2.4.3 Considerazioni finali 27
2.5 CONFRONTI TRA EUROCODICE E PROCEDURA DI RIFERIMENTO ISSMFE
28
2.6 UTILIZZO DEI RISULTATI NSPT 29
2.6.1 Introduzione 29
2.6.2 Fattori che influenzano i valori di NSPT 30
2.6.3 Descrizione ed indicazioni preliminari sulle
caratteristiche di un deposito 41
2.7 STIMA DEI PARAMETRI GEOTECNICI SU TERRENI INCOERENTI 42
2.7.1 Densit relativa 42
2.7.2 Considerazioni sulla densit relativa in funzione di NSPT
52
2.7.3 Angolo di attrito efficace 53
2.7.4 Modulo di deformazione (modulo di Young) 57
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correlazioni geotecniche
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2.7.5 Modulo Edometrico (o confinato) 62
2.7.6 Modulo di taglio dinamico Go 64
2.8 CEDIMENTI 67
2.8.1 Metodi che si ispirano allapproccio di Terzaghi e Peck
68
2.8.2 Metodi che correlano NSPT ad un parametro di deformabilit
69
2.8.3 Metodo sperimentale di Anagnostopoulos e Papadopoulos
70
2.8.4 Correlazioni DIN 73
2.8.5 Osservazioni di sintesi 75
2.9 STIMA DELLA RESISTENZA ALLA LIQUEFAZIONE 75
2.9.1 Caratteri generali 75
2.9.2 Criterio di valutazione della resistenza alla liquefazione
79
2.9.3 Prove SPT e resistenza alla liquefazione 83
2.9.5 Influenza della percentuale di fine (F) 86
2.10 STIMA DEI PARAMETRI GEOTECNICI SU TERRENI COESIVI 88
2.10.1 Metodo edometrico 93
2.10.2 Rapporto di sovraconsolidazione 93
2.10.3 Modulo dinamico di taglio 94
2.10.4 Resistenza al Taglio 94
2.11 CORRELAZIONI SPT-CPT 95
2.11.1 Considerazioni sulla correlazione SPT-CPT 100
2.12 CONSIDERAZIONI SULLE PROVE SPT 101
3. Prove penetrometriche dinamiche (DP) 102
3.1 ASPETTI PRELIMINARI 103
3.2 PROCEDURA DI RIFERIMENTO ISSMFE (1988) 106
3.2.1 Tipologia dei penetrometri dinamici standard 106
3.2.2 Definizioni 107
3.2.3 Campo di applicazione 109
3.2.4 Dati tecnici dei penetrometri standard ISSMFE 1988 110
3.3 NORMA EN ISO 22476-2-2003 113
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3.3.1 Differenze rispetto alla norma ISSMFE e alle
raccomandazioni AGI 113
3.3.2 DPSH in Italia e DPSH-A,B della norma EN-ISO 113
3.4 CONFRONTO TRA PENETROMETRI ITALIANI E PRASSI ITALIANI E
PROCEDURA ISSMFE 113
3.4.1 Introduzione 113
3.4.2 Penetrometro tipo leggero 115
3.4.3 Penetrometro tipo DPSH-Emilia 116
3.4.4 Penetrometri DPSH Meardi-AGI 117
3.4.5 Commenti alla procedura ISSMFE 121
3.5 TIPI DI TEST PENETROMETRICI DINAMICI 122
3.6 ENERGIA GENERATA DAL MAGLIO 123
3.7 INFLUENZA DEL LIVELLO E DELLA STORIA DELLO SFORZO SULLA
RESISTENZA ALLA PENETRAZIONE DINAMICA 126
3.8 PENETROMETRO DINAMICO SRS 15 128
3.9 VALUTAZIONE QUALITATIVA E DERIVAZIONE DEI VALORI
CARATTERISTICI GEOTECNICI 133
3.9.1 Generalit 133
3.9.2 Esempi di influenze geotecniche e strumentali sui
risultati delle prove penetrometriche dinamiche 133
3.9.3 Esempi per sondaggi penetrometrici in terreni granulari
grossolani 134
3.9.4 Esempi di prove penetrometriche dinamiche in terreni a
grana fine 136
3.9.5 Esempi di sondaggi dinamici in terreni a grana mista
138
3.9.6 Esempi di risultati di prove DP superficiali 139
3.9.7 Esempi di influenza della falda 140
3.9.8 Esempi dellinfluenza dellattrezzatura 140
3.10 PRESSIONE NEUTRA GENERATA DURANTE LE PROVE PENETROMETRICHE
DINAMICHE 141
3.11 CONSIDERAZIONI SULLE PROVE DP 143
4. Prove penetrometriche effettuate presso il cantiere
dellOspedale Nuovo
di Bergamo 144
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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4.1 INTRODUZIONE 145
4.2 INQUADRAMENTO GEOLOGICO E GEOMORFOLOGICO 147
4.3 STRUTTURA IDREOGEOLOGICA REGIONALE 148
4.4 STRATIGRAFIA LOCALE DEL SOTTOSUOLO 149
4.5 MODALITA DI ESECUZIONE DELLE PROVE PENETROMETRICHE DINAMICHE
150
4.6 VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE GEOTECNICHE DEI TERRENI
152
5. Correlazioni SPT-DP 158
5.1 INTERPRETAZIONI E CORRELAZIONI 159
5.1.1 Correlazioni NDP NSPT 160
5.1.2 Correlazioni in Svizzera 165
5.1.3 Correlazioni utilizzando qd (o rd) 166
5.1.4 Correlazione NDP = f(qc) 168
5.2 CORRELAZIONI PENETROMETRO SRS SPT 170
5.3 COMPARAZIONE DEI VALORI 181
5.4 COMMENTI FINALI 182 BIBLIOGRAFIA 186
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correlazioni geotecniche
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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1. Introduzione Loggetto di studio di questo lavoro quello di
chiarire le modalit con cui si tendono a correlare i
valori ottenuti dalle prove penetrometriche dinamiche rispetto
ai parametri geotecnici dei terreni.
risaputo che i sondaggi penetrometrici in generale sono atti
allo studio dei terreni a profilo
irregolare, allindividuazione di eventuali zone di scarsa o
scarsissima resistenza, sfuggite
allindagine eseguita mediante i sondaggi diretti, ed alla
valutazione della densit relativa dei terreni
dotati di scarsa o nulla coesione. Premesso che i terreni ad
andamento stratigrafico irregolare
costituiscono la grande maggioranza rispetto a quello a profilo
regolare, occorre dire che in
sondaggi diretti eseguiti nel primo tipo di sottosuolo lasciano
ampio margine allinterpretazione.
Il problema principale che sorto da questo studio che, sebbene
la prova penetrometrica dinamica
con campionatore sia standardizzata (anche solo per quanto
concerne il campionatore, la massa del
maglio e laltezza di caduta), le prove penetrometriche dinamiche
con punta conica, di contro, non
sono soggette a standardizzazioni. Si cercato di porre rimedio
tramite lemanazione di Procedure
di Riferimento Internazionali (ISSMFE) o tramite gli Standards
Europei che cercassero di dare delle
linee guida, ma in linea di massima non esiste alcune
correlazione certa tra i risultati dei valori
ottenuti con i penetrometri dinamici a punta conica e le
propriet geotecniche dei terreni.
Di seguito sono presentate le due prove penetrometriche
dinamiche e le eventuali correlazioni
esistenti, applicate ad una prova effettuata presso il cantiere
della Keller Grundbau a Bergamo.
La prova penetrometrica dinamica consiste nel conteggio del
numero dei colpi necessari per
infiggere mediante un peso una batteria di aste nel terreno di
successive quantit costanti.
I dati che si ricavano dalla prova forniscono indicazioni
qualitative e quantitative delle
caratteristiche del sottosuolo e trovano ampia applicazione in
meccanica dei terreni. I sondaggi
penetrometrici dinamici si sono sviluppati in tutto il mondo a
partire dagli studi di Mohr negli Stati
Uniti. La loro grande diffusione legata principalmente alla
possibilit di operare direttamente in
situ fornendo indicazioni geotecniche in continuo insieme alla
possibilit di penetrare in strati ad
elevata resistenza (ghiaie, sabbie dense) non altrimenti
superabili da altre apparecchiature
penetrometriche.
noto come un oggetto conico infisso mediante battute successive
incontri durante la penetrazione
una resistenza che direttamente proporzionale a quella del mezzo
attraversato.
Se il mezzo attraversato il terreno, questa resistenza dipende
dalle caratteristiche fisico-
meccaniche nel quale esso si trova allo stato naturale e pi in
particolare in terreni incoerenti
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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(sabbie, ghiaie) prevalentemente dallo stato di addensamento dei
granuli ed in terreni coerenti e
coesivi prevalentemente dal contenuto in umidit naturale.
Mantenendo costante alcune caratteristiche del sistema di
battuta del cono e tra queste: il peso della
massa battente, la sua altezza di caduta, il numero di caduta
nellunit di tempo, si ottiene un
sistema di infissione controllato nel quale il conteggio del
numero di cadute ( = numero di colpi
N) della massa battente, per ottenere approfondimenti della
punta conica nel terreno di una
profondit costante (10-20-30 cm), pemetter di costituire un
istogramma.
Tenuto costante nelle sue caratteristiche lapparato di
infissione le variabili risultano legate al valore
di resistenza, resistenza dinamica, che i terreni oppongono alla
penetrazione del cono (per quanto
concerne le DP) cos come viene visualizzato dallo stesso
istogramma.
Nel presente lavoro citata la prova SPT (Standard Penetration
Test) allinterno del capitolo 1.
Come gi detto lutensile di percussione pu essere cavo o a punta
chiusa. In questo tipo di prova
lutensile infisso a percussione e si misura il numero di colpi
NSPT richiesto per un avanzamento
prefissato. Tali prove consentono di risalire mediante
procedimenti empirci al profilo stratigrafico
ed alle caratteristiche di resistenza al taglio e di
deformabilit.
