Lezione facciorusso renzi_corso_grosseto_finale29giu12

27/05/2015
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Prescrizioni delle NTC-08 in materia di
programmazione delle indagini geotecniche
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZE
Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale
Sezione geotecnica (www.dicea.unifi.it/geotecnica)
Johann Facciorusso
johannf@dicea.unifi.it
http://www.dicea.unifi.it/~johannf/
Corso di aggiornamento professionale: ‘’PrOGRAMMAZIONE DELLE INDAGINI E CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI TERRENI PER LA
MODELLAZIONE GEOTECNICA IN OTTEMPERANZA ALLE NTC 2008’’
Grosseto, 29 giugno 2012
Stefano Renzi
renzi.stefano@gmail.com
Indice
Lo scopo di questa corso è fornire una lettura critica e comparativa delle
norme tecniche in materia di costruzioni (NTC08) per la parte che riguarda
le indagini geotecniche, per la caratterizzazione meccanica in campo
statico e dinamico dei terreni con particolare riferimento ai parametri che
vengono richiesti, alle tecniche di misura e interpretazione dei risultati, ai
confronti ed alle modalità di programmazione delle indagini in relazione ai
più frequenti contesti progettuali. Il corso si articolerà nei seguenti punti:
 1. Introduzione: modello geotecnico, valori caratteristici e di progetto,
criteri generali di programmazione delle indagini, ecc.
 4. Caratterizzazione in campo dinamico: indagini sismiche per la misura
di Vs, correlazioni empiriche tra Vs e i parametri desunti da prove
geotecniche “standard”
 2. Caratterizzazione in campo statico: indagini geotecniche in campo
statico (prove di laboratorio, indagini in sito), correlazioni empiriche, casi
progettuali, ecc.
 3. Azione sismica di progetto: classificazione sismica dei terreni, effetti
stratigrafici e topografici, ecc.
Dott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzii
“Prescrizioni delle NTC-08 in materia di indagini geotecniche”
Grosseto, 29 Giugno 2012
‘’PrOGRAMMAZIONEDELLEINDAGINIECARATTERIZZAZIONEMECCANICADEITERRENIPERLA
MODELLAZIONEGEOTECNICAINOTTEMPERANZAALLENTC2008’’
Dott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
In Italia i progetti di opere di ingegneria civile sono spesso carenti sotto
l’aspetto geotecnico poiché il progettista non se ne occupa
personalmente. In particolare è frequente che:
 le indagini siano svolte senza consultare il progettista,
 l’indagine geotecnica sia sostituita o confusa con l’indagine
geologica,
 il programma di prove ed i controlli siano non inerenti al progetto, ….
Per un processo di qualità nella progettazione è necessario che:
 il progettista partecipi alla formulazione del programma di indagine,
 richieda alle Imprese di indagine solo dati oggettivi (parametri derivati
direttamente o da correlazioni),
 conduca una scelta “autonoma” dei parametri geotecnici,
 individui il(i) modello(i) geotecnico(i) di sottosuolo partendo dalle
caratteristiche generali delle opere in progetto,
 partecipi alla analisi ed alla progettazione dell’opera anche per gli
aspetti geotecnici
Introduzione Dott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
Vi è una netta differenza tra GEOLOGIA e GEOTECNICA (e tra i relativi
elaborati di progetto)
In estrema sintesi la Geologia deve rispondere ai seguenti quesiti:
 come si sono formati i terreni presenti nel sottosuolo dell’opera in
progetto?
 quando e con quali meccanismi?
 quali fenomeni si sono succeduti nel tempo?
 quale è la successione litostratigrafica locale?
 quale è lo schema della circolazione idrica superficiale e
sotterranea?
 vi sono dissesti in atto o potenziali e quale è la loro tendenza
evolutiva?
Caratterizzazione e modellazione geologica del sito (§6.2.1)
 Geologia e Geotecnica
Introduzione
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La Relazione geologica di progetto dovrà in particolare fare riferimento
a quella porzione di territorio in cui dovrà sorgere l’opera,
inquadrandola nel contesto geologico generale e sviluppando per essa
un modello geologico di maggiore dettaglio, rappresentato con carte e
sezioni geologiche, utile al progettista per inquadrare i problemi
geotecnici e per definire il programma delle indagini geotecniche.
l’ingegnere potrà desumere e giustificare la variabilità e
l’eterogeneità stratigrafica in direzione verticale ed orizzontale
(ad esempio attraverso l’ambiente di deposizione e
l’identificazione dei paleo alvei), lo stato di
sovraconsolidazione, la presenza di livelli torbosi, l’anisotropia
meccanica e idraulica, etc..
 Relazione Geologica
Introduzione
5
Indagini, caratterizzazione e modellazione geotecnica
del sito (§6.2.2)
“Le indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo
di opera e/o di intervento e devono riguardare il volume significativo di cui
al § 3.2.2, e devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di
sottosuolo necessari alla progettazione. ….. È responsabilità del progettista
la definizione del piano delle indagini, la caratterizzazione e la modellazione
geotecnica.”
Caratterizzazione geotecnica a fini sismici (§7.11.2)
“Le indagini geotecniche devono essere predisposte dal progettista in
presenza di un quadro geologico adeguatamente definito, che comprenda i
principali caratteri tettonici e litologici, nonché l’eventuale preesistenza di
fenomeni di instabilità del territorio. Le indagini devono comprendere
l’accertamento degli elementi che, unitamente agli effetti topografici,
influenzano la propagazione delle onde sismiche, quali le condizioni
stratigrafiche e la presenza di un substrato rigido o di una formazione ad
esso assimilabile.
Introduzione
6
 Quanto si devono estendere le indagini? Le indagini geotecniche devono
estendersi al volume significativo per la caratterizzazione in campo statico,
mentre, per la caratterizzazione sismica, devono avere una estensione e
raggiungere una profondità tale da consentire una completa
caratterizzazione di eventuali fenomeni amplificativi e/o instabilità di pendio
o dovuta a liquefazione*
*N.B. Non sono citati esplicitamente fenomeni di densificazione di depositi
sabbiosi saturi o di subsidenza in presenza di cavità o di scorrimenti di
faglia che invece dovrebbero comunque essere presi in considerazione
(Eurocodice EC8-Strutture in zona sismica)
Def. “Per volume significativo di
terreno si intende la parte di
sottosuolo
influenzata, direttamente o
indirettamente, dalla
costruzione del manufatto e che
influenza
il manufatto stesso.”
(NTC-08, § 3.2.2 )
Raccomandazioni AGI, 1977
Introduzione Dott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
Indicazioni sul volume
significativo del
sottosuolo a seconda del
tipo e delle dimensioni del
manufatto, nel caso di
terreno omogeneo
(Raccomandazioni AGI,
1977)
Introduzione
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Le indagini geotecniche “in campo statico” devono essere finalizzate alla
(NTC-08, § 6.2.2 ):
 definizione del modello geotecnico di sottosuolo da utilizzare nella
progettazione;
 stima dei valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da
attribuire ai terreni nel modello geotecnico utilizzato (ad es. j’, cu, ecc.).
Def. “Per modello geotecnico si intende uno schema rappresentativo delle
condizioni stratigrafiche, del regime delle pressioni interstiziali e della
caratterizzazione fisico-meccanica dei terreni e delle rocce comprese nel
volume significativo, finalizzato all’analisi quantitativa di uno specifico
problema geotecnico.” (NTC-08, § 6.2.2 )
Le indagini geotecniche “in campo dinamico” devono fornire (NTC-08, §
7.11.2 ) :
 i valori di rigidezza a piccole deformazioni (G0 o Vs);
 la valutazione della dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dal
livello deformativo (curve di decadimento)
Quali sono gli obiettivi delle indagini geotecniche?
Introduzione
9
Introduzione
 le caratteristiche stratigrafiche e topografiche che influenzano la
risposta sismica locale, RSL (spessore, alternanza e giacitura degli strati,
posizione del bedrock, presenza di discontinuità, ecc.), indispensabile
nella definizione dell’azione sismica per le verifiche di stabilità del sito e
delle opere geotecniche e strutturali.
 “almeno” la classificazione del sottosuolo (ad es., attraverso il profilo di
G0 o VS con la profondità);
e devono consentire di definire :
 la degradazione ciclica della rigidezza e della resistenza per fenomeni di
fatica e per l’incremento delle pressioni interstiziali (nei terreni saturi),
utile nelle analisi post-sismiche, e ricavabili mediante correlazioni (non
specificate nelle NTC) o mediante prove di laboratorio dinamiche e
cicliche (consigliate solo in casi speciali).
N.B.: Le NTC-08 suggeriscono che “Nel caso di opere per le quali si
preveda l’impiego di metodi d’analisi avanzata, è opportuna anche
l’esecuzione di prove cicliche e dinamiche di laboratorio, quando sia
tecnicamente possibile il prelievo di campioni indisturbati.” (NTC-08, §
6.2.2), ma poi prescrivono che: “Nella caratterizzazione geotecnica è
necessario valutare la dipendenza della rigidezza e dello smorzamento dal
livello deformativo”, per il quale sono richieste specifiche prove di
laboratorio dinamiche e cicliche!!!!
Introduzione
 Chi programma le indagini?: il progettista
 Chi è responsabile della definizione del modello geotecnico?: il
