Prove penetrometriche
Prove penetrometriche statiche
Le prove penetrometriche statiche C.P.T. (Cone Penetration Test) sono delle indagini molto diffuse perché, ad un costo modesto, permettono di stimare molti parametri geotecnici dei terreni sia a grana grossa (tranne le ghiaie) che a grana fine.
La prova è autoperforante, cioè non richiede l’esecuzione di un foro di sondaggio, è consiste nell’infissione a pressione nel terreno, a partire dal piano campagna ed alla velocità costante di 20 mm/s (con una tolleranza di 5 mm/s) di una punta conica avente un diametro di 35.7 mm e angolo di apertura di 60°, collegata al dispositivo di spinta mediante una batteria di tubi. Il contrasto necessario ad infiggere la punta e la batteria di aste nel terreno è ottenuto col peso dell’autocarro, eventualmente zavorrato, su cui è installata l’attrezzatura, oppure mediante eliche di ancoraggio “avvitate” nel terreno, oppure ancora mediante “tirafondi” applicati a pavimentazioni.
Esistono due tipi di prove penetrometriche statiche, con caratteristiche geometriche e procedure di prova normate a livello internazionale:
- Prova penetrometrica statica con manicotto d’attrico
- Prova penetrometrica statica con penetrometro elettrico
Nei penetrometri meccanici con manicotto d’attrito (punta Begemann) la punta conica è solidale con una batteria di aste coassiali ed una tubazione di rivestimento. La parte finale, ovvero quella prossima alla punta, della tubazione di rivestimento è mobile e costituisce il manicotto d’attrito.
- Inizialmente, esercitando una forza sulle aste interne collegate alla punta, si fa avanzare a velocità costante di 2 cm/s la sola punta per una lunghezza di 40 mm
- Al termine della corsa di 40 mm, viene agganciato il manicotto di attrito e si continua a far avanzare la punta a velocità costante per altri 40 mm (che nella penetrazione si trascina il manicotto)
- In una terza fase la spinta viene applicata alle aste esterne che, a punta ferma, raggiungono prima il manicotto e poi la punta per poi avanzare assieme.
L’operazione viene ripetuta ogni 20 centimetri di avanzamento. La pressione esercitata sulla punta – attraverso le aste – viene trasmessa a dei manometri, o a delle celle di carico, elettroniche poste alla sommità delle stesse aste. Con questi strumenti si legge:
- Lettura alla punta
- Lettura alla punta e manicotto
- Lettura totale (avanzamento della punta e di tutta la batteria di aste).
Da queste letture si ottengono i seguenti parametri:
- Resistenza unitaria alla punta qc (Kg/cm2 o in KPa)
- Resistenza unitaria di attrito laterale fs (Kg/cm2 o in KPa)
- Rapporto Begemann, dato dal rapporto dei primi due parametri, che fornisce una stima della granulometria del deposito attraversato.
La prova penetrometrica statica con penetrometro elettrico consiste nell’infissione nel terreno, a velocità costante, di una punta conica con dimensioni standard attraverso una batteria di aste cave. Attraverso le aste viene fatto passare un cavo di segnale.
La punta digitale ha una serie di sensori che misurano la deviazione dalla verticale (tilt) oltre alla resistenza alla punta (qc) e all’attrito laterale (fs).
Le prove penetrometriche statiche CPTU utilizzando il piezocono (punta elettrica) migliorando i dati ottenuti nelle prove statiche sia in termini di precisione di misura che come frequenza di campionamento dei dati. Con il piezocono è infatti possibile acquisire, durante il movimento continuo di spinta, le grandezze qc (resistenza di punta) ed fs (attrito laterale) ad ogni centimetro di profondità.
La possibilità di misurare la pressione interstiziale ha considerevolmente aumentato la capacità interpretativa della prova nei terreni saturi sotto falda. Poiché inoltre la sensibilità dello strumento alla variazione delle pressioni interstiziali è molto alta in quanto non risente di effetti di scala, è possibile identificare anche sottili livelli di terreno a permeabilità differente, la cui presenza può essere decisiva nella stima dei tempi di consolidazione.
Prove penetrometriche dinamiche
Con la penetrometrica dinamica si infigge nel terreno una punta conica e si contano, annotano, i colpi che servono per infiggere la punta ogni 15 cm. Questo tipo di prova è molto diffusa perché facile da fare, si fa velocemente ed è economica.