Sebbene la prova sia relativamente rozza sono state approntate
tabelle e diagrammi con le
caratteristiche dei terreni granulari, per i quali daltra parte
i risultati delle prove penetrometriche
sono pi attendibili.
Allaumentare della profondit oltre i 20 m i risultati sono meno
attendibili in relazione anche alla
diminuzione dellenergia trasmessa alla punta (Colombo e
Colleselli, 1996).
I limiti delle correlazioni empiriche sono noti. Tuttavia un uso
pi affidabile di tali correlazioni pu
derivare da una migliore conoscenza dei fattori che influenzano
i parametri di interesse ed i risultati
delle prove penetrometriche.
In particolare, noto che la resistenza penetrometrica
influenzata dalla densit relativa, dalle
tensioni geostatiche e dalle caratteristiche strutturali (ad
esempio cementazione, aging, ecc.).
Si deve verificare che, nel caso delle prove penetrometriche
dinamiche, la resistenza penetrometrica
diversamente influenzata dalla granulometria in ragione del tipo
di punta (punta aperta, punta
chiusa).
Una prima correlazione si ha tra la densit relativa e i valori
di NSPT indicata in via quantitativa da
Terzaghi e Peck nel 1948 e poi in via quantitativa da Gibbs e
Holtz (1957). Vi sono anche delle
correlazioni tra angolo di attrito e la DR per terreni con
differenti granulometrie. (Colombo e
Colleselli, 1996).
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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Il capitolo 2 si addentra nello specifico della prova SPT con i
valori geotecnici ricavabili. Il capitolo
3 descrive invece le prove DP, con tutti i pro ed i contro di
queste prove dinamiche. La penetrazione
dinamica di una punta conica nel terreno consente di
riconoscere, dallandamento del numero dei
colpi N con la profondit, la litologia del sottosuolo nelle sue
linee essenziali.
In particolare sono generalmente differenziabili i terreni
incoerenti dai terreni coerenti. Nel primo
caso listogramma presenta un andamento frastagliato a picchi
contrapposti, alternanza di elevati
valori di N con valori pi bassi, tanto pi diversificati pi
elevata la densit del mezzo, mentre nel
secondo i valori risultano pi costanti caratterizzandosi
mediante una netta linearit del grafico. Tali
diversit morfologiche sono ricollegabili alle differenti modalit
di rottura che caratterizzano i
litotipi resistenti per attrito interno tra i granuli da quelli
resistenti prevalentemente per coesione.
Particolare attenzione va posta in presenza di terreni sabbiosi
di scarsa densit: qui infatti bassi
valori di addensamento tra i granuli corrisponde una diminuzione
ed un appiattimento dei valori di
N, tanto da far assumere allistogramma un andamento simile a
quello ottenibile dei terreni coesivi.
Pi comunemente il grafico ricavato dalla penetrometria dinamica
consente in prima
approssimazione di individuare la costituzione litologica per
omogeneit geomeccanica degli strati
costituenti il sottosuolo e pi in particolare lalternanza di
litotipi granulari da quelli pelitici.
Nel capitolo 4 vengono riportati i diagrammi delle prove
penetrometriche da me effettuate tramite il
penetrometro tedesco pesante, SRS, con i valori geotecnici
ricavati (Densit Relativa, angolo
dattrito, modulo confinato, modulo di Young e modulo di taglio
dinamico), dal valore puramente
dimostrativo ed indicativo, comparati poi con i valori reali dei
terreni. Nel capitolo 5 si affrontano le
correlazioni pi probabili tra il penetrometro tedesco,
utilizzato per le prove in cantiere, e le SPT,
cercando poi di arrivare, in maniera quantitativa, alla
correlazione tra SRS e il penetrometro
Meardi, utilizzato in Italia.
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2. Prova penetrometrica dinamica SPT
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2.1 Aspetti preliminari
La prova SPT, in tutto il mondo, da molti anni la pi conosciuta
e la pi praticata prova
geotecnica in sito. Ciononostante esistono ancora oggi dubbi
sullaffidabilit generale e sulla
ripetibilit dei suoi risultati, specialmente in terreni
misti.
Al di l di questa prudente premessa essa risulta essere
utilissima specialmente se accompagnata da
altre prove geotecniche in sito e se si ottempera regolarmente
ad una serie di condizioni iniziali.
La prova SPT consente di determinare la resistenza che un
terreno offre alla penetrazione dinamica
di un campionatore infisso a partire dal fondo di un foro di
sondaggio.
La resistenza funzione delle caratteristiche e del tipo di
terreno. Con la prova viene anche
prelevato un campione (non indisturbato) del terreno
interessato.
Essa consiste nel far cadere un maglio, del peso di 63.5 kg, da
un'altezza di 760 mm, su una testa di
battuta fissata alla sommit di una batteria di aste alla cui
estremit inferiore avvitato il
campionatore di dimensioni standard (fig.2.1 e 2.1 bis).
Fig. 2.1 SPT Schema di principio-non in scala
Il numero dei colpi (N) necessario per una penetrazione del
campionatore pari a 300 mm (dopo
l'eventuale penetrazione quasi statica per gravit e dopo 150 mm
di infissione dinamica per il
posizionamento) il dato assunto come indice della resistenza
alla penetrazione (NSPT), anche se c
da aggiungere che essendo messa a punto negli anni venti negli
USA, linfissione misurata in
piedi.
stata evidenziata la necessit di una standardizzazione di ogni
singolo aspetto della prova:
Caratteristiche del campionatore;
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Dimensione delle aste;
Caratteristiche del sistema di battitura;
Tecnica di perforazione e dimensione del suolo.
Le cause maggiori di possibili errori nei risultati sono
essenzialmente da ricercare in due categorie
principali:
A) la variabilit dellenergia che entra nelle aste e che si
trasmette al campionatore;
B) la variabilit delle tensioni efficaci e del disturbo del
terreno nel punto di prova al fondo del
foro.
Vari autori raccomandano quindi:
luso di un sistema di sganciamento automatico del maglio;
perforazione con sonda a rotazione in presenza continua di fango
bentonitico.
Fig. 2.1 bis a), c) Meccanismo con punta grossa per terreni
sabbiosi (Smoltczyk, 1990; Clayton et al, 1995) b) sonda per
terreni fini con possibilit di prelievo di un campione (Clayton et
al, 1995)
Per contro dimostrato che in presenza di una attenta
supervisione e di metodi di perforazioni
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correlazioni geotecniche
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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adeguati (sonda rotativa in presenza di fango bentonitico,
diametri di perforazione non troppo
grandi), le prove SPT possono essere considerate
sufficientemente ripetitive.
A questo riguardo si possono fare le seguenti
considerazioni:
nel caso delle prove in foro di sondaggio vi da attendersi una
certa dispersione dei risultati;
per tale motivo il confronto, e a maggior ragione il progetto,
se basato su poche verticali pu
condurre a valutazioni errate;
nel caso di un numero adeguato di prove e di verticali si
perviene a confronti certamente
soddisfacenti.
2.2 Applicabilit della prova e dei risultati La prova SPT ha
alcuni grandi vantaggi rispetto alle altre prove in sito:
eseguibile nel corso di un sondaggio senza l'adozione di
particolari e costose attrezzature
supplementari;
pu essere eseguita in tutti i tipi di terreno;
consente, attraverso l'esame del campione prelevato, una pi
sicura interpretazione del
risultato;
diffusa in tutto il mondo.
Per contro:
non simula in genere il comportamento del terreno nel campo
delle sollecitazioni statiche ed
i risultati possono essere quindi correlati solo empiricamente
con i parametri geotecnici;
i risultati possono essere fortemente influenzati dalle
caratteristiche dell'attrezzatura, dalle
modalit esecutive e dalla professionalit dell'operatore.
Infine la prova SPT si rivelata molto utile nello studio dei
fenomeni di liquefazione dei terreni non
coesivi soggetti ad azione dinamiche.
2.3 Procedura di riferimento ISSMFE e confronto con le
raccomandazioni AGI 2.3.1 Sondaggio in preparazione Lattrezzatura
di sondaggio deve essere tale da garantire che il fondo del foro
sia ragionevolmente
pulito e la prova venga eseguita in terreno relativamente
indisturbato.
Il sondaggio deve essere pulito ed essenzialmente non disturbato
alla quota di prova e senza un
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gradiente di pressione d'acqua di risalita.
Le raccomandazioni AGI prescrivono che la pulizia deve essere
accertata prima di iniziare la prova
e che laltezza dei detriti e/o dei materiali rifluiti non deve
superare 70 mm rispetto alla profondit
precedentemente raggiunta con la perforazione (Cestari,
1996).
Nella perforazione a distruzione con circolazione diretta (wash
boring) lutensile deve avere lo
scarico del fluido laterale anzich verso il basso. Di
conseguenza inaccettabile lavanzamento
ottenuto pompando direttamente il fluido attraverso il
campionatore.
Quando presente il rivestimento provvisorio del foro di
sondaggio, lutensile di perforazione
(carotiere, elica, ecc.) deve avere un diametro (de) non
superiore al 90% di quello interno (Di) del
rivestimento de/Di < 0.9.
Quando si attraversa un terreno che non garantisce la stabilit
del foro deve essere utilizzato il
rivestimento oppure il fango.
Il diametro del foro deve essere compreso tra 63.5 e 150 mm.
Le raccomandazioni AGI sono meno restrittive (200 > Di >60
mm) ma la prassi italiana in buon
accordo in quanto il diametro interno del rivestimento nei
normali sondaggi geotecnici non supera
in genere 150 mm e, nell80% dei casi, pari a 107 mm. Nella norma
ASTM il diametro interno del
rivestimento deve essere:
162 > Di > 56mm.