progettista
Quali sono i criteri da seguire nella programmazione delle indagini? Le
indagini geotecniche devono essere programmate in funzione del tipo di
opera e/o di intervento e del metodo di analisi adottato nelle verifiche
“Nel caso di costruzioni o di interventi di modesta rilevanza, che ricadano in zone
ben conosciute dal punto di vista geotecnico, la progettazione può essere basata
sull’esperienza e sulle conoscenze disponibili, ferma restando la responsabilità
del progettista su ipotesi e scelte progettuali.” (NTC 2008, § 6.2.2)
Quali sono le prove da preferire in relazione al tipo di opera e di verifica
da eseguire e del metodo di analisi adottato? Non vengono fornite
indicazioni specifiche, affidando alla responsabilità del progettista la
scelta nel rispetto delle prescrizioni generali sopra citate. Maggiori
indicazioni, però di carattere puramente indicativo, vengono fornite nella
Circolare esplicativa (Circolare Ministeriale 2 febbraio 2009, n. 617
“Istruzioni per l’applicazione delle «Nuove Norme tecniche per le
costruzioni» di cui al Decreto Ministeriale 14 gennaio 2008” ) per la
caratterizzazione sia in campo statico (§ C6.2.2 e in particolare la Tab.
C6.2.1) sia in campo dinamico (§ C7.11.3.1.1).
Introduzione
i valori caratteristici della resistenza dei materiali e delle azioni sono
definiti, rispettivamente, come: “il frattile inferiore delle resistenze e il
frattile (superiore o inferiore a seconda che l’azione sia rispettivamente
sfavorevole o favorevole) delle azioni che minimizzano la sicurezza. In
genere, i frattili sono assunti pari al 5% (95%). Per le grandezze con piccoli
coefficienti di variazione, ovvero per grandezze che non riguardino
univocamente resistenze o azioni, si possono considerare frattili al 50%
(valori mediani)”. (NTC-08, § 2.3 )
Nelle verifiche di stabilità strutturali:
Valore caratteristico5% 50% 95%
Valori caratteristici e di progetto
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Introduzione
Nelle verifiche di stabilità delle opere e dei sistemi geotecnici:
“i valori caratteristici delle grandezze fisiche e meccaniche da attribuire ai
terreni devono essere ottenuti mediante specifiche prove di laboratorio su
campioni indisturbati di terreno e attraverso l’interpretazione dei risultati di
prove e misure in sito. Per valore caratteristico di un parametro geotecnico
deve intendersi una stima ragionata e cautelativa del valore del parametro
nello stato limite considerato”. (NTC-08, § 6.2.2 )
N.B. Le NTC 2008 non forniscono indicazioni sulla procedura di scelta dei
valori caratteristici dei parametri geotecnici.
La Circolare Esplicativa (§ C6.2.2) chiarisce (?) in parte il significato e la
procedura di scelta dei valori caratteristici, specie in relazione al tipo di
verifica.
Maggiori indicazioni sono fornite dall’Eurocodice 7 EN 1997-1:2004(E).
Valore medio o minimo??
Xk
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Misure dirette
(in sito e/o in laboratorio)
o correlazioni
Valori caratteristiciINTERPRETAZIONE
Coefficienti parziali
Xk
gM
Valori di progetto
Xd
M
kX
g
Tabella 6.2.II – Coefficienti parziali per i parametri geotecnici del terreno
Introduzione
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Introduzione
La scelta dei valori caratteristici avviene in tre fasi:
Prima fase (I): sperimentazione per la misura diretta o la determinazione
indiretta dei parametri geotecnici
Seconda fase (II): elaborazione dei risultati per l’identificazione dei valori
più appropriati dei parametri geotecnici ai fini progettuali
Terza fase (III): valutazione dei valori caratteristici degli stessi parametri.
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Introduzione
Prima fase (I): sperimentazione
Esempi di parametri misurati direttamente: peso di volume, capacità
portante di un palo da prova di carico di progetto, etc..
Esempi di parametri “derivati” dai risultati sperimentali in sito e di
laboratorio utilizzando modelli di trasformazione teorici, semi-empirici o
empirici:
c’ e j’ da prove Tx utilizzando la teoria di Mohr-Coulomb,
Em dalle curve q-ea di prove Tx,
cu da prove CPT o DMT,
etc.. diverso grado di incertezza.
N.B. Nella Relazione geotecnica è importante dichiarare come sono stati
stimati i parametri geotecnici di progetto, poiché i modelli di
trasformazione implicano un diverso grado di incertezza.
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Introduzione
Seconda fase (II): interpretazione
Molti parametri geotecnici non sono costanti materiali che possano essere
determinati direttamente e univocamente con la sperimentazione, ma
dipendono dallo stato tensionale e deformativo.
Per l’identificazione dei parametri geotecnici appropriati ai fini progettuali
occorre considerare le possibili differenze fra i valori dei parametri stimati
dai risultati sperimentali ed i valori che governano il comportamento della
struttura geotecnica.
Esempio: la resistenza al taglio
L’inviluppo a rottura di un terreno sovra-consolidato è curvilineo. La linearizzazione
produce valori di c’ e f’ dipendenti dall’intervallo di tensione. L’angolo di resistenza al
taglio mobilitato dipende dal livello deformativo.
Introduzione
L’angolo di resistenza al taglio mobilitato dipende dal livello deformativo.
Argilla di Todi: relazioni tensioni
di taglio –
spostamenti relativi
in prove di taglio diretto,
prima e dopo la rottura
[Calabresi, 1980].
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Introduzione
Il valore misurato della resistenza al taglio dipende dal tipo di prova
Argilla di Londra:
confronto tra valori
di resistenza non
drenata ottenuti da
prove di carico su
piastra
(D = 865 mm) e
valori misurati in
laboratorio su
campioni di (a) 98
mm e (b) 38 mm di
diametro
[Marsland, 1974]
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Introduzione
La Circolare Esplicativa esemplifica per le opere di sostegno.
a) Per la verifica allo scorrimento della fondazione :
f’= f’cr e c’  0
b) Per il calcolo della capacità portante:
c) Per il calcolo della spinta attiva, che richiede deformazioni piccole, si
può fare riferimento all’angolo di resistenza al taglio di picco (f’= f’p),
mentre per il calcolo della spinta passiva, che richiede deformazioni molto
grandi, occorre riferirsi all’angolo di resistenza al taglio a volume costante
(f’= f’cr ).
f’= f’p e c’
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Introduzione
Terza fase (III): scelta dei valori caratteristici
occorre tenere conto di:
 variabilità del terreno,
 numerosità delle determinazioni sperimentali,
 dispersione dei risultati,
 tipo di verifica e delle condizioni costruttive,
 volume di terreno coinvolto e stato limite considerato,
 rigidezza della struttura e sua capacità di ridistribuire il carico.
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Introduzione
“Nelle valutazioni che il progettista deve svolgere per pervenire ad una
scelta corretta dei valori caratteristici, appare giustificato:
1. il riferimento a valori prossimi ai valori medi quando nello stato limite
considerato è coinvolto un elevato volume di terreno, con possibile
compensazione delle eterogeneità o quando la struttura a contatto con
il terreno è dotata di rigidezza sufficiente a trasferire le azioni dalle
zone meno resistenti a quelle più resistenti.
2. Al contrario, valori caratteristici prossimi ai valori minimi dei parametri
geotecnici appaiono più giustificati nel caso in cui siano coinvolti
modesti volumi di terreno, con concentrazione delle deformazioni fino
alla formazione di superfici di rottura nelle porzioni di terreno meno
resistenti del volume significativo, o nel caso in cui la struttura a
contatto con il terreno non sia in grado di trasferire forze dalle zone
meno resistenti a quelle più resistenti a causa della sua insufficiente
rigidezza.” (Istruzioni § C6.2.1).
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Introduzione
Ad esempio per la stima con formule analitiche
della capacità portante in condizioni non
drenate di un palo di fondazione in un terreno
“omogeneo” a grana fine:
- cu,k  cu,mean (volume di terreno interessato è
grande) per QS
- cu,k  cu,min (volume di terreno interessato è
modesto) per QP
QLIM
QS
QP
WP
N.B. La traduzione in termini numerici delle parole “elevato volume di
terreno” o “modesti volumi di terreno”, o anche di “valori prossimi ai
valori medi” e “prossimi ai valori minimi” è comunque lasciata alla
sensibilità e responsabilità del progettista. 23
Introduzione
Esempio:
Scelta dei valori caratteristici della resistenza al taglio non drenata in base
a risultati di prove di laboratorio da utilizzare nelle verifiche di capacità
portante a breve termine di un palo trivellato in argilla.
Per QS , cu,k = cu ,95 (ovvero quel valore che ha il 95% di probabilità di essere
inferiore al valore medio), per 0 (p.c.) < z < 16 m (lunghezza del palo).
Per QP , cu,k = cu ,5 (ovvero quel valore che ha il 5% di probabilità di essere
inferiore al valore medio), per 13,6 m (L – 4d) < z < 16,6 m (L + d).
QS
QP
Dati:
Lunghezza del palo L = 16 m
Diametro d = 0,6 m
Carico permanente verticale caratteristico: Gk = 400 kN
Carico variabile verticale caratteristico: Qk = 200 kN
cu determinata con prove TxUU su campioni estratti a varie profondità
da 3 sondaggi