L’ elaborazione e l’interpretazione di una prova penetrometrica dinamica consentono di “catalogare e parametrizzare” il terreno indagato, che permettendo anche di avere un raffronto sulle consistenze dei vari livelli attraversati e una correlazione diretta con sondaggi geognostici e di conseguenza con la stratigrafia del terreno.
Inoltre le prove penetrometriche dinamiche permettono di riconoscere abbastanza precisamente lo spessore delle coltri sul substrato, la quota di eventuali falde e superfici di rottura sui pendii e la consistenza in generale del terreno.
L’uso dei dati, ricavati da correlazioni indirette e facendo riferimento a vari autori, dovrà comunque essere trattato con le opportune cautele e, possibilmente, dopo esperienze geologiche acquisite sul terreno.
Il penetrometro dinamico
Gli elementi caratteristici di un penetrometro dinamico sono questi:
- Peso massa battente M
- Altezza libera caduta H
- Punta conica: diametro base cono D, area base A (angolo di apertura α)
- Passo di avanzamento (delta).
I penetrometri dinamici vengono classificati in quattro classi (in funzione del peso M della massa battente). Di conseguenza abbiamo quattro tipi di prove penetrometriche dinamiche:
- Prova penetrometrica di tipo leggero (DPL)
- Prova penetrometrica di tipo medio (DPM)
- Prova penetrometrica di tipo pesante (DPH)
- Prova penetrometrica di tipo superpesante (DPSH)
Nella tabella seguente ti riporto i quatto tipi di penetrometro:
Tipo | Sigla di riferimento | Peso della massa M (Kg) | Profondità max indagine |
Penetrometro leggero | DPL (Light) | M≤10 | 8 |
Penetrometro medio | DPM (Medium) | 10<M<40 | 20-25 |
Penetrometro pesante | DPH (Heavy) | 40≤M<60 | 25 |
Penetrometro super-pesante | DPSH | M>60 | 25 |
Le prove penetrometriche leggere DL30 vengono eseguite in contesti di difficile accessibilità mediante Penetrometro Dinamico Leggero DL30 tipo “Sunda 30” (secondo le procedure ISSMFE 1998), con avanzamento delle aste ogni 10 cm.
Costruito secondo le norme DIN 4094, possiede un maglio con massa pari a 30 kg come il Penetrometro Dinamico Medio DPM.
Le prove penetrometriche DL30 sono Indagini Geotecniche in sito eseguite mediante l’infissione di una punta conica metallica a perdere, posta all’estremità di un’asta in acciaio prolungabile con una batteria di aste di diametro di 20 mm.
L’energia di infissione è fornita da un maglio del peso di 30,0 kg che cade da un’altezza costante di 20,0 cm, per mezzo di un dispositivo di sganciamento automatico compiendo per ogni battuta un lavoro specifico pari a 60 kj/mq.
Nel corso della prova si rileva il numero di colpi necessari per la penetrazione di 10 cm della punta.
Cono sismico
L’indagine con cono sismico viene realizzata grazie a una punta metallica opportunamente equipaggiata con una terna geofonica. La prova viene svolta successivamente ad una prova penetrometrica statica o dinamica, allo scopo di determinare anche le caratteristiche dinamiche del sito. La prospezione consiste nel sostituire la punta penetrometrica con un particolare cono attrezzato con una terna geofonica e misurare, oltre ai normali parametri di restistenza alla punta (qc), attrito laterale (fs) e pressione neutra (U), la velocità delle onde di taglio e/o compressionali (Vs, Vp) in-situ.
Il cono sismico utilizza lo stesso principio della prova down-hole: vengono misurati i tempi di percorrenza delle onde sismiche che si propagano dal piano campagna alla terna geofonica all’interno della punta sismica posta a profondità diverse.
La prova è affidabile, economica e veloce pemettendo analogamente alla prova down hole di avere un profilo molto dettagliato della velocità sismiche senza ricorrere all’esecuzione del sondaggio e successivo equipaggiamento.
Dalle velocità delle onde di compressione (Vp) e di taglio (Vs) riscontrate durante l’indagine, è possibile calcolare i principali moduli elastici (coeff. di Poisson, modulo di Young, modulo di taglio dinamico) e metterli in relazione ai parametri geotecnici ricavati dalla prova penetrometrica, direttamente per sovrapposizione dei grafici.
Strumentazione
- Penetrometro Pagani TG 63-200