Nella pratica italiana la perforazione in preparazione alla
prova SPT viene eseguita:
con il carotiere a secco, cui segue la messa a quota del
rivestimento (con il carotiere nel foro
oppure estratto); per linfissione del rivestimento si impiega la
circolazione diretta di fluido
(solitamente fango);
con il carotiere wire-line e circolazione di fluido tra
carotiere e batteria di aste (che hanno anche
la funzione di rivestimento); in questo caso nel ristretto
spazio anulare tra carotiere e batteria
pu verificarsi leffetto jetting;
con attrezzo a distruzione, manovrato da aste di perforazione
oppure wire-line, e fluido (in
genere fango) in circolazione; il rivestimento, quando non si
usa il wire-line, viene fatto seguire
come gi descritto; con questo metodo occorre impiegare attrezzi
che abbiano i passaggi di
fuoriuscita del fluido radiali rispetto alla verticale del foro
onde evitare leffetto jetting; con i
triconi una sufficiente radialit del flusso garantita ma con gli
altri attrezzi deve essere
verificata o creata appositamente (Cestari, 1996).
-
La Procedura ISSMFE non entra nel dettaglio dei metodi e degli
utensili di perforazione indicando
quelli accettabili o meno per una buona esecuzione della
prova.
Nel Document 2, a premessa della Procedura, accenna ad alcune
cause di disturbo nelleseguire il
foro in preparazione a prove relativamente superficiali (ma
generalizzabili):
(i) carico idrostatico nel foro minore di quello esterno dovuto
alla falda, causa di rifluimenti
dalla base del sondaggio;
(ii) perforazione spinta a maggiore profondit di quella
prefissata (overboring);
(iii) infissione del rivestimento a profondit maggiore dei
quella prefissata (overdriving of the
casing);
(iv) estrazione del rivestimento.
Nella situazione descritta in (i) il risultato della prova pu
essere in difetto poich a causa del
fenomeno di rifluimento il terreno meno addensato che allo stato
naturale; pu viceversa risultare
in eccesso quando, entrando nel rivestimento, rende difficoltosa
la penetrazione del campionatore
(Cestari, 1996).
2.3.2 Campionatore Il tubo campionatore di acciaio indurito ed
ha superfici (esterna ed interna) lisce. Il diametro
esterno di 51 1 mm e quello interno 35 1 mm. La lunghezza minima
di 457 mm (esclusa la
scarpa tagliente terminale; fig. 2.2).
fig.2.2 Campionatori della prova SPT
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ASTM differisce notevolmente in quanto il diametro interno si
allarga da ~ 35 mm, in
corrispondenza del solo tagliente, a 38.1 mm per tutto il
campionatore. La presenza di un cilindro
portacampionatore interno solo facoltativa con lavvertenza che
tale presenza pu significare
valori di N maggiori del 10 30%. Anche le tolleranze ammesse
sono differenti.
Le Raccomandazioni AGI specificano che il diametro interno deve
essere 35 mm ma questo pu
essere costituito dal portacampione; le tolleranze ammesse nei
diametri sono 0.5 mm anzich 1
mm.
ISSMFE non specifica che il campionatore deve essere apribile
longitudinalmente in due met
(Cestari, 1996).
La scarpa del campionatore ha lunghezza 76 1 mm ed ha diametri
identici a quelli del
campionatore; nei 19 mm terminali rastremata a tagliente per
favorire la penetrazione. costituita
da acciaio indurito, come il campionatore. Deve essere riparata
o sostituita quando sbeccata o
distorta.
Allestremit inferiore del campionatore avvitato un raccordo per
le aste di manovra che contiene
una valvola a sfera (valvola di non ritorno) ed ampie aperture
di scarico (sfiati), al di sotto della
valvola, sufficienti a non creare ostacoli alla fuoriuscita di
aria/acqua/fango, durante linfissione.
La valvola deve essere a tenuta dacqua nella fase di
estrazione.
2.3.3 Aste Le aste di acciaio, che collegano la testa di battuta
del maglio con il campionatore, devono avere
momento di inerzia della sezione adeguato alla loro lunghezza
complessiva ed al contenimento
laterale
Caratteristiche appropriate sono:
Diametro aste
D (mm) Mod. di resistenza (*)
W (m x ) 610 Peso per metro lineare
(kg)
40.5 50 60
4.28 8.59 12.95
~ 4.23 ~ 7.23 ~ 10.33
Tabella 2.1 Tipi di aste consigliate nella Proceduta ISSMFE
(*) per sezioni anulari con diametro De (esterno) e di
(interno): W = /32 (De 4 Di4)/De
Aste di peso superiore a 10.0 kg/m non devono essere utilizzate
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ASTM prescrive aste di rigidezza (modulo di resistenza) non
inferiore a quella delle aste di
perforazione di tipo A (diametri 41.2/25.5 mm; modulo di
resistenza 5.29 x ). 610
La Raccomandazione AGI prescrive aste di diametro non minore di
quelle di tipo B (diametri 50/37
mm; modulo di resistenza 8.59 x m) con concentratori ogni 3 m
per prove di profondit
superiore a 15 m.
610
Successive esperienze hanno indicato che limpiego dei
concentratori non importante e pu essere
abolito; altrettanto pu dirsi per lutilizzo dei vari tipi di
aste entro i limiti di cui alla tabella
precedente, ed entro la profondit di 30m.
In Italia frequente limpiego delle medesime aste di perforazione
di tipo N anche per lesecuzione
delle prove SPT. Tali aste hanno caratteristiche:
Diametro x spessore (mm)
Mod. di resistenza W (m x ) 610
Peso (kg/m)
67 x 8
76 x 5.9 70 x 5
19.4 21.1 15.5
12.7 12.7 10
Tabella 2.2 Aste per perforazioni a scopo geotecnico in uso in
Italia
Esperienze svolte dallo Studio Geotecnico Italiano in sabbie
micacee NC (depositi lacustri) in
Valtellina, entro la profondit di 35 m ed in fori adiacenti
eseguiti adottando aste di diametro di 42
mm ed aste di diametro di 67 mm, rispettivamente, hanno indicato
che con le aste da 67 mm la
resistenza alla penetrazione pi elevata. La media di 150 prove
con aste da 67 mm ed altrettante
(in parallelo) con aste da 42 mm, risultato pari a:
NSPT(67)/NSPT (42) = 1.15
Tale dato sembra in linea con la teoria dellenergia che entra
nelle aste con ciascun colpo di maglio,
secondo la quale lenergia trasmessa inversamente proporzionale
alla sezione delle aste (Cestari,
1996).
Le aste devono essere diritte ed in sito vanno periodicamente
controllate a tal fine.
Quando misurate su tutta la lunghezza ciascun asta deve
presentare una flessione inferiore all1%o.
Le aste devono essere strettamente avvitate in corrispondenza
dei giunti.
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correlazioni geotecniche
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2.3.4. Dispositivo di battitura
Il dispositivo deve comprendere:
1 la testa di battuta in acciaio strettamente avvitata
allestremit della batteria di aste. La
forma deve essere tale da massimizzare lenergia trasferita dal
maglio alle aste;
2 il maglio di acciaio del peso di 63.5 0.5 kg.
3 Il dispositivo di rilascio che consenta al maglio una caduta
libera di 760 mm.
Non sembra quindi accettabile per la procedura ISSMFE limpiego
del cabestano e della fune per il
movimento del maglio (caduta non libera), anche se il metodo non
esplicitamente menzionato.
La Raccomandazione AGI invece molto esplicita nel dichiarare
inaccettabile il metodo del
cabestano manovrato con la fune.
ASTM consente luso di questo metodo (diffusissimo negli USA)
limitandosi a prescrivere la
possibilit di una maggiore corsa di 100 mm per il maglio e
suggerendo di marcare in modo
permanente lasta di guida del maglio, in corrispondenza
dellaltezza prescritta, per facilitare il
controllo da parte delloperatore (Cestari, 1996).
Il dispositivo di guida del maglio deve consentire che la caduta
avvenga con resistenze minime.
Linsieme del dispositivo di battitura non deve superare il peso
di 115 kg.
L dove importante paragonare i risultati delle prove SPT
ottenuti con differenti attrezzature si
deve eseguire la taratura per valutare lefficienza del sistema
in termini di trasferimento di energia.
2.3.5 Modalit esecutive
Preparazione del foro. Il foro deve essere accuratamente pulito,
fino alla profondit di inizio
prova, utilizzando attrezzi e metodi che assicurino di non
disturbare il terreno interessato dalla
prova.
Nel perforare al di sotto del livello della falda oppure in
condizioni di sub-artesianesimo, il livello
del fluido nel foro deve essere sempre mantenuto al di sopra del
livello idrostatico in modo da
evitare disturbo a fondo foro. Il livello del fluido nel foro
deve assicurare lequilibrio idraulico alla
profondit della prova.
Gli utensili di perforazione devono essere estratti lentamente
per prevenire la decompressione del
terreno interessato dalla prova.
Quando viene utilizzato il rivestimento metallico provvisorio
esso non deve essere infisso al di sotto
della profondit di inizio prova.
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
13
Esecuzione della prova. Il campionatore viene calato al fondo
del foro mediante le aste; viene
quindi montato il dispositivo di infissione.
La penetrazione iniziale causata dal peso dellinsieme
campionatore-aste-dispositivo di infissione,
deve essere annotata.
Questultima precisazione richiede lesatta conoscenza della
lunghezza della batteria discesa nel
foro.
Dopo la penetrazione iniziale per proprio peso la prova viene
eseguita in due fasi:
infissione preliminare pari a 150 mm; ove tale infissione
richiedesse pi di 50 colpi, questo valore
verr assunto come numero di colpi per linfissione
preliminare;
infissione vera e propria pari a 300 mm di ulteriore
penetrazione. Il numero di colpi necessari per
questa penetrazione di 300 mm definito come la resistenza alla
penetrazione (N).
Se 100 colpi non sono sufficienti per la penetrazione di 300 mm
linfissione vera e propria verr
interrotta dopo 100 colpi.