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Introduzione
S1 S2 S3
1,8 45 59 62
3,6 56 55 52
5,4 51 53 60
7,2 70 48 57
9 59 40 62
10,8 62 38 51
12,6 70 47 44
14,4 31 46 46
16,2 58 46 36
18 33 30 42
cu (kPa)
z (m)
Terreno “omogeneo” senza un
significativo trend di variazione con la
profondità
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 20 40 60 80
cu (kPa)
z(m)
S1
S2
S3
25
Introduzione
Si utilizza la relazione:
Xk = Xm (1 – kn COV)
in cui:
Xk valore caratteristico della variabile X
da stimare,
Xm media campionaria di X,
COV coefficiente di variazione di X (s/|m|),
kn coefficiente statistico (tabulato)
funzione del numero di
determinazioni sperimentali (n),
distanza di fluttuazione di X (e
quindi volume di terreno grande o
piccolo), livello di confidenza
statistica richiesta
volume
grande
volume
piccolo
n kn kn
3 1,69 3,37
4 1,18 2,63
5 0,95 2,33
6 0,82 2,18
8 0,67 2,00
10 0,58 1,92
20 0,39 1,76
30 0,31 1,73
∞ 0,00 1,64
26
Introduzione
Per QS:
n = 27
Xm = 52,0 kPa
COV = 18,8%
kn = 0,320
cu,k = 48,9 kPa
N.B. Nei casi in cui la capacità o resistenza del sistema geotecnico non è
indirettamente stimata (come nel caso precedente) ma direttamente
misurata (ad es. capacità portante di pali e ancoraggi da prove di carico
di progetto) le NTC 2008 specificano il metodo statistico da applicare per
ottenere i valori caratteristici.
Per QP:
n = 6
Xm = 43,8 kPa
COV = 21,4%
kn = 2,18
cu,k = 23,4 kPa
27
Piano delle indagini
Il piano delle indagini (numerosità, disposizione, tipologia delle prove in
sito e di laboratorio) deve essere stabilito caso per caso, tenendo conto
di:
 Natura e variabilità dei terreni nel volume significativo,
 Importanza dell’opera in progetto,
 Fase di sviluppo (fattibilità, definitivo, esecutivo, controlli in corso
d’opera e collaudo, monitoraggio post operam),
 Possibili soluzioni di progetto,
 Dati richiesti dai modelli geotecnici e dai metodi di calcolo che si
intendono adottare per la soluzione dei diversi problemi.
Caratterizzazione in campo statico
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Tipologia delle indagini
Le indagini geotecniche in sito e di laboratorio hanno vantaggi e limiti
opposti, e non sono pertanto alternative ma complementari.
Le indagini in sito sono:
 insostituibili per il riconoscimento stratigrafico,
 interessano volumi di terreno molto maggiori,
 molte di esse consentono di determinare profili pressoché continui
con la profondità delle grandezze misurate,
 sono più rapide ed economiche,
 sono quasi l’unico mezzo per caratterizzare dal punto di vista
meccanico i terreni incoerenti, il cui campionamento “indisturbato” è
molto difficile ed economicamente oneroso.
ma:
 le condizioni al contorno sono difficilmente individuabili e incerte,
 la modellazione della prova è spesso incerta e schematica per cui
l’interpretazione è talvolta affidata a relazioni empiriche o semi-
empiriche.
Caratterizzazione in campo statico Dott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
le prove di laboratorio:
 hanno condizioni al contorno (di carico, di vincolo, di drenaggio), ben
definite e controllabili,
 i risultati possono essere interpretati con modelli matematici
appropriati,
ma:
 i campioni possono non essere rappresentativi delle reali condizioni
in sito, sia a causa della variabilità intrinseca del terreno naturale, sia
per l’inevitabile disturbo di campionamento.
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Scelta del livello di approfondimento dell’indagine geotecnica
su base economica
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AMPIEZZA ORIENTATIVA DELL’INDAGINE GEOTECNICA
Tipo di opera
Distanza fra i sondaggi (m)
Stratificazione
Numero minimo di
verticali di esplorazione
Uniforme Media Caotica
Edificio di 12 piani 60 30 15 3
Edificio a molti piani 45 30 15 4
Pile e spalle di ponti, torri - 30 12 12 per ciascuna fondazione
Strade 300 150 30 -
Gallerie:
progetto di massima
progetto esecutivo
500
100
300
50
-
-
-
32

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APPROFONDIMENTO DELLE INDAGINI
Il grado di approfondimento dell’indagine geotecnica nel volume
significativo del sottosuolo dipende:
 dalla fase di progettazione (di fattibilità, definitiva o esecutiva)
 dall’importanza dell’opera
 dalla complessità delle condizioni stratigrafiche e geotecniche
Secondo l’Eurocodice per l’ingegneria geotecnica (EC7) le opere da
realizzare possono essere classificate in tre categorie geotecniche (GC) di
importanza crescente, cui ovviamente corrispondono gradi di
approfondimento crescenti dell’indagine geotecnica.
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CATEGORIE GEOTECNICHE SECONDO L’EUROCODICE EC7
GC1
Strutture semplici caratterizzate da rischi molto limitati
Esempi:
- fabbricati di piccole dimensioni con carichi massimi alla base dei pilastri di
25,5 kN o distribuiti alla base di murature di 10 kN/m,
- muri di sostegno o scavi sbadacchiati di altezza non superiore a 2m,
- scavi di piccole dimensioni per drenaggi o posa di fognature, etc..
GC2
Tutti i tipi di strutture e fondazioni convenzionali che non presentano
particolari rischi.
Esempi:
- fondazioni superficiali,
- fondazioni a platea,
- pali,
- opere di sostegno delle terre o delle acque,
- scavi,
- pile di ponti,
- rilevati e opere in terra,
- ancoraggi e sistemi di tiranti,
- gallerie in rocce dure, non fratturate e non soggette a carichi idraulici elevati
GC3
Strutture di grandi dimensioni, strutture che presentano rischi elevati,
strutture che interessano terreni difficili o soggette a particolari condizioni di
carico, strutture in zone altamente sismiche
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Struttura piccola e relativamente
semplice?
Struttura molto grande o
inusuale?
Condizioni del sottosuolo note
per esperienza locale e
conoscenze utilizzabili con i
tradizionali metodi di
progettazione geotecnica?
Se è previsto uno scavo sotto
falda, l'esperienza locale indica
che in casi analoghi non sono
sorti problemi?
Il rischio di instabilità generale o
di movimenti del terreno è
trascurabile?
Categoria 1
Il livello di rischio associato al
collasso è molto alto?
Le condizioni del sottosuolo sono
molto difficili o inusuali?
Le condizioni di carico sono
eccezionali o inusuali?
L'area è di alta sismicità?
L'area è a rischio di frana o di
movimenti persistenti del
terreno?
Categoria 2 Categoria 3
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
SI
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
INDAGINI IN SITO
Le indagini geotecniche in sito hanno vantaggi che consentono di superare
i limiti delle prove di laboratorio e allo stesso tempo presentano svantaggi
che sono in parte colmati dalle potenzialità delle prove di laboratorio.
Pertanto i due tipi di prove non sono alternativi ma complementari.
 sono insostituibili per il riconoscimento stratigrafico
 interessano grandi volumi di terreno
 molte di esse consentono di tracciare profili pressoché continui con la
profondità delle grandezze misurate
 sono più rapide ed economiche
 il disturbo procurato sul terreno circostante è pressoché trascurabile
 sono quasi l’unico mezzo per caratterizzare dal punto di vista meccanico
i terreni incoerenti (il cui campionamento “indisturbato” è molto difficile
ed economicamente oneroso)
 le condizioni al contorno (condizioni di carico, vincolo e di drenaggio)
sono difficilmente individuabili e incerte
 la modellazione della prova è spesso incerta e schematica
 l’interpretazione è talvolta affidata a relazioni empiriche o semi-
empiriche
VANTAGGI:
SVANTAGGI:
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CORRELAZIONI
Per convertire i valori delle grandezze misurate con prove in sito nei valori
numerici dei parametri geotecnici utili nella progettazione si utilizzano
correlazioni, che a seconda della prova possono essere:
 correlazioni primarie, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal
risultato della prova utilizzando una solida base teorica con poche
ipotesi da verificare (ad es. la stima di G0 da misure di VS);
 correlazioni secondarie, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal
risultato della prova utilizzando una base teorica, ma con
approssimazioni e ipotesi sostanziali, e in genere con parametri
intermedi (ad es. la stima di cu da qc);
 correlazioni empiriche, con cui il parametro geotecnico è ottenuto dal
risultato della prova senza giustificazione teorica (ad es. la stima di
qlim di fondazioni su sabbia da NSPT).
39
ESTENSIONE DELLE INDAGINI
Le indagini geotecniche vanno condotte su quella parte di sottosuolo che
verrà influenzata dalla costruzione dell’opera o che ne influenzerà il
comportamento (ovvero il volume significativo).
Nel caso di terreno omogeneo, per le più frequenti opere geotecniche
(AGI, 1977):
40

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11
ESTENSIONE DELLE INDAGINI
41
Per identificare le condizioni stratigrafiche e di falda all’interno del
volume significativo di sottosuolo possono essere eseguite:
 prove geofisiche
 scavi e trincee
 sondaggi e prove continue (o quasi) lungo verticali di esplorazione
1. Scavi e trincee di esplorazione mettono in luce ampie sezioni verticali
del sottosuolo (consentono una descrizione di dettaglio della successione
stratigrafica ed il prelievo di campioni anche di grandi dimensioni con
minimo disturbo) ma sono caratterizzati da una modesta profondità di
indagine.
2. I sondaggi stratigrafici e geotecnici consentono di verificare
direttamente la successione stratigrafica lungo una verticale di
esplorazione, di prelevare campioni per le analisi di laboratorio, e di
eseguire prove meccaniche e idrauliche a fondo foro, durante la
perforazione.
3. Le prove continue (o quasi) lungo verticali di esplorazione (CPT, SPT,
DMT, etc.) consentono di identificare la successione stratigrafica e di
stimare alcune proprietà geotecniche in modo indiretto mediante
correlazioni con le grandezze misurate.
CARATTERIZZAZIONE STRATIGRAFICA
42
I mezzi di indagine in sito per l’identificazione delle condizioni
stratigrafiche e di falda del volume significativo di sottosuolo e per la
caratterizzazione meccanica delle formazioni presenti, sono molti e di
diversa complessità.
I più diffusi in Italia, comunemente impiegati per la progettazione di opere
di categoria GC2 , sono:
 le perforazioni di sondaggio,
 le prove penetrometriche dinamiche (SPT),
 le prove penetrometriche statiche (CPT),
 le prove con piezocono (CPTU),
 le prove dilatometriche (DMT).
 le prove scissometriche
TIPI DI INDAGINI
43
Perforazioni di sondaggio
Per sondaggio stratigrafico si intende una perforazione del terreno, in
genere in direzione verticale, che consente di riconoscere la successione
stratigrafica, mediante l’esame visivo e l’esecuzione di alcune prove di
riconoscimento sul materiale estratto.
Durante la perforazione è possibile installare apparecchi di misura quali
piezometri, inclinometri, etc..
SONDAGGI STRATIGRAFICI E GEOTECNICI
Si parla di sondaggio geotecnico quando e la perforazione permette, oltre
al riconoscimento stratigrafico, anche il prelievo di campioni
“indisturbati” di terreno e l’esecuzione di prove in foro per la
determinazione delle proprietà geotecniche dei terreni in sede.
Con le perforazioni di sondaggio è possibile attraversare qualunque tipo
di terreno, anche a grande profondità e sotto falda, ed eseguire indagini
anche sotto il fondo di fiumi o del mare.
Esistono due tipi di sondaggio:
 sondaggio stratigrafico
 sondaggio geotecnico
44

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12
Esistono diverse tecniche di perforazione :
 a distruzione se lo scopo della perforazione è solo quello di
raggiungere una data profondità, ad esempio per installare uno
strumento di misura, e non interessa il riconoscimento stratigrafico o il
prelievo di campioni rappresentativi;
TIPI DI SONDAGGI
 a percussione,
 a rotazione,
 con trivelle ad elica
 a carotaggio continuo se si vuole identificare in dettaglio la successione
Il sondaggio può esser condotto:
Perforazioni di sondaggioDott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
45
TECNICHE DI PERFORAZIONE
46
La tecnica di perforazione attualmente più utilizzata per i sondaggi a
carotaggio continuo è a rotazione.
SONDAGGI A CAROTAGGIO CONTINUO
Le carote estratte nel corso del sondaggio sono sistemate in apposite
cassette catalogatrici.
Il diametro dei fori di sondaggio è in genere compreso tra 75 e
150mm.
Il terreno è perforato da un utensile spinto e fatto ruotare mediante una
batteria di aste. La perforazione può avvenire a secco o con immissione
di un fluido.
L’utensile di perforazione è un tubo d’acciaio (carotiere) munito
all’estremità di una corona tagliente di materiale adeguato. Per evitare
che il terreno campionato venga a contatto con la parte rotante e sia
almeno parzialmente protetto dal dilavamento del fluido di circolazione,
possono utilizzarsi carotieri a parete doppia, di cui solo quella esterna
ruota.
47
Per assicurare la stabilità della parete e del fondo del foro, ove
necessario, si utilizza:
 una batteria di tubi di rivestimento
 un fluido costituito in genere da una miscela di acqua con una
percentuale del 35% di bentonite (fango bentonitico).
Il fango bentonitico è caratterizzato da un peso specifico di poco superiore
a quello dell’acqua e da tixotropia, ovvero da una viscosità molto elevata
in stato di quiete e molto minore in stato di moto. Tali caratteristiche
rendono il fango bentonitico particolarmente adatto non solo a sostenere
le pareti e il fondo del foro durante l’esecuzione ma anche a sollevare il
materiale scavato verso la bocca del foro.
N.B. Se si utilizza il fango bentonitico viene a formarsi una pellicola
impermeabile sulla superficie del foro che non consente l’esecuzione di
prove di permeabilità e di misure piezometriche.
48

27/05/2015
13
49
I campioni estratti durante la perforazione possono avere diverso grado di
disturbo in funzione sia della tecnica e degli strumenti utilizzati per il
prelievo, sia della natura del terreno stesso.
CAMPIONI
Le principali cause di disturbo derivano:
 dall’esecuzione del sondaggio (disturbo prodotto dalla sonda o
dall’attrezzo di perforazione)
 dall’infissione ed estrazione del campionatore
 dalla variazione dello stato tensionale
e nei provini sottoposti a prove di laboratorio:
 dal trasporto e dalla non perfetta conservazione del campione
 dalle operazioni di estrusione del campione dalla fustella
 dalla cavitazione e ridistribuzione del contenuto in acqua
 dalle operazioni di formazione del provino (ad esempio al tornio)
 dal montaggio nell’apparecchiatura di prova.
In particolare con gli usuali mezzi e tecniche di prelievo non è possibile
estrarre campioni “indisturbati” di terreno incoerente.
50
CLASSI DI QUALITÀ DEI CAMPIONI
Caratteristiche geotecniche
determinabili
Grado di qualità
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5
a) profilo stratigrafico X X X X X
b) composizione granulometrica
X X X X
c) contenuto d’acqua naturale
X X X
d) peso di volume
X X
e) caratteristiche meccaniche
(resistenza, deformabilità, etc..)
X
campioni disturbati
o rimaneggiati
disturbo
limitato
indisturbati
51
A parità di accuratezza nel campionamento, la classe di qualità massima
raggiungibile dipende dal tipo di terreno e di campionatore:
Tipo di terreno
Tipo di campionatore
A B C D E
a) coesivi poco consistenti Q3 Q4 Q5
Q5
b) coesivi moderatamente consistenti o
consistenti
Q3
(Q4)
Q4 Q5 Q5
c) coesivi molto consistenti
Q2
(Q3)
Q3
(Q4)
Q5
d) sabbie fini al di sopra della falda Q2 Q3 Q3
Q3
(Q4)
e) sabbie fini in falda Q1 Q2 Q2
Q2
(Q3)
N.B. Si indicano tra parentesi le classi di qualità Q raggiungibili con campionamento molto accurato.
A. campionatore pesante infisso a percussione
B. campionatore a parete sottile infisso a percussione
C. campionatore a parete sottile infisso a pressione
D. campionatore a pistone infisso a pressione
E. campionatore a rotazione a doppia parete con scarpa
avanzata
Qcrescente