La norma ASTM D1586-84 indica che la prova pu considerarsi
terminata quando si verifica uno
dei seguenti tre casi:
1 Quando si applicano 50 colpi per la penetrazione di uno dei
tre tratti di 15 cm in cui essa
suddivisa;
2 Quando si applicano 100 colpi complessivamente;
3 Quando non si osserva apprezzabile penetrazione con 10 colpi
successivi.
Esiste quindi una certa differenza tra la Procedura ISSMFE ed
ASTM. Innanzitutto per ASTM la
prova pu considerarsi ultimata se per linfissione preliminare
occorrono pi di 50 colpi, mentre per
ISSMFE a 50 colpi termina solo linfissione preliminare
stessa.
In secondo luogo per ASTM la prova pu essere considerata
conclusa anche se occorrono 50 colpi
per linfissione del 2 tratto di 15 cm (prima parte dei 30 cm di
infissione vera e propria), mentre
per ISSMFE solo dopo 100 colpi complessivi per linsieme dei 30
cm dellinfissione vera e propria
pu considerarsi terminata.
La raccomandazione AGI segue la procedura ISSMFE con le seguenti
differenze:
1 La prova AGI viene considerata conclusa quando per linfissione
preliminare sono necessari
pi di 50 colpi; nella procedura ISSMFE si procede invece
comunque allinfissione vera e
propria;
2 La eventuale penetrazione per proprio peso dellinsieme
campionatore-aste-dispositivo di
infissione, parte integrante dei 15 cm di infissione
preliminare; nella procedura ISSMFE
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
14
tale eventuale penetrazione invece esclusa (Cestari, 1996).
La frequenza di battitura non deve essere eccessiva (quella
massima consentita di 30 colpi al
minuto); deve essere cio tale da consentire il ristabilirsi
delle condizioni di equilibrio tra un colpo
ed il successivo.
Nelle raccomandazioni AGI la frequenza deve essere compresa tra
10 e 30 colpi/minuto.
Occorre osservare che allorquando si misura il rendimento del
sistema di infissione, interponendo
una cella di carico tra testa di battuta e batteria di aste, la
frequenza di battuta , con le attuali
attrezzature, condizionata dalla necessit di leggere sul visore
ed annotare per ogni colpo il valore
dellenergia e quella del rendimento (Cestari, 1996).
Deve essere annotato separatamente il numero di colpi necessario
per la penetrazione di ciascun
tratto di 150 mm.
Quando la penetrazione per linfissione preliminare viene
interrotta prima dei 150 mm per il
raggiungimento dei 50 colpi, viene annotata la penetrazione
corrispondente a 50 colpi.
La raccomandazioni AGI prescrive opportunamente che venga
annotata anche le penetrazione
corrispondente a 100 colpi (quando tale penetrazione inferiore a
30 cm) nella fase di infissione
vera e propria (per es. NSPT = 100 x 13 cm, oppure: NSPT = 30 +
70 x 11 cm, che significa 30 colpi
per i primi cm di infissione vera e propria e 70 colpi per 11 cm
del secondo tratto di infissione vera
e propria (Cestari, 1996).
Estrazione del campionatore, sigillatura, etichettatura. Dopo
lestrazione il campionatore viene
aperto ed il campione o i campioni rappresentativi del terreno
in esso contenuti vengono posti in
contenitori a tenuta daria.
Quanto sopra esposto significa che nel caso in cui la
penetrazione abbia interessato livelli di terreno
diverso ed il campionatore prelevato rifletta tale situazione,
il terreno di ciascun livello significativo
dovr essere sigillato in un contenitore a s.
Si pu aggiungere che sarebbe buona regola innanzitutto
descrivere accuratamente il campione,
fotografarlo ed indi sigillarlo in contenitori in forma
cilindrica, in modo che anche il laboratorio
possa esaminarli quasi nelle medesime condizioni stratigrafiche
e strutturali di quando sono stati
esaminati in cantiere separando le due met del campionatore
Raymond (Cestari, 1996).
Letichetta viene infissa a ciascun contenitore con le seguenti
informazioni:
1 Cantiere
2 Numero del sondaggio
3 Numero del campione
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4 Profondit di penetrazione
5 Lunghezza del campione
6 Data di prelievo
7 Valore di N.
Documentazione della prova. Le seguenti informazioni devono
essere trascritte a documentazione
di ciascun prova:
1. cantiere
2. data di perforazione alla profondit della prova
3. data e ora di inizio e fine prova
4. numero del sondaggio
5. metodo di perforazione e dimensioni del rivestimento
provvisorio, se impiegato
6. dimensioni e peso delle aste impiegate per la prova
7. tipo di maglio e dispositivo di sgancio
8. altezza di caduta libera
9. profondit del fondo foro;
10. profondit della base del rivestimento, se impiegato, prima
della prova
11. informazioni circa il livello della falda ed il livello del
fluido nel foro allinizio della prova
12. la profondit della penetrazione iniziale (per il peso del
complesso campionatore-aste-
dispositivo di infissione) e quelle corrispondenti alla
penetrazione preliminare ed alla
penetrazione vera e propria.
13. la resistenza alla penetrazione
14. la descrizione dei terreni come identificati dallesame del
campione nel campionatore
15. osservazioni riguardanti la stabilit dei livelli provati,
gli ostacoli incontrati nel corso della
prova, nonch tutte le ulteriori informazioni che potrebbero
essere di aiuto
allinterpretazione dei risultati
16. risultati della taratura, dove eseguita.
2.3.6 Taratura del sistema Il metodo illustra come misurare la
quota di energia cinetica, prodotta dalla caduta del maglio,
che
entra nella batteria di aste nel corso della SPT.
Il metodo utilizza una formula che permette una correzione del
valore di N, in relazione a differenti
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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grandezze dellenergia di entrata.
Il procedimento richiede la misura dellenergia propria della
prima onda di compressione prodotta
dallimpatto del maglio ed il confronto con quella potenziale
teorica calcolabile dal peso del maglio
per laltezza di caduta.
La misura ottenuta inserendo una cella di carico,
sufficientemente sensibile da misurare lenergia
di impatto, tra la testa di battuta e la batteria delle
aste.
Il metodo viene applicato per confrontare il rendimento dei vari
sistemi di infissione e per valutare
linfluenza delloperatore che manovra il meccanismo di
battitura.
Esso pu essere utilizzato come controllo di qualit del valore di
NSPT, quando ottenuto seguendo le
prescrizioni della Procedura di Riferimento, in prove per
ricerca, per progetti importanti, ecc.
Si definisce E*: energia cinetica nominale nella massa di un
maglio da 63.5 kg che cade
liberamente da unaltezza di 0.76 m (lenergia cinetica newtoniana
allimpatto, pari a 474 Joule).
Ei: quantit di energia della prima onda di compressione,
prodotta dallimpatto del maglio. Una
quantit di energia si dissipa durante il passaggio da energia
cinetica nel maglio a onda di energia di
compressione nelle aste. La quantit di tale perdita dipende
dalle dimensioni e dalla massa del
maglio e della testa di battuta e dalle caratteristiche
delleventuale cuscino interposto.
ERi ( = Ei/E*) in %: rapporto dellenergia misurata ovvero
rendimento del sistema di infissione,
considerando infinita la lunghezza (l) della batteria.
L: Distanza tra il punto di impatto del maglio (testa di
battuta) e la base inferiore del campionatore
(fig.2.3).
L: distanza tra la cella di carico e la base inferiore del
campionatore (fig. 2.3).
L( = L-L): distanza tra la testa di battuta e la cella di
carico.
Le ( = Mh/mr): lunghezza dellasta equivalente; rapporto tra la
massa del maglio standard (Mh = 63.5
kg) e quella unitaria (cio per 1 metro lineare) delle aste di
batteria (mr = Mr/L, espressa in kg/m).
Una parte dellenergia del maglio viene persa durante il
passaggio da energia cinetica nel maglio ad
energia dellonda di compressione nelle aste. Questa perdita di
impatto/trasformazione pu variare
significativamente in relazione alle dimensioni del maglio e
della testa di battuta, con la massa della
testa di battuta e con le caratteristiche delleventuale cuscino
inteposto o inserito nella testa (Cestari,
1996).
-
fig. 2.3 Schema di principio della misura dellenergia che entra
nelle aste (Ei) (Procedura ISSMFE,1988)
Batteria di aste: linsieme delle aste che collegano il
dispositivo di infissione posto in superficie al
campionatore (esclusa lasta di guida).
Cella di carico: lo strumento posto attorno o inserito in una
delle aste della batteria, allo scopo di
rilevare la quota parte dellenergia cinetica che viene
effettivamente trasmessa alla batteria di aste.
Deve avere la minima pendenza possibile.
Centralina: lo strumento che riceve i segnali dalla cella di
carico ad ogni colpo di maglio e li elabora
restituendo i valori di Ei o di ERi. Di norma costituita di un
amplificatore, un circuito integrato
che evidenzia ERi dopo ciascun colpo ed un contatempo che misura
t. Il sistema deve essere
compatibile con il sensore. Un oscilloscopio pu essere utilmente
aggiunto ed un oscilloscopio
digitale collegato ad un processore pu costituire la
centralina.
Tecnico: lingegnere o il geologo responsabile delle misure di
energia.
Operatore: il responsabile dellesecuzione della prova SPT.
La resistenza alla penetrazione del terreno non dipende solo
dalla massa del maglio o dalle
caratteristiche del terreno, ma anche dal complesso di
dispositivi che influenzano la libera caduta
del maglio.
La misura della prima onda di compressione consente di valutare
le differenze nella geometria del
sistema e degli impedimenti alla libera caduta del maglio.
La penetrazione del campionatore per un dato colpo dipende
direttamente dal valore della forza che
pulsa con andamento irregolare nella prima onda di compressione
creata da quel colpo. Il sistema di
elaborazione dei segnali integra le forze che agiscono
nellintervallo di tempo che corrisponde alla
prima onda di compressione (es. fig. 2.4).
Lintegrazione dellenergia della prima onda consente perci una
misura approssimata della forza di
infissione efficace.