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14
Prova SPT
PROVA PENETROMETRICA DINAMICA (SPT)
La prova penetrometrica dinamica S.P.T. (Standard Penetration Test) è la
prova in sito più diffusa ed utilizzata nel mondo (semplicità operativa, basso
costo, vasta letteratura per l’interpretazione dei risultati).
Viene determinata la resistenza offerta dal terreno
alla penetrazione dinamica di un campionatore
infisso a partire dal fondo di un foro di sondaggio o
di un foro appositamente eseguito (f = 60200 mm)
e subordinatamente di prelevare piccoli campioni
(disturbati)
La prova S.P.T. consiste nel far cadere
ripetutamente un maglio, del peso di 63,5 kgf,
da un’altezza di 760 mm, su una testa di battuta
fissata alla sommità di una batteria di aste alla
cui estremità inferiore è avvitato un
campionatore di dimensioni standardizzate.
53
Prova SPT
MISURE SPT
 il numero di colpi di maglio N1 necessario a produrre l’infissione per i primi
15cm (tratto di avviamento) inclusa l’eventuale penetrazione quasi statica
per gravità,
 il numero di colpi di maglio N2 necessario a produrre l’infissione per altri
15cm,
 il numero di colpi di maglio N3 necessario a produrre l’infissione per
ulteriori 15cm.
Complessivamente, durante
la prova, il campionatore
sarà infisso di:
15+15+15=45cm
Si assume quale resistenza
alla penetrazione il parametro:
NSPT = N2 + N3
maglio
testa di
battuta
fint = 35 mm
fest = 50 mm
Durante la penetrazione vengono misurate:
Prova SPT
INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI
Dato il carattere empirico dei metodi di interpretazione dei risultati della
prova S.P.T. è assolutamente necessario seguire in modo scrupoloso la
procedura di riferimento (ISSMFE, 1988).
I risultati della prova sono infatti influenzati:
 dalle caratteristiche del campionatore
 dalle dimensioni delle aste
 dal sistema di battitura
 dalla tecnica di perforazione
 dalle dimensioni del foro
N.B. Quando una o più di questi fattori vengono modificati rispetto al
procedura standard, esistono degli opportuni fattori correttivi per il
parametro NSPT (anche quando le misure vengono effettuate sotto falda).
L’indice NSPT è una misura indiretta dell’energia necessaria a determinare
la rottura del terreno.
la resistenza al taglio (tf) può essere stimata con una correlazione di tipo
secondario con il valore di NSPT tf = f(NSPT)
Prova SPT
Terreni a grana grossa:
tf =s’ tgj’
Rottura in condizioni drenate (o quasi) e c’=0
s’ prop. s’v0
NSPT = f(s’v0 , DR)
j’picco = f(DR)
Profondità della misura
Campione disturbato
in cui pa =patm
pa=100 se s’v0 (kPa)
pa=1 se s’v0 (kgf/cm2)
Gibbs e Holtz (1957)
1. Correlazioni tra DR e NSPT
56

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Prova SPT
6,05,1
222,0







F
N
D SPT
R
14
p
8,16
p
65,0F
a
'
0v
2
a
'
0v
2 




 s





 s

7,0
p
N
21,0D
a
'
0v
SPT
R

s

Gibbs e Holtz (1957)
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
NSPT
(s'v0/pa)
DR = 20%
DR = 40%
DR = 60%
DR = 80%
DR = 100%
Meyerhof (1957)
57
Prova SPT
2
R
a
'
0v
SPT D
p
024,124,320N 




 s

2
R
a
'
0v
SPT D
p
1,4120N 




 s
 732,0
pa
'
0v

s
732,0
pa
'
0v

s
Bazaara (1967)
per sabbie sovraconsolidate o costipate
60
NC
D SPTN
R


con
con
a
'
0v
N
p
1
2
C
s


per sabbie fini
a
'
0v
N
p
2
3
C
s


per sabbie grosse
Skempton (1987)
58
Prova SPT
Yoshida e Kokusho (1989)
14,0
a
'
0v57,0
SPTR
p
100N22,0D






 s

14,0
a
'
0v57,0
SPTR
p
100N18,0D






 s

per sabbia fine per sabbia 75% - ghiaia 25%
59
Prova SPT
Yoshida e Kokusho (1989)
13,0
a
'
0v44,0
SPTR
p
100N25,0D






 s

12,0
a
'
0v46,0
SPTR
p
100N25,0D






 s

per sabbia 50% - ghiaia 50% per tutti i terreni granulari
60

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Prova SPT
Schmertmann (1978)
L’angolo di resistenza al taglio di picco
può essere stimato in modo indiretto a
partire dal valore della densità relativa
precedentemente stimata dai risultati della
prove SPT
2. Correlazioni tra j’ e DR
RD14,028)(' f
RD115,05,31)(' f
RD10,05,34)(' f
RD08,038)(' f
Sabbia fine uniforme
Sabbia media uniforme e
sabbia fine ben gradata
Sabbia grossa uniforme e
sabbia media ben gradata
Ghiaia media e fine e
sabbia e ghiaia e poco
limosa
61
Prova SPT
Eurocodice 7 (sabbie silicee)
DR Grana fine Grana media Grana grossa
( % ) Uniforme Ben gradata Uniforme Ben gradata Uniforme Ben gradata
40 34 36 36 38 38 41
60 36 38 38 41 41 41
80 39 41 41 43 43 44
100 42 43 43 44 44 46
62
L’angolo di resistenza al taglio
può essere stimato anche mediante correlazioni
dirette tra f’ e NSPT, che evitano le approssimazioni
dovute al doppio passaggio (NSPT- DR- f’):
1) Schmertmann (1975)
34,0
a
'
0v
SPT
p
3,202,12
N
arctan'





















 s

j
Tensionegeostaticaefficace,s’vo(kPa)
NSPT
63
2) Hatanaka e Uchida (1996)
  20N20' cor j
3) Peck, Hanson e Thornburn (1974)
  2
corcor N00054,0N3,01,27' j
64

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Prova SPT
Wolff (1989)
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
NSPT
(s'v0/pa)
30°
35°
40°
45°
0
1
2
3
4
0 20 40 60 80 100
NSPT
(s'v0/pa)
30°
35°
40°
45°
   2
SPTNSPTN NC00054,0NC3,01,27' j
a
'
0v
N
p
1
2
C
s

 per sabbie fini
a
'
0v
N
p
2
3
C
s

 per sabbie grosse
65
Prova SPT
66/74
SPT1u Nfc 
Poiché la penetrazione avviene a percussione (prova dinamica), nei terreni a
grana fine durante la prova nascono sovrappressioni interstiziali e la rottura
avviene in condizioni non drenate.
  72,0
SPTu N29kPac 
Elevata dispersione
Terreni a grana fine:
tf = f(resistenza al taglio non drenata cu)
Stroud (1974)
Hara et al. (1971)
N.B. correlazioni più incerte
tf = f(NSPT)
tf = cu
dove f1 è un coefficiente funzione di Ip ( ha
valori compresi tra 3,5 e 6,5 kPa, e
mediamente vale 4,4 kPa)
66
Terreni a grana fine
Per la stima del grado di sovraconsolidazione:
1) Mayne e Kemper (1988)
in cui s’v0 espresso in MPa
689,0
'
0v
SPTN
193,0OCR 





s

67
Prova CPT
La prova penetrometrica statica C.P.T. (Cone Penetration Test) è molto
diffusa in Italia (costo modesto, permette l’identificazione della successione
stratigrafica lungo una verticale e la stima di molti parametri geotecnici).
PROVA PENETROMETRICA STATICA (CPT)
Può essere eseguita in
tutti i terreni, escluse
ghiaie e terreni duri.
É autoperforante e
consiste nell’infissione a
pressione nel terreno, a
partire dal p.c., ed alla
velocità costante di circa
2 cm/sec di una punta
conica avente diametro
35.7 mm e angolo di
apertura 60°, collegata al
dispositivo di spinta
mediante una batteria di
tubi.
68

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18
Prova CPT
PENETROMETRO STATICO
Il penetrometro statico esiste attualmente in due versioni, con
caratteristiche geometriche e procedure di prova normate a livello
internazionale (ISSMFE, 1989):
 il penetrometro meccanico con manicotto d’attrito
 il penetrometro elettrico
Nei penetrometri meccanici con manicotto
d’attrito la punta conica è solidale con una
batteria di aste coassiali ad una tubazione di
rivestimento. La parte finale, ovvero più prossima
alla punta, della tubazione di rivestimento è
mobile, e costituisce il manicotto di attrito.
69
Prova CPT
1) Inizialmente, esercitando una forza F1 sulle aste
interne collegate alla punta, si fa avanzare a velocità
costante la sola punta per una lunghezza di 40 mm.
Fasi operative
L’area della punta è:
Ap = (p 3,572)/4 = 10 cm2
La pressione media alla punta durante l’avanzamento
(resistenza di punta) vale:
qc = F1/Ap
2) Al termine della corsa di 40mm, viene agganciato il
manicotto d’attrito, che ha una superficie laterale:
As = 150 cm2
Fase 0) Fase 1)
F1
70
Prova CPT
71/74
3) La punta continua a penetrare trascinandosi
dietro anche il manicotto per altri 40 mm. Se si
indica con F2 la forza necessaria a fare
avanzare il penetrometro in questa seconda
fase, e se si fa l’ipotesi che la resistenza di
punta non sia variata rispetto al tratto
precedente, è possibile calcolare la tensione
tangenziale media lungo la superficie del
manicotto (resistenza laterale locale) con la
relazione:
4) Poi la spinta viene applicata alle aste esterne
che, a punta ferma, raggiungono prima il
manicotto e poi la punta, e infine fanno
avanzare l’intero sistema.
fs = (F2-F1)/As
5) Il procedimento viene ripetuto ogni 20cm e le
misure di qc e fs effettuate vengono attribuite
all’intero strato attraversato.
Fase 2)
F2
Fase 3)
Prova CPT
RISULTATI DI PROVA CPT
72

27/05/2015
19
Prova CPT
 è uno strumento semplice e robusto
 può operare in un campo di terreni che va dalle argille alle sabbie grosse
 si possono raggiungere profondità dell’ordine di 40m e oltre.
Vantaggi
Svantaggi
 le resistenze alla penetrazione sono dedotte da misure di forza
eseguite in superficie (e quindi sono affette da errori dovuti al peso
proprio e alla deformabilità delle aste, ed agli attriti tra le varie parti
dell’attrezzatura)
 la profondità delle misure è desunta dalla lunghezza delle aste e
quindi soggetta ad errori derivanti dalla deviazione dalla verticale
 le misure di resistenza alla punta, qc, e di attrito laterale locale, fs,
possono essere troppo rade (ogni 20 cm) specie per depositi
fittamente stratificati, inoltre non sono indipendenti fra loro e si
riferiscono a profondità leggermente diverse.
73
Prova CPT
PENETROMETRO ELETTRICO
Nel penetrometro elettrico le misure di pressione alla
punta e di tensione laterale locale sono eseguite
localmente ed in modo fra loro indipendente con
trasduttori elettrici che inviano un segnale alla
centralina posta in superficie.
Un inclinometro alloggiato nelle aste permette di
misurare la deviazione dalla verticale e di
correggerne gli errori conseguenti.
La frequenza delle misure può essere anche molto
ridotta, tipicamente ogni 2-5 cm, e i dati sono
direttamente acquisiti in forma numerica.
I limiti risiedono nel maggiore costo dello strumento,
e negli errori derivanti dalle componenti elettroniche
(non linearità e isteresi delle celle di pressione,
sensibilità alle variazioni di temperatura,
calibrazione).
Il penetrometro elettrico costituisce la naturale
evoluzione del penetrometro meccanico e ne supera
in parte i limiti.
74
Prova CPT
L’analisi dei risultati di prove C.P.T. consente in primo luogo il
riconoscimento litologico dei terreni attraversati e la ricostruzione della
successione stratigrafica
Questa prima fase interpretativa è essenziale e necessaria per ogni
ulteriore interpretazione geotecnica delle misure effettuate.
Riconoscimento stratigrafico
Infatti durante la prova vengono misurate le resistenze di punta e di
attrito laterale opposte dal terreno nelle condizioni di rottura determinate
dalla penetrazione dello strumento con una velocità imposta e costante
di 2 cm/sec.
A seconda della permeabilità del terreno attraversato la rottura avviene in
condizioni drenate o non drenate. Pertanto il modello interpretativo del
fenomeno della rottura, e quindi la successiva deduzione delle
caratteristiche meccaniche a partire dalle grandezze misurate, è
condizionato dal tipo di terreno cui si riferiscono i dati di resistenza
misurati
75
Prova CPT
(valida per penetrometro meccanico)
Schmertmann (1978)
 in ascissa il rapporto d’attrito o
di frizione o delle resistenze,
(in scala naturale)
100
c
s
f
q
f
R
 in ordinata la resistenza di punta
(in scala logaritmica)
qc [FL-2]
[-]
76

27/05/2015
20
Prova CPT
(valida per penetrometro elettrico)
Robertson (1990)
 in ascissa il rapporto d’attrito
normalizzato,
 in ordinata la resistenza di punta
normalizzata
[-]100
0



vc
s
q
f
F
s
[-]
n
v
a
a
vc p
p
q
Q 







 '
0
0
s
s
(-1.22;3.47)
Ic
236.1log36.0log27.0 






a
c
f
w p
q
R
g
g
77
N.B. 1 = “terreni sensitivi a grana fine”.
8 = “da sabbie molto dense a sabbie argillose fortemente sovraconsolidate o
cementate”
9 = “materiali fini granulari molto duri, fortemente sovraconsolidati o
cementati”.
Prova CPT
Indice di tipo del terreno, Ic
2
1n
2
1n,c )47.3Q(log)22.1F(logI  
3.60 < IC CLASSE 2 TERRENO ORGANICO, TORBA
2.95 < IC ≤ 3.60 CLASSE 3 ARGILLE. DA ARGILLE AD ARGILLE LIMOSE
2.60 < IC ≤ 2.95 CLASSE 4 LIMI. DA LIMI ARGILLOSI A ARGILLE LIMOSE
2.05 < IC ≤ 2.60 CLASSE 5 SABBIE. DA SABBIE LIMOSE A LIMI SABBIOSI
1.31 < IC ≤ 2.05 CLASSE 6 SABBIE. DA SABBIE PULITE A SABBIE LIMOSE
1.31 > IC CLASSE 7 DA SABBIE GHIAIOSE A SABBIE
È possibile determinare per ogni coppia di misure, e quindi per ogni
strato investigato, un indice del tipo di terreno:
che corrisponde al raggio degli archi di cerchi del diagramma di
Robertson per la classificazione dei terreni
78
Prova CPT
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40
qc (MPa)
Z(m)
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
fs (MPa)
Z(m)
zw = 7.8 m
ESEMPIO
79
Prova CPT
Carta di Robertson
1
10
100
1000
0,1 1 10
F
Q
7
6
5
4
3
3
1
8
9
2
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5
Ic
Z(m)
2–Teereniorganici,torbe
3–Daargilleadargilelimose
4–Dalimiargilosiadargillelimose
5–Dasabbielimosealimisabbiosi
6–Dasabbiepuliteasabbielimose
7–Dasabbieghiaioseasabbie
80

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21
Prova CPT
L’avanzamento del penetrometro statico in terreni sabbiosi avviene
generalmente in condizioni drenate, ed è quindi possibile interpretarne i
risultati in termini di tensioni efficaci.
1. Terreni sabbiosi
Per la stima dei parametri geotecnici dei terreni sabbiosi si utilizza
comunemente la densità relativa, come parametro intermedio, sebbene sia
stato dimostrato che anche la compressibilità della sabbia (che dipende
dalla mineralogia) e lo stato di tensione in sito (che dipende dalla
profondità, dal rapporto di sovraconsolidazione e dall’età del deposito)
siano fattori molto influenti sulla resistenza penetrometrica di punta.
La resistenza alla punta qc è una misura indiretta dell’energia necessaria a
determinare la rottura del terreno.
la resistenza al taglio (tf) può essere stimata con una correlazione di tipo
secondario con il valore di qc tf = f(qc)
Stima dei parametri del terreno
Prova CPT
tf =s’ tgj’
Rottura in condizioni drenate (o quasi) e c’=0
s’ prop. s’v0
qc = f(s’v0 DR)
j’picco = f(DR)
Profondità della misura
Correlazione empirica
Jamiolokowski et al.(1985)
(per sabbie silicee NC non cementate
e di recente deposizione
1. Correlazioni tra DR e qc
  







 5,0'
0
log6698
v
c
r
q
D
s
con qc e s’v0 espressi in t/m2
(1 t/m2  10 kPa)
Influenza della compressibilità
82
Prova CPT
  








 1'
02
ln
1
C
c
r
C
q
C
D
s
per sabbie silicee moderatamente
compressibili, NC, di recente deposizione
e non cementate (si assume K0 = 0,45):
C0=157 C1=0.55 C2=2.41 s’ = s’v0
C0=181 C1=0.55 C2=2.61
s’ = s’m = (s’v0 + 2 s’h0)/3
Baldi et al.(1986)
con qc , s’ (kPa)
per sabbie OC (K0 da determinare):
83
Prova CPT
Schmertmann (1978)
L’angolo di resistenza al taglio di picco
può essere stimato in modo indiretto a
partire dal valore della densità relativa
precedentemente stimata dai risultati della
prove CPT
2. Correlazioni tra j’ e DR
RD14,028)(' f
RD 115.05.31)('f
RD 10.05.34)('f
RD 08.038)('f
Sabbia fine uniforme
Sabbia media uniforme e
sabbia fine ben gradata
Sabbia grossa uniforme e
sabbia media ben gradata
Ghiaia media e fine e
sabbia e ghiaia e poco
limosa