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Il metodo della integrazione dellenergia della prima onda si
applica per valutare le differenze tra i
vari dispositivi di infissione della prova SPT.
Tra penetrazione del campionatore ed energia dellonda che entra
nella batteria di aste vi una
relazione diretta; di conseguenze vi una relazione diretta tra
valore di Ei (o di ERi) ed il numero di
colpi N.
fig. 2.4 Esempio schematizzato di forma dellonda prodotta
dallimpatto del maglio
Le misure dellenergia dellonda di compressione possono essere
utilizzate con entrambi i metodi di
infissione:
1 Quello influenzato dalloperatore, costituito dal cabestano che
muove la fune per sollevare il
maglio;
2 Quello relativamente indipendente dalloperatore, costituito da
sistemi automatici di
aggancio-sgancio del maglio.
Nel caso di misure del primo tipo occorre prendere in
considerazione la possibile incapacit
delloperatore di riprodurre le influenze ambientali.
Per paragonare il numero di colpi N ottenuti con lattrezzatura 2
con quello ottenuti con
lattrezzatura 1 di riferimento, avendo misurato entrambe le
energie, si utilizza la seguente
espressione:
N2 = N2 (ERi 2 / ERi 1)
dove N = N dopo la correlazione rispetto ad un dato valore di
ERi di riferimento.
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-
Lequazione di cui sopra corregge i valori di N solo per le
differenze nellenergia trascurando
linfluenza di eventuali altri fattori.
Teoria del metodo dellintegrazione dellonda di compressione: Si
illustra nel seguito una fra le
diverse teorie che consentono una misura dellenergia. Tale
procedura si basa sullosservazione che
il contatto maglio-batteria di aste si verifica fino allistante
di distacco (tensione di cut-off in fig.
2.4) che segna larrivo di unonda di trazione riflessa dal
campionatore verso la testa di battitura al
campionatore (Schmertmann, 1978-1979; Schmertmann e Palacios,
1979). Al crescere della
lunghezza delle aste crescer lintervallo di tempop nel quale si
ha il contatto maglio-aste e,
conseguentemente si avr una maggiore trasmissione di energia. L
energia trasmessa alle aste viene
calcolata con la seguente formula:
Ei = dttFAE
KcKcK t
0
2)]([21 (2)
dove:
K1 = 1-exp ( - 4m)/1-exp [-4m (1-d)] (3)
K2 = 1/ 1-exp ( - 4m) (4)
Kc = ca/c (5)
essendo:
F(t) = forza di compressione dinamica nella batteria di aste in
funzione del tempo t;
t = tempo di durata della prima onda di compressione, partendo
dallistante t = 0;
A = area della sezione trasversale delle aste della batteria, al
di sopra ed al di sotto della cella di
carico;
E = modulo di Young delle aste della batteria;
c = velocit teorica dellonda di compressione nella batteria di
aste ( = 2120 m/s);
ca = velocit effettiva (misurata) dellonda di compressione nella
batteria di aste;
m = rapporto della massa totale di aste per L (= Mr) rispetto
alla massa del maglio standard (Mh);
m= Mr/Mh;
d = L/L; gi definiti in precedenza, rispettivamente come
distanza tra testa di battuta e cella di
carico (L) e tra testa di battuta ed estremit inferiore del
campionatore (L);
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
19K1 = fattore di correzione per tener conto della energia
dellonda di compressione non rilevata a
-
causa del tratto (L) di aste tra punto di impatto e cella di
carico. K1 pu essere calcolato con la
formula (3) oppure valutato dalla figura 2.5.
Fig. 2.5 Fattore di correzione K1 per tener conto della distanza
tra il punto di impatto e la cella di carico (Procedura ISSMFE)
K2 = fattore di correzione da introdurre quando la lunghezza L
minore della lunghezza di asta
equivalente Le (Le gi definita come rapporto Mh/mr tra massa del
maglio e massa unitaria cio
per metro lineare dellasta utilizzata.
K2 viene calcolato per ogni valore di L dalla formula (4) oppure
dalla figura 2.6;
Kc = fattore di correzione per tener conto della velocit teorica
dellonda, rispetto a quella
realmente misurata (ca). Kc viene calcolata mediane lespressione
(5).
Fig. 2.6 Fattore di correzione K2 da applicare quando L
-
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
21
versi tra loro.
Lenergia totale Ei di quella parte di asta che subisce lo sforzo
di impatto costituita da due
componenti uguali: lenergia di deformazione (energia potenziale)
e lenergia cinetica.
Poich in generale pi semplice misurare lenergia deformazionale
che la sua velocit di
spostamento nellasta, il valore di Ei pu essere perci ottenuto
misurando le variazioni di
deformazione del tempo t, calcolando la corrispondente energia e
raddoppiando il risultato.
Dopo che campionatore e aste sono state collegate e calate alla
quota prefissata, collegare la cella di
carico distante almeno 0.6 m dalla base della testa di
battuta.
Brusche variazioni della sezione trasversale rispetto a quella
della batteria di aste devono essere
evitate. Per una lunghezza pari ad almeno 0.3 m al di sopra ed
al di sotto della cella di carico lasta
deve avere una sezione costante.
Si seguono le istruzioni del costruttore della strumentazione
per garantire che il complesso di
misura operi in modo adeguato.
Inserire nella centralina il dato relativo al tipo di asta
adottata sopra e sotto la cella di carico. Se lo
strumento non predisposto per il tipo di asta impiegata si
devono correggere i risultati di Ei oppure
ERi tenendo conto del tipo di asta per il quale lo strumento
eventualmente predisposto, applicando
lequazione (2).
Non eseguire misure di Ei oppure ERi prima di aver fatto alcune
serie preliminari di colpi, operando
nelle stesse condizioni di attrezzatura, operatore, terreno.
Le sequenze preliminari vengono effettuate allo scopo di portare
loperatore e lattrezzature nelle
normali condizioni di funzionamento (Cestari, 1996).
Il tecnico continua a misurare Ei e loperatore manovra il
dispositivo di infissione.
La penetrazione per ogni colpo viene misurata e memorizzata per
mezzo di un dispositivo
automatico. Ove ci non fosse realizzabile la penetrazione totale
in mm per ciascun colpo viene
misurata ed annotata manualmente.
Per tarare un dato sistema di infissione si devono eseguire
almeno 30 misure di Ei oppure ERi.
preferibile eseguire il maggior numero di misure ragionevolmente
possibili al fine di ridurre
lerrore statistico di campionamento. Nel caso di misure con un
sistema di infissione del tipo
influenzato dalloperatore inoltre auspicabile adoperare il
sistema di infissione nel modo pi
normale possibile (Cestari, 1996).
necessario misurare Kc nellequazione (5) per assumere un
appropriato valore di t
corrispondente allistante di distacco del maglio (cut-off di
fig. 2.4).
Quando non viene impiegato loscilloscopio, il tecnico deve
eseguire tante misure del tempo di
-
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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integrazione dellequazione (2), durante ciascuna serie di colpi
del maglio, quanto sono necessarie
per garantire che lo strumento misuri il corretto istante di
tempo corrispondente allo stacco del
maglio (cut-off).
Tale valore di tempo deve essere paragonato con quello teorico
dello stacco del maglio, 2L/c.
Secondo la teoria del metodo dellintegrazione dellonda di
compressione, la centralina di
condizionamento dovrebbe protrarre lintegrazione fino a che la
cella di carico segnala il primo
valore di zero. Ci dovrebbe verificarsi quando londa di
compressione viene riflessa dal
campionatore ed arriva alla cella di carico come onda di
trazione. Nellistante di arrivo nella cella di
carico la forza zero.
In certe circostanze, particolarmente quando il valore di N
vicino al rifiuto (penetrazione quasi
nulla), londa riflessa che arriva alla cella di carico pu essere
ancora unonda di compressione ed
allora la cella di carico segnala un valore zero ad un
intervallo di tempo maggiore di 2L/c. Lo
strumento in questo caso prosegue lintegrazione ed il valore
dellenergia fornito pu essere molto
maggiore di quello proprio della prima onda di compressione.
Quando il tempo di integrazione memorizzato compreso tra 0.9 e
1.2 volte quello teorico calcolato
con 2L/c, i valori di Ei oppure di Eri forniti dallo strumento
dovrebbero essere corretti
moltiplicandoli per il fattore:
Kc = ca/c precedentemente definito
Quando il tempo di integrazione dellonda di compressione risulta
maggiore di 1.2 volte quello
teorico (2L/c), i dati non possono essere utilizzati ed in
questo caso, o si adotta uno strumento di
condizionamento del segnale che consenta una verifica visiva del
tempo di integrazione dellonda,
oppure su devono eseguire le misure di taratura in un terreno
con pi bassi valori di N.
Quando il tempo di integrazione minore di 0.9 volte quello
teorico (2L/c), pu essersi verificata
una prematura indicazione di zero per cause elettriche che
dovranno essere trovate e rimosse prima
di riprendere le misure (Cestari, 1996).
2.4 Meccanismi di infissione e relativi rendimenti 2.4.1
Dispositivi con cabestano e fune Dispositivi azionati con cabestano
e fune, tipo a spillo, sono stati i primi ed ancora probabilmente
i
pi diffusi dispositivi di infissione. Molte delle incertezze
legate alla ripetibilit della prova SPT per
-
linfluenza delloperatore sono proprie di questo metodo.
La procedura ISSMFE implicitamente e le raccomandazioni AGI
esplicitamente, non accettano
questo metodo di infissione che quindi man mano destinato a
scomparire. La variabile di maggior
rilievo tipica di questo dispositivo dovuta alle modalit di
sollevamento e di rilascio del maglio.
Per esempio stato valutato che operando con uno, oppure con due
o con tre giri di fune sul
cabestano, lefficienza del sistema (ERi) passa da circa il 70%,
al 60% per finire attorno al 40%
(fig. 2.7).