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22
Prova CPT
L’angolo di resistenza al taglio di picco può essere stimato anche mediante
correlazioni dirette tra j’ e qc, che evitano le approssimazioni dovute al
doppio passaggio:
3. Correlazioni tra j’ e qc
Robertson e Campanella, 1983
(per sabbie quarzose non cementate)












 '
0
log38.01.0arctan'
v
cq
s
j
Prova CPT
Mayne, 2006
(per sabbie quarzose non cementate)
  










av
vc
p
q
'
0
0
log116.17'
s
s
f
86
Prova CPT
Poiché la prova CPT misura la resistenza a rottura del terreno, le
correlazioni per la stima della rigidezza del terreno dai risultati di tale tipo di
prova hanno necessariamente carattere empirico e devono essere utilizzate
con cautela
4. Correlazioni tra rigidezza e qc
Robertson e Campanella, 1983
(per sabbie quarzose non cementate, NC)
c25 q2E 
dove E25 il modulo di Young secante, drenato, per un livello di sforzo mobilitato
pari al 25% di quello a rottura (FS =4)
Robertson, 2010
(per sabbie non cementate, prevalentemente silicee)
dove E’ è il modulo di Young secante, drenato, per una deformazione di circa 0.1%
   0vc
)68,1Ic55,0(
q10015,0'E s 
87
Prova CPT
Robertson, 1992
dove G0 è modulo di rigidezza a piccole deformazioni, legato alla velocità di
propagazione delle onde di taglio S nel terreno, VS (m/s), mediante la correlazione
primaria (r = densità del terreno):
Rix e Stokoe, 1992
 
5,0
a
0vc68,1I55,0
p
q
10Vs c





 s
 
   0vc
68,1I55,0
0 q100188,0G c
s 
2
0 SVG  r
75,0
'
0v
c
c
0 q
1634
q
G









s
 con G0, qc, s’v0 in kPa
Una stima approssimata della conducibilità idraulica (ovvero del coefficiente
di permeabilità) dei terreni può essere ottenuta mediante la seguente
correlazione con l’indice di tipo di terreno Ic
5. Correlazioni tra conducibilità idraulica e qc
Robertson 2010
per 1 < IC ≤ 3.27Ick  04.3952.0)log(
Ick  37.152.4)log( per 3.27 < Ic ≤ 4
88

27/05/2015
23
Prova CPT
con 5 < Nk < 21 (cresce con IP)
Nk = 20 per penetrometro meccanico
Nk = 14 per penetrometro elettrico
k
vc
u
N
q
c 0s

L’avanzamento del penetrometro statico in terreni a grana fine saturi
avviene generalmente in condizioni non drenate, ed è quindi possibile
interpretarne i risultati in termini di tensioni totali.
  96.0'
243.0 cc qs con s’c e qc espressi in Mpa
01.1
'
0
0
37.0 




 

v
vcq
OCR
s
s
2. Terreni a grana fine
1. Correlazioni tra cu e qc
2. Correlazioni tra pressione di consolidazione s’c (OCR) e qc
Mayne e Kemper, 1988
resistenza al taglio non drenata cu= f(qc)tf = f(qc)
tf = cu
89
Prova CPT
È possibile anche stimare il modulo edometrico, ovvero il modulo di
deformazione in condizioni di deformazioni laterali impedite:
3. Correlazioni tra M e qc
Robertson 2009
 0vcM qM s
con:
14
p
p
q
Q
n
'
0v
a
a
0vc






s





 s

Ic ≤ 2.2
M = Q se
M = 14 se Q = 14
Ic > 2.2
 
 68.155.0
1003.0 
 Ic
M
90
Prova CPTU
La prova CPTU viene effettuata con un penetrometro elettrico modificato
(piezocono) munito di uno o più elementi porosi (filtri) per la misura delle
pressioni interstiziali.
PROVA COL PIEZOCONO (CPTU)
La prova viene effettuata
secondo le stesse modalità della
prova CPT (con penetrometro
elettrico) e, in terreni saturi sotto
falda, consente una misura
(quasi) continua:
 della resistenza di punta, qc
 della resistenza laterale, fs
 delle pressioni interstiziali
(u1, u2 e u3)
La misura delle pressioni interstiziali, per
essere affidabile, richiede la completa
saturazione del filtro e può essere effettuata
a penetrometro fermo (prove di
dissipazione) o in movimento.
91
OSS. Inoltre essendo la misura delle pressioni neutre in genere più sensibile
alle variazioni del tipo di terreno, rispetto alle misure di qc, si possono
meglio individuare sottili stratificazioni ed intercalazioni di terreno.
Prova CPT
La prova CPTU, mediante la misura contemporanea della resistenza alla
punta qc e della pressione interstiziale ui consente, rispetto alla prova CPT,
di delineare meglio la stratigrafia di un deposito ed in particolare gli strati a
differente permeabilità. Siccome la penetrazione avviene a velocità
costante (2 cm/s):
INTERPRETAZIONE DELLA PROVA CPTU
 nelle sabbie la penetrazione avviene in condizioni drenate, senza
apprezzabili variazioni della pressione interstiziali: si hanno valori di
qc alti, associati a valori di ui prossimi a quelli relativi alle condizioni iniziali
di equilibrio della falda (ui = u0);
 nelle argille la penetrazione avviene in condizioni non drenate, e si
generano sovrappressioni interstiziali: si hanno valori di qc bassi (nel caso
di terreni NC), associati a valori di ui più alti di quelli relativi alle condizioni
iniziali di equilibrio della falda (ui = u0 + Du).
92

27/05/2015
24
Prova CPT
Per l’interpretazione della prova occorre utilizzare la resistenza di punta
corretta, qt, che tiene conto della differenza tra l’area della punta, Ac, e
l’area della parte del cono che agisce direttamente sulla cella di carico, An:
)a1(uqq 2ct  dove 0.55 < a=An/Ac < 0.9 dipende dal piezocono
e si definisce il rapporto delle pressioni interstiziali:
0vt
q
q
u
B
s
D

in cui sv0 rappresenta la tensione verticale totale presente in sito.
N.B. Al di sopra del livello di falda, e quindi in terreni insaturi o comunque
con pressione interstiziale negativa, i risultati delle prove CPTU possono
essere interpretati come quelli delle prove CPT.
93
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8
u (MPa)
Z(m)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 0,1 0,2
fs (MPa)
Z(m)
Prova CPT
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 10,49 20,99 31,48 41,97
qt (MPa)
Z(m)
RISULTATI DI PROVA CPTU
u0
Terreno
incoerente
Terreno
coesivo
94
Prova CPT
Esistono dei diagrammi analoghi a quelli già visti per la prova CPT per la
classificazione dei terreni che tengono conto anche della misura delle
pressioni interstiziali. Il numero di campi si riferisce alle stesse categorie di
terreno dell’analogo per prove CPT).
Tutte le correlazioni proposte per la
prova CPT (così come anche la
classificazione litologica) valgono anche
per la prova CPTU, con l’avvertenza di
sostituire qc con qt (in genere qc  qt)
Stima dei parametri del terreno
La misura della pressione interstiziale
durante la penetrazione permette
un’interpretazione del fenomeno della
rottura in termini di tensioni efficaci e
quindi una stima dei parametri c’ e j’ anche
per i terreni a grana fine:
Mayne, 2006
   QBB qq log336.0256.05.29' 121,0
f
(per terreni a grana fine NC o debolmente OC, con 20° < j’ < 45°, 0.1 < Bq< 1
95
Prova DMT
Il dilatometro piatto o dilatometro di Marchetti, ideato in Italia negli anni
’80, ha avuto un grande successo internazionale ed è attualmente
utilizzato in tutto il mondo. La prova è semplice ed economica, ma
permette di stimare, mediante correlazioni empiriche, la litologia
attraversata e numerose proprietà geotecniche di resistenza e di
deformabilità.
PROVA DILATOMETRICA (DMT)
La prova consiste nell’infissione
a pressione nel terreno, ottenuta
utilizzando la stessa procedura e
lo stesso dispositivo di spinta
del penetrometro statico, di un
sistema di aste che termina in
una lama d’acciaio di forma e
dimensioni standardizzate, al cui
centro è posizionata una
membrana piana di forma
circolare.
96

27/05/2015
25
Prova DMT
PROVA DILATOMETRICA(DMT)
dove:
s’v0 è la tensione verticale efficace,
u0 è la pressione interstiziale in sito
alla profondità della prova.
00
01
d
up
pp
I