Ma anche mantenendo costante il numero di giri della fune
attorno al cabestano il campo di
variazione di ERi eccezionalmente elevato a causa delle numerose
altre variabili (precisione nel
valutare laltezza raggiunta dal maglio, lunghezza delle braccia
delloperatore che consentono un
rilascio pi o meno completo della fune avvolta sul cabestano,
stato di usura e di umidit della
fune).
In fig. 2.8 riportato un esempio della variabilit di ERi a parit
di giri della fune sul cabestano.
fig. 2.7 Influenza del metodo di infissione con cabestano e fune
sul rendimento (ERi) del sistema (Kovacs et al., 1978; Kovacs,
1979)
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fig. 2.8 Metodo di infissione con cabestano e fune; variabilit
del rendimento (ERi) a parit di giri di fune sul cabestano
2.4.2 Dispositivi con sganciamento automatico Si basano quasi
sempre sulla presenza di un ingrossamento dellasta di guida posto
in
corrispondenza dellaltezza di caduta (0.76 m) che allarga i
ganci a molla che trattengono il maglio,
che di conseguenza cade abbastanza liberamente scorrendo lungo
lasta di guida centrale.
Lo sganciamento automatico tipo Pilcon ha un rendimento medio pi
elevato e meno disperso (fig.
2.10) di quello ottenuto utilizzando il cabestano, tuttavia il
rendimento complessivamente
modesto, probabilmente a causa del grande diametro della testa
di battuta e si riscontra anche una
certa variabilit nellambito di una stessa prova (Tabella 2.3 e
fig. 2.9).
In generale, con il dispositivo di sganciamento automatico del
maglio, si ottiene un valore medio
del rendimento Eri prossimo o leggermente superiore a 0.60
(60%).
Lassenza di correzioni per riferire i valori ad un rendimento
pari a 0.60, quindi in genere a favore
della sicurezza.
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Tabella 2.3 Esempio di variabilit di ERi in prova eseguita con
dispositivo di sganciamento automatico del maglio (prof. 27 m; N =
32). Terreno:
sabbia
Fig. 2.9 Variabilit del rendimento ERi (Tabella 1.1) nellambito
di una singola prova SPT eseguita con dispositivo di sganciamento
automatico del
maglio
Sempre a titolo di esempio, le misure effettuate in un sito
sabbioso dellItalia del Nord, tra le
profondit di 10 e 70 m, nel corso di 61 prove SPT per
complessivi 4477 colpi relativi alla completa
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infissione (0.45 m) del campionatore, hanno indicato un valore
medio generale: ERi = 0.64, con
andamento in funzione della profondit, e valore di ERi medi per
ciascuna prova (ERiM) in
funzione del numero di colpi N, illustrati nella fig. 2.10.
ERiM sembra poco sensibile al variare di N ma i valori sono meno
dispersi con laumentare di N.
Occorre notare che il valore minimo registrato : ERi M-MIN =
0.49, mentre quello massimo ERi
m-max = 0.77; la differenza notevole e pu diventare importante
quando le prove non sono cos
numerose come nellesempio citato oppure quando, come accade
usualmente nella progettazione,
vengono presi in considerazione solo quei 2-3 valori di NSPT
ottenuti alle profondit di interesse per
il progetto.
Fig. 2.10 Valori del rendimento medio ERiM di prove SPT eseguite
in un sito sabbioso tra 10 e 70 m di profondit. I simboli aperti
sono quelli con
cabestano con 2 giri di fune e quelli chiusi sono con
dispositivo di sganciamento automatico, tipo Pilcon
Largomento merita studi pi approfonditi perch a parit di altre
condizioni (e lo sganciamento
automatico dovrebbe garantirle) il valore del rendimento
dovrebbe variare solo con la profondit
(varia t) e con il numero dei colpi (riflessione dellonda).
In particolare occorrerebbe approfondire:
1 il metodo di misura dellintervallo t tra impatto e distacco
(cut-off);
2 linfluenza del serraggio dei giunti di raccordo tra testa di
battuta e aste nonch tra aste della
batteria;
3 la verticalit e stabilit del dispositivo di infissione durante
la caduta del maglio.
Nella fig. 2.10 sono riportati anche i valori di ERiM (ERi medio
di una completa prova SPT),
ottenuti nel medesimo sito sabbioso di cui allesempio
precedente, alle medesime profondit (tra 10
e 70 m) ma utilizzando il cabestano con 2 giri di fune anzich il
dispositivo di sganciamento
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correlazioni geotecniche
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automatico del maglio.
Le prove SPT erano 21 per complessivi 1436 colpi; il valore
medio generale di ERi risultato in
questo caso: ERiM = 0.58, cio leggermente inferiore a quello
(0.64) ottenuto per le prove con lo
sgancio automatico.
I valori medi delle singole prove variano da EriM MIN = 69 e
linfluenza di N sembra in questo
caso pi marcata (ERiM aumenta con laumentare di N).
2.4.3 Considerazioni finali
Skempton (1986) ha cercato di sintetizzare i risultati ottenuti
personalmente e da altri ricercatori con
i pi diffusi dispositivi di infissione impiegati nel mondo,
considerando il rendimento (ERi)
costituito dal prodotto di due rendimenti:
ERi = ERv d
Dove:
ERv = Eh/E* = rendimento di velocit
Eh = energia realmente cedibile dal maglio in base alla
effettiva velocit di impatto
E* = energia cinetica = 0.482 kg m = 474 joule
d = efficienza dinamica del dispositivo che dipende dalle
dimensioni del maglio, testa di battuta ed
aste.
Profondit (m) N prove SPT N di colpi ERiM di tutto il tratto
10 20 10 620 0,58 20 30 10 538 0,59 30 40 10 812 0,67 40 50 10
629 0,67 50 60 10 757 0,64 60 70 11 1121 0,67
TOT 71 TOT 4477 MEDIA 0,64 Tabella 2.4 Valori del rendimento
medio ERiM di prove SPT per scaglioni di profondit
-
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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2.5 Confronti tra Eurocodice e Procedura di Riferimento ISSMFE
La presente norma europea sperimentale stata approvata dal CEN come
norma per l'applicazione
provvisoria. I membri del CEN sono gli organismi nazionali di
normazione di Austria, Belgio,
Danimarca, Finlandia, Francia, Germania, Grecia, Irlanda,
Islanda, Italia, Lussemburgo, Norvegia,
Paesi Bassi, Portogallo, Regno Unito, Repubblica Ceca, Spagna,
Svezia e Svizzera.
La normativa Europea non differisce di molto dalla Procedura di
Riferimento Internazionale.
Il presente metodo consente di determinare la resistenza dei
terreni alla base di un sondaggio con la
penetrazione dinamica di un penetrometro campionatore a
carotiere diviso e di ottenere dei
campioni disturbati per scopo identificativi.
La base della norma consiste nell'infiggere un penetrometro
campionatore facendo cadere un
martello di 63.5 kg di massa su un'incudine o testa di
infissione da una altezza di 760 mm. Il
numero di colpi (N) necessari per raggiungere una penetrazione
della campionatrice di 300 mm
rappresentano la resistenza alla penetrazione.
La prova utilizzata principalmente per determinare la propriet
di resistenza di terreni non coesivi,
ma si possono ottenere alcuni dati anche in altri tipi di
terreni.
Le prove devono essere eseguite in conformit a un metodo che
soddisfi i requisiti principali
indicati in questa sezione; il metodo di prova utilizzato deve
essere descritto dettagliatamente
insieme ai risultati della prova anche tramite riferimento a una
norma.
Per esempio ISSMFE consente la sostituzione della scarpa
tagliente con una a punta conica se si
incontrano formazioni contenente ciottoli e fa presente che tale
prassi pu portare a risultati molto
differenti da quelli ottenibili con la metodologia standard;
questo lo prevede anche la norma
Europea solo se necessario e quindi qualsiasi scostamento dai
requisiti indicati di seguito deve
essere giustificato e, in particolare, deve essere commentata la
sua influenza sui risultati della prova.
Esistono esperienze di scostamento rispetto allutilizzo di un
cono di 60 solido al posto del
campionatore normalizzato quando si in presenza di materiale
ghiaioso;
La norma Europea inoltre nellelencare i termini e le definizioni
accenna subito al rapporto tra
l'energia attuale trasmessa nell'asta di infissione,
immediatamente sotto l'incudine, e l'energia di
caduta libera teorica del martello, espressa in percentuale il
rapporto energia ERr (rapporto che
invece le ISSMFE chiama ERi).
Inoltre accenna alla definizioni delle N:
...il valore N, il numero di colpi necessari per infiggere la
campionatrice. Il valore N, riportato
in colpi per 300 mm, equivale alla somma di colpi richiesti per
infiggere la campionatrice
-
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
29
nell'intervallo di profondit da 150 mm a 450 mm dalla base del
sondaggio; si distingue un valore
N60, come valore N corretto rispetto a una energia di
riferimento ERr del 60%, ed un valore
(N1)60, come valore N corretto rispetto a una energia di
riferimento ERr del 60% e una tensione
verticale effettiva, = 100 kPa.
Per quanto concerne la descrizione dellattrezzatura, lEurocodice
non si sofferma molto, ricalca in
gran parte tutto ci che indicato nellISSMFE.
La norma Europea fornisce un indicazione di massima per quanto
riguarda il diametro del
sondaggio, che indica non dovrebbe essere maggiore di 150 mm a
differenza dellISSMFE che da
indicazioni precise sulla dimensione minima.
2.6 Utilizzo dei risultati NSPT 2.6.1 Introduzione La prova SPT
una delle prove pi impiegate per linvestigazione del sottosuolo in
Europa. Vari
parametri di dimensionamento come la capacit portante, il
cedimento delle fondazioni, il
potenziale di liquefazione, ecc. sono spesso determinati su
formule empiriche che incorporano il
valore di N proposto per i suoli privi di coesione.
Come accennato precedentemente la prova SPT appartiene a quel
gruppo di prove in sito durante le
quali il terreno segue dei percorsi efficaci diversi ed i
risultati della prova possono essere correlati
solo empiricamente con le specifiche propriet del terreno in
sito (Jamiolkowski et al., 1988).
Ne consegue che necessario essere consci delle molte limitazioni
di tali correlazioni, a causa dei
molti fattori che influiscono sul comportamento non lineare e
plastico dei terreni naturali:
1 Composizione mineralogica,
2 Sforzi agenti in sito,
3 Storia dello stato tensionale e deformazionale,
4 Cementazione
5 Sensitivit
6 Invecchiamento
7 Struttura
Resistenza alla frantumazione dei grani sottoposti agli elevati
sforzi necessari per la penetrazione.
Come per le altre prove in sito viene qui considerato
principalmente solo lapproccio indiretto, cio
linterpretazione dei risultati per la stima dei parametri
geotecnici, accennando solo per i cedimenti
dei depositi sabbiosi alla correlazione diretta pi nota.
-
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
30
2.6.2 Fattori che influenzano i valori di NSPT Per poter
correlare in maniera opportuna i valori di NSPT ai parametri
geotecnici di interesse occorre
tenere in attenta considerazione i fattori che influenzano i
risultati della resistenza alla penetrazione:
1. le modalit di esecuzione della prova,
2. la pressione del terreno sovrastante
3. il dispositivo di battitura
4. le caratteristiche del terreno: granulometria, presenza
dacqua e importanza delle tensioni
efficaci.
Solo applicando le modalit illustrate nella Procedura di
Riferimento la variabilit di cui al punto 1,
pu essere minimizzata.
Si ricorda che essa influenzata principalmente da due
fattori:
1 il disturbo provocato al fondo del foro dalla perforazione e/o
dallinfissione dei rivestimenti;
2 i possibili rifluimenti o, quantomeno, le variazioni delle
tensioni efficaci, dovute a squilibri
delle pressioni idrostatiche agenti allesterno ed allinterno del
foro.
Per quanto riguarda il punto 4 la granulometria una delle
caratteristiche del terreno che, a parit di
altre condizioni, risulta influenzare significativamente i
risultati delle prove SPT.
Le osservazioni sperimentali di Gibbs e Holtz (1957) indicano
che fattori quali la presenza di ghiaia
o lalto grado di angolosit dei grani comportano valori di NSPT
maggiori di quelli ottenuti in terreni
di pari densit ma privi di ghiaia o minor grado di angolosit; ci
particolarmente nel campo delle
basse densit relative.
Lapplicazione delle SPT nei suoli ghiaiosi molto rara perch in
molti casi i terreni ghiaiosi sono
molto rigidi come strato di supporto delle strutture. Inoltre,
generalmente ritenuto che le SPT sono
qualche volta poco adatte per terreni grossolani con grandi
granuli perch il valore di N adatto per
differire da un punto ad un altro dovuto allindividuale
particella del terreno. La rottura della sonda
in corrispondenza della scarpa tagliente, a causa della rigidit
del terreno, pu condurre anche a
risultati erronei (Yoshida e Kokusho, 1988).
Comunque non appena il campo delle costruzioni ha mostrato il
suo interesse anche su opere in
terreni ghiaiosi, i test penetrometrici su tali terreni hanno
iniziato ad affinarsi. Cos si iniziato ad
espandere il campo di applicazione delle SPT su terreni
granulari con stabilite relazioni empiriche
tra il numero dei colpi SPT e i parametri chiave di
dimensionamento come la densit del suolo e la
velocit dellonda di taglio.
-
A questo proposito, sono stati condotti test di laboratorio in
container, dove sono state effettuate
prove penetrometriche dinamiche, sistematicamente eseguite su
terreni ghiaiosi con differenti
dimensioni dei granuli sotto differenti densit del suolo e
differenti pressioni di sovraccarico.
Pi che la dimensione massima dei grani risulta importante la
distribuzione della curva
granulometria, per cui i valori di NSPT nelle sabbie ghiaiose
informi, risultano sovente inferiori ai
valori di NSPT misurati in sabbie non ghiaiose ma gradate; in
accordo con il fatto che la massima
densit dei terreni non coesivi funzione della forma della curva
granulometria.
Almeno nel campo delle sabbie da fini a grossolane i risultati
delle ricerche di Marcuson e
Bieganousky (1977) mostrano una dipendenza di NSPT, a parit
della densit relativa, dal
coefficiente di uniformit Uc con NSPT che aumenta allaumentare
di Uc.
La dimensione massima dei grani diventa comunque importante nel
caso di terreni molto
grossolani, esistendo in questo caso il pericolo di danneggiare
la scarpetta del campionatore e/o
ostruirne la cavit inferiore; in questo caso senzaltro
preferibile sostituire la scarpetta aperta con
il cono chiuso. In Svizzera ci avviene molto spesso in ragione
della grande variabilit della
granulometria dei terreni sondati.
Oppure per evitare la rottura della scarpa, durante gli
esperimenti condotti da Yoshida e Kokusho in
container che contenevano terreni ghiaiosi compattati per
ottenere strati di 100 cm di spessore con
differente densit e saturati per aumentare il livello
piezometrico, il metallo della scarpa tagliente
stato rinforzato per evitare la sua rottura durante la prova e
quindi errori.
Per esempio la ghiaia e la sabbia usate in questo esperimento
sono mostrate in fig. 2.11 e tabella
2.5.
Tabella 2.5 Propriet fisiche del terreno (Yoshida e Kokusho,
1988)
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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Fig 2.11 Curva di distribuzione granulometrica (Yoshida e
Kokusho, 1988)
I due autori giapponesi sono giunti alle seguenti
conclusioni:
la prova SPT pu essere applicata su terreni ghiaiosi con pi
affidabilit se la scarpa tagliente
irrobustita cos da prevenire la rottura ad opera delle
particelle di ghiaia.
In contrasto con le assunzioni convenzionali che i valori di N
sono lineari con gli stress effettivi di
sovraccarico, stato trovato che gli incrementi dei valori di N
decrescono con lincremento delle
pressioni efficaci, e questo effetto non lineare stato preso in
considerazione per stabilire le formule
empiriche.
Dalla granulometria sembra dipendere anche la diversa risposta
ottenuta nelle prove SPT, quando
siano condotte sopra e sotto falda; (Terzaghi e Peck, 1948;
Schultze e Menzenbach, 1961; Bazaraa,
1967) mostrano sperimentalmente che nel caso di sabbie pulite la
presenza dellacqua non influenza
i valori di NSPT mentre in sabbie molto fini e sabbie limose,
con diametro medio dei grani D < 0.1
mm, leffetto dellimmersione pu essere importante. In questo
caso, per la ridotta permeabilit del
terreno, lavanzamento del campionatore nel terreno pu generare
pressioni interstiziali positive o
negative che dipendono dallo stato di addensamento del materiale
che influenzano di conseguenza i
valori di NSPT.
La prova SPT ormai ritenuta una buona prova per valutare la
densit relativa in materiali non
coesivi. La densit apparente di questi materiali direttamente
affetta dalla presenza dellacqua.
Uno studio sperimentale ha investigato leffetto dellacqua sulla
resistenza sulle SPT in depositi
sabbiosi. stato concluso che la presenza o il flusso di acqua in
questi deposito influenza
direttamente la sua resistenza alla penetrazione e la capacit
portante limite di una plinto su sabbia
(Mojabi, 1988).
Questa prova stata messa a punto per studiare gli effetti della
sommersione (submergence) sulla
capacit portante di una fondazione circolare di 500 mm di
diametro. In pi, creando le condizioni
di un flusso di acqua attraverso il deposito, si mira ad
espandere sulloggetto di studio leffetto del
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
33
gradiente idraulico (i) negativo o positivo, tenendo a mente che
limmersione una condizione di
gradiente idraulico zero. Questo studio ha anche tentato di
stimare questi effetti, effettuando una
SPT in sabbia. Un container di sabbia stato costruito per
facilitare la risalita o la discesa di un
flusso di acqua. Un deposito omogeneo di sabbia con densit
relativa di 0.45, stato con cautela
depositato nel container (Mojabi, 1988).
La fig. 2.12 mostra la variazione dei valori non corretti di N
con il gradiente idraulico per sabbie
completamente sommerse con gradienti idraulici, positivi, nulli
o negativi, inoltre mostra che i test
SPT ad una profondit superficiale sono certamente una misura
delleffettiva unit di peso e non
dellangolo di frizione che indipendente dalla presenza di
acqua.
La capacit portante di una fondazione superficiale in sabbia
teoricamente dimezzata dalla
sommersione in falda. Questo perch il peso unitario effettivo
del terreno approssimativamente
dimezzato.
Per quanto quindi concerne la presenza dacqua nel terreno che
influenzerebbe i risultati delle prove
SPT, Drodz (1965), ha condotto prove di laboratorio su terreni
non coesivi i cui risultati sono
mostrati nelle fig. 2.13 a, b e c. Secondo Drozd il tempo di
variazione nel grado di saturazione
dacqua in un deposito sabbioso non influenza significativamente
la capacit portante o la
compattazione sotto carico, ma influenza enormemente i risultati
della prova penetrometrica. Il
numero dei colpi dipende direttamente dal grado di saturazione
dacqua e dalla permeabilit del
terreno.
La relazione tra il numero dei colpi e la DR presentata per
condizioni asciutte e completamente
sature. Sabbia sciolta asciutta stata addensata tramite colpi e
tramite vibrazioni. La sabbia satura
stata preparata facendo risalire lentamente il livello dellacqua
o tramite saturazione di sabbia in
acqua e poi tramite colpi.
La fig. 2.13 b mostra la variazione nel numero dei colpi
rispetto al grado di saturazione dacqua per
le stesse sabbie di granulometria tra 0.2/0.6 mm. Inizialmente
stato osservato un incremento
lineare approssimativo del numero dei colpi con lincremento
della quantit dacqua. Questo
dovuto allincremento delle forze capillari.