0V
00
d
'
up
k
s


INDICE DEL MATERIALE
 01d pp7.34E 
INDICE DI TENSIONE
ORIZZONTALE
MODULO
DILATOMETRICO
Ogni 20 cm di penetrazione lo strumento è arrestato per la determinazione
degli indici della prova, che consiste nell’immissione, attraverso un cavo
pneumatico interno alle aste, di un gas in pressione che determina
l’espansione della membrana.
Si registrano due valori di pressione:
- la pressione p0, (inizio dell’espansione della membrana contro il terreno)
. la pressione p1 (spostamento del centro della membrana di 1,1 mm)
97
Prova DMT
La classificazione del terreno,
la consistenza dei terreni a
grana fine e la densità dei
terreni a grana grossa, si
ottengono dagli indici della
prova DMT
98
Prova DMT
- Coefficiente di spinta a riposo, K0
6,0
5,1
47,0
,0 





 D
DMT
K
K
- Grado di sovraconsolidazione, OCR
  56,1
5,0 DDMT KOCR 
- Resistenza al taglio non drenata, cu
  25,1'
, 5,022,0 DvoDMTu Kc  s
- Angolo di resistenza al taglio, j’
DDDMT KK 2
log1,2log6,1428' j
per Id < 1,2
per Id < 1,2
per Id < 1,2
per Id > 1,8
Stima dei parametri di deformabilità e resistenza
99
Prova DMT
- Modulo edometrico, MDMT
DMDMT ERM 
6,0DI DM KR log36,214,0 
3DI DM KR log25,0 
36,0  DI
  DMMM KRRR log5,2 00 
 6,015,014,00  DM IR
10DK DM KR log18,232,0 
85,0MR 85,0MR
se
se
100

27/05/2015
26
PROVA SCISSOMETRICA (VANE TEST)
101
PROVA SCISSOMETRICA (VANE TEST)
102
PROVA PRESSIOMETRICA
103
PROVA PRESSIOMETRICA
104

27/05/2015
27
Uno dei metodi di calcolo tuttora fra i più validi fra quelli proposti in
letteratura, è stato messo a punto da Bustamante e Doix (1985).
Grafici che forniscono il valore della resistenza al taglio lungo la
superficie laterale del micropalo in funzione delle caratteristiche
geotecniche dei terreni, con un’unica differenziazione per quanto
riguarda le modalità esecutive dei micropali:
• realizzati con una miscela cementizia colata a gravità o iniettata a
debole pressione (<7bar) designati con la sigla I.G.U. (Iniezione
Globale Unica);
• realizzati in più fasi di iniezione di miscela: una prima fase a bassa
pressione per sigillare il foro ed una o più fasi ulteriori a pressioni
maggiori mediante valvole di non ritorno posizionate lungo il tratto,
designati con la sigla I.R.S. (Iniezione Ripetuta Selettiva).
CALCOLO CAPACITA’ PORTANTE MICROPALI
Corso di aggiornamento professionale: Progettazione geotecnica secondo le NTC 2008
Siena, 21 febbraio 2012
105
Con riferimento alla seguente figura
si ha che la capacità portante limite
per forze assiali è data dalla
seguente formula generale:
SSSL qLDT  
(a) Tirante (b) Micropalo
DS: diametro efficace =  x Dd (Dd diam. perf.)
LS: tratto mocropalo connesso al terreno
qs: tensione di attrito laterale
106
107 Abaco per il calcolo di qs in terreni sabbiosi-ghiaiosi
IRS
IGU
108

27/05/2015
28
Abaco per il calcolo di qs in terreni argillosi-limosi
IRS
IGU
109
Abaco per il calcolo di qs in arenarie, marne e marne calcaree
IRS
IGU
110
Abaco per il calcolo di qs in rocce alterate e fratturate
IRS
IGU
111
PARAMETRI OTTENIBILI DA PROVE IN SITO
Tipologia di prova Parametro misurato
Parametro utile per la
progettazione
SPT NSPT
T. INCOERENTI: DR, f’p
T. COESIVI: cu, OCR
CPT/CPTU qc,fs
Indice tipo di terreno (Ic)
T. INCOERENTI: DR, f’p, E, G0, k
T. COESIVI: cu, OCR, M
DMT Id, kd, Ed
Indice tipo di terreno (Id)
T. INCOERENTI: DR, f’p, k0
T. COESIVI: cu, OCR, k0, Ic
Scissometrica Mt
T. COESIVI: cu
Pressiometrica pt
qs (tensioni attrito laterale, per calcolo
micropali e tiranti)
112

27/05/2015
29
Le proprietà che risultano indipendenti dalla storia tensionale e dalle condizioni
ambientali che caratterizzano il terreno allo stato naturale, vengono dette
proprietà indici.
Tra le proprietà indici possono essere annoverate anche:
- la granulometria
PROPRIETÀ INDICI
- i limiti di Atterberg
Le proprietà indici consentono di classificare i terreni.
Proprietà indici e relazioni tra le fasi
INDAGINI DI LABORATORIO
113
COMPOSIZIONE GRANULOMETRICA
Il comportamento dei terreni a grana grossa è marcatamente influenzato dalle
dimensioni dei grani e dalla distribuzione percentuale di tali dimensioni, ovvero
dalla granulometria.
Analisi granulometrica: determinazione della distribuzione percentuale del
diametro dei granuli presenti nel terreno.
Viene eseguita mediante due tecniche:
1. setacciatura per la frazione grossolana (diametro dei grani maggiore di 0.074
mm = setaccio n. 200 ASTM)
2. sedimentazione (aerometria) per la frazione fine (diametro dei grani minore
di 0.074 mm) quando supera il 10% del peso totale
GranulometriaDott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
114
L’andamento della curva granulometrica è descritto sinteticamente da:
10
60
D
D
U 
1060
2
30
DD
D
C

COEFFICIENTE DI
UNIFORMITÀ
COEFFICIENTE DI
CURVATURA
ANALISI DELLA CURVA GRANULOMETRICA
D60
60%
D10
10%
Terreno 1
(ben gradato)
Terreno 3
(uniforme)
Terreno 2
(granulometria estesa con
mancanza di certi diametri)
D30
30%
GranulometriaDott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
115
Per I terreni a grana grossa vengono talvolta impiegate relazioni empiriche che legano k
ad alcuni parametri semplici da determinare.
Esistono formule, valide per sabbie sciolte uniformi (U ≤ 5), come la formula di Hazen:
PERMEABILITA’MEDIANTE CORRELAZIONI
 2
10DCk 
dove C = 100÷150 se k è in cm/s e D10 in cm.
116

27/05/2015
30
Oppure si possono usare grafici che legano k al D50, alla DRe al coefficiente di uniformità U.
PERMEABILITA’MEDIANTE CORRELAZIONI
117
LIMITI DI ATTERBERG (LLAA)
Il comportamento dei terreni a grana fine è marcatamente influenzato
dall’interazione delle particelle di argilla con il fluido interstiziale (acqua), ed è
strettamente legato alla loro composizione mineralogica ed al contenuto in acqua.
CONTENUTOD’ACQUA
LIQUIDO
PLASTICO
SEMISOLIDO
SOLIDO
AUMENTODEL
miscela fluida
terra-acqua
terreno secco
LIMITE LIQUIDO, wL
LIMITE PLASTICO, wP
LIMITE DI RITIRO, wS
wE’ importante:
conoscere la quantità di
acqua contenuta allo stato
naturale (wn)
confrontare wn con i valori
di w che corrispondono ai
limiti di separazione tra
stati fisici particolari
(limiti di Atterberg).
Limiti di AtterbergDott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
118
INDICI DI CONSISTENZA
INDICE DI PLASTICITÀ, IP
CF
IP
Inattivi
Normalmente
attivi
Attivi
CF
I
I P
a  (Indice di attività)
dove CF = % in peso con
diametro d < 0.002 mm
INDICE DI LIQUIDITÀ, IL
P
PN
L
I
ww
I


INDICE DI CONSISTENZA, IC
L
P
NL
C
I1
I
ww
I 


Limiti di Atterberg
PLP
ww(%)I 
119
L’indice di consistenza, Ic, oltre ad indicare
lo stato fisico in cui si trova il terreno,
fornisce informazioni qualitative sulle sue
caratteristiche meccaniche:
all’aumentare di IC aumenta la resistenza al
taglio del terreno e si riduce la sua
compressibilità.
Da notare l’analogia tra IC per terreni a
grana fine e Dr per i terreni a grana grossa.
INDICI DI CONSISTENZA
TERRENO IP
Non Plastico 0 - 5
Poco Plastico 5 - 15
Plastico 15 - 40
Molto Plastico > 40
CONSISTENZA
Fluida
Fluido-Plastica
Molle-Plastica
Plastica
Solido-Plastica
Semisolida (w  wS)
o Solida (w  wS)
IC
 0
0 – 0.25
0.25 – 0.50
0.50 – 0.75
0.75 – 1
 1
Limiti di AtterbergDott. Ing. Johann Facciorusso – Dott. Ing. Stefano Renzi
120

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