La fig. 2.13 c presenta un sommario dei risultati della prova
penetrometrica su tutti e sette i
differenti tipi di sabbia utilizzati da Drozd. Le dimensioni dei
grani di queste sabbie varia da 0.05
mm a 5 mm. Il comportamento delle sabbia molto fini (in grafico
col simbolo V) molto
significante. Le dimensioni dei grani variano da 0.05 a 0.4 mm
col 20 % dei grani pi piccoli di
0.05 mm ed il 10 % pi piccoli di 0.005 mm. La sabbia
completamente asciutta si comportata
come quella completamente saturata. Le due linee sono parallele.
Questo pu essere spiegato dal
-
fatto che nella sabbia asciutta linfluenza della pressione
dellacqua stata rimpiazzata dalla
pressione dellaria. Difatti la pressione dellaria fa diminuire
il numero dei colpi. Laria e la
permeabilit dellacqua influenzano i risultati della prova
penetrometrica. In un sistema trifase in
depositi naturali i fattori sopra menzionati entrano in azione
nelle stesso tempo e per questo motivo
le relazioni tra il numero dei colpi e la DR non possono essere
accuratamente determinate. Quindi
secondo lautore buoni risultati possono essere previsti in
sabbie asciutte o completamente sature.
Quindi si dovrebbe misurare insieme alla resistenza
penetrometrica, il contenuto dumidit del
terreno.
Nel 1948 Terzaghi e Peck hanno proposto una correzione per i
risultati nelle sabbie molto fini e
nelle sabbie limose al di sotto del livello piezometrico. Quando
il valore di N diviene pi grande di
15 stato proposto che dovrebbe essere ridotto. Lassunzione era
che le sabbie dense dovrebbero
dilatarsi durante la caduta, portando ad una sovrastima della
densit relativa. Dalle sabbie sciolte ci
si sarebbe dovuto aspettare una formazione di pressione neutra
in eccesso, riducendo la resistenza
alla caduta. La misura della pressione neutra in eccesso
difficile.
In definitiva si possono trarre le seguenti conclusioni:
Fig. 2.12 Variazione della resistenza alla penetrazione col
gradiente idraulico (Mojabi e Thomas, 1988)
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
34
- Fig.2.13 a Prove di laboratorio su sabbie SW(sabbie pulite
ghiaiose) e SP (miscele di sabbia e ghiaia) (0.1-5 mm) V-sabbia
limosa (30%
-
Fig. 2.13 c Sommario dei risultati delle SPT su 7 differenti
sabbie (Drodz, 1965)
Una critica da parte dello scrivente pu essere fatta
allaffermazione di Drodz che cos dice: ...la
velocit di variazione nel grado di saturazione dacqua in un
deposito sabbioso non influenza
significativamente la capacit portante.... Ci non affatto vero,
poich risaputo che la capacit
portante unitaria di una fondazione :
qf = cNc + qo Nq + BN
ed essendo Nc il termine dovuto alla coesione, in presenza di
completa saturazione equivale a zero,
mentre qoNq rappresenta leffetto stabilizzante del terreno ai
lati della fondazione e BN
rappresenta il contributo della resistenza di attrito dovuta al
peso proprio del terreno allinterno
della superficie di scorrimento.
Nella prassi si concorda nel trascurare leffetto della presenza
dellacqua nelle sabbie da fini a
grossolane e nel tenere invece conto, tramite le relazioni
riportate, nel caso di sabbie molto fini e/o
limose.
Per quanto riguarda invece limportanza delle tensioni efficaci,
fino ad una sessantina di anni fa (ad
es. Terzaghi e Peck, 1948; Meyerhof, 1956) si ipotizzava che le
tensioni dovute agli strati di terreno
sovrastanti il punto della prova SPT, fossero azzerate dalla
forze dinamiche create dalla prova stessa
e che pertanto i valori di NSPT non fossero influenzati dalla
profondit in cui veniva realizzata la
prova. La tabella sottostante rispecchia lassociazione tra la
densit relativa e i valori di NSPT.
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Comparazione delle prove penetrometriche dinamiche in Europa con
correlazioni geotecniche
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NSPT colpi/30 cm
DR Terzaghi- Peck
(1948)
DR Gibbs-Holtz (1957)
0-4 Molto sciolta 0-15%
4-10 Sciolta 15-35%
10-30 Media 35-65%
30-50 Densa 65-85%
Oltre 50 Molto densa 85-100% Tabella 2.6
Successivamente molti ricercatori hanno evidenziato
sperimentalmente che le tensioni efficaci
hanno uninfluenza fondamentale sul valore di NSPT. Occorre
quindi essere sempre particolarmente
critici con quelle correlazioni nelle quali il valore di NSPT
associato al parametro del terreno, senza
che si sia tenuto conto, in qualche modo, delle tensioni
efficaci agenti.
Sia le prove penetrometriche dinamiche che le statiche sono
affette dagli stress efficaci alla
profondit dove le misure sono state fatte. Di conseguenza, la
resistenza alla penetrazione aumenta
con la profondit persino ove la densit del suolo e il fabric
sono gli stessi. Questo richiede la
correzione della resistenza misurata in termini di stress
effettivo, se le caratteristiche del suolo alle
differenti profondit sono comparate. Quindi la resistenza alla
penetrazione generalmente corretta
ad una pressione di sovraccarico di 1kg/cmq come:
CnN =1 N dove N = la resistenza alla penetrazione, N 1 la
resistenza alla penetrazione corretta, e Cn il
coefficiente di correzione in termini di stress effettivo
verticale come mostrato in fig. 2.14.
Liao e Withman (1985) suggeriscono la seguente formula:
nvoC
'1
=
Dove vo la pressione effettiva in kg/cmq, e n una funzione di un
fattore come la densit del
terreno, tipo del terreno, storia dello stress e tipo di test.
Basati su studi statistici su risultati per
sabbie normal consolidate, Jamiolkowski (1985) ha ottenuto n =
0.56 per la resistenza alla SPT,
mentre Liao e Withman (1985) hanno proposto n = 0.5 per la
SPT.
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correlazioni geotecniche
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Sembra che non solo gli sforzi efficaci verticali ma anche
quelli laterali o il coefficiente di spinta a
riposo, K0, influenzino la resistenza misurata. Ponendo vo con
(1 + 2K0)/3vo nellequazione di
Liao e Withman si pu differenziare leffetto degli sforzi
orizzontali dagli altri come riportato da
Skempton (1986). Questo implica che la resistenza alla
penetrazione per ogni condizione di K0, N e
qc, dovrebbe essere definita:
N/Nnc, nKoncKoqcncqc )2
121( ++=
Dove K0nc il coefficiente si spinta del terreno per depositi
normal consolidati, e Nnc e qcqc sono
le resistenze corrispondenti. Un possibile incremento della
resistenza come aumento dello sforzo
orizzontale pu essere stimato da questa equazione. Per la
valutazione della liquefazione,
comunque, la resistenza alla penetrazione non corretta in
termini di sforzi efficaci ma di sforzi
efficaci verticali, questo per il fatto che la resistenza alla
liquefazione di solito normalizzata con
gli stress efficaci verticali.
Fig. 2.14 Grafico per la stima del coefficiente Cn per tener
conto dellinfluenza dei valori di NSPT della pressione verticale
efficace (Tokimatsu,
1988).
Oppure si applica al valore di N il fattore Cn tabulato in
tabella 2.7 riferito al tipo di consolidazione
e alla densit relativa.
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Tipo di consolidazione Densit relativa Fattore di correzione
Cn
NC 40-60 200/100 + v
NC 60-80 300/200 + v
OC - 170/70 + v
v in kPa Tab. 2.7 Fattore di correzione per lo stress verticale
v dovuta al sovraccarico del terreno sabbiose
Lenergia pu anche essere dispersa a causa della lunghezza delle
aste, infatti se questa minore di
10 m, i fattori di correzione mostrati in fig. 2.8 possono
essere applicati al numero dei colpi per
sabbia; per aste pi lunghe di 10 m, nessuna correzione viene
applicata.
Lungezza delle
aste
Fattore di
correzione
>10
6-10
4-6
3-4
1.0
0.95
0.85
0.75 Tab. 2.8 Fattori di correzione in sabbia dovuti alla
lunghezza delle aste
Per quanto riguarda la normalizzazione di NSPT anche per il
dispositivo di battitura, i fattori di
variabilit connessi con i differenti dispositivi di infissione
possono essere tenuti in considerazione:
(i) approfondendo la Procedura di Riferimento fino a definire
esattamente la geometria
delle aste, della testa di battuta, del maglio, nonch il
meccanismo di sollevamento e
rilascio del maglio; oppure
(ii) misurando il rendimento medio ERi del dispositivo di
infissione corretto per i fattori K1
K2 Kc e riferire il numero di colpi (N) ad un rendimento di
riferimento ormai da tutti i
ricercatori identificato pari al 60% (N60).
In questo caso:
N60 = (ERiM/60)N
N60 = numero di colpi corretto per riferirlo al rendimento
60%
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ERiM = rendimento medio misurato, espresso in percentuale
N = numero di colpi misurato (= NSPT).
Il valore normalizzato di N che tenga conto sia della pressione
del terreno sovrastante che del
rendimento del sistema di infissione, pu essere quindi:
(N1)60 = CN (ERiM/60)N = ERiM N/ 60 vo
Adottando il valore di (N1)60 e rispettando le indicazioni della
Procedura di Riferimento
nellesecuzione della prova, le variazioni registrate nel numero
di colpi dipenderanno finalmente
solo dallultimo fattore 4 e cio dalle caratteristiche del
terreno.
Correzioni degli input di energia. Per la valutazione del
potenziale di liquefazione, il numero dei
colpi SPT deve essere corretto a (N1)60 cos come descritto nelle
seguenti sezioni.
Correzione dellinput di energia secondo Burmister (1948).
Burmister ha assunto ch