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PROVA PENETROMETRICA DINAMICA (DYNAMIC PROBING) DPL-DPM–DPH-DPSH

 

Cenni teorici - Diversi tipi di penetrometri dinamici

 

La prova di penetrometria dinamica consiste nell'inserire in situ un picchetto conico (inclinazione progressiva δ) misurando il numero di colpi N necessari.

Le prove di penetrometria dinamica sono molto diffuse e utilizzate da geologi e ingegneri geotecnici per la loro semplicità esecutiva, economicità e velocità di esecuzione.

La loro elaborazione, interpretazione e visualizzazione grafica consente la “catalogazione e parametrizzazione” del terreno attraversato un grafico continuo, che permette un confronto tra la consistenza dei vari livelli attraversati e una correlazione diretta con i sondaggi geognostici per la caratterizzazione stratigrafica.

La sonda penetrometrica permette inoltre di riconoscere con una certa precisione lo spessore degli strati rocciosi, la quota di eventuali falde acquifere, le superfici di rottura dei pendii e la consistenza generale del terreno.

Utilizzando dati dedotti da correlazioni indirette e con riferimento a vari autori, deve essere trattata con la dovuta cautela e, se possibile, attraverso esperienza geologica sul campo.1

 

Gli elementi caratteristici del penetrometro dinamico sono i seguenti:

 

•peso del martello M;

•altezza di caduta libera H;

•punta del cono: diametro della base del cono D, area della base A (angolo di apertura α);

•avanzamento (penetrazione) δ;

•presenza/assenza di rivestimento esterno (fango bentonico).

 

Per quanto riguarda la classificazione ISSMFE (1988) dei vari tipi di penetrometri dinamici (si veda la tabella seguente) vi è una prima suddivisione in quattro classi (in base al peso M del martello):

 

•tipo LIGHT (DPL);

•tipo MEDIO (DPM);

•tipo PESANTE (DPH);

•tipo SUPER GRANDE (DPSH);

 

Classificazione ISSMFE dei penetrometri dinamici:

 

 

 

1 A seconda del tipo di campione e della scelta della caratterizzazione della natura dei terreni indagati (non coesivo/coesivo, coesivo/non coesivo - terreno con comportamento intermedio, non classificabile con certezza), viene effettuata anche sotto la guida del professionista designato (geologo) in base alla competenza e all'esperienza nell'area.

 

Penetrometri utilizzati in Italia

 

I seguenti tipi di penetrometri dinamici sono utilizzati in Italia (ma non fanno parte dello standard ISSMFE):

 

•LEGGERO (DL-30) (MEDIO secondo la classificazione ISSMFE)
martello M = 30 kg, altezza di caduta H = 0,20 m, penetrazione δ = 10 cm, punta conica (α=60-90°), diametro D 35,7 mm, area di base del cono A = 10 cm² rivestimento/fango bentonico: previsto;

 

•LEGGERO (DL-20) (MEDIO secondo la classificazione ISSMFE)  
martello M = 20 kg, altezza di caduta H = 0,20 m, penetrazione δ = 10 cm, punta conica (α = 60-90°), diametro D 35,7 mm, area di base del cono A = 10 cm² rivestimento/fango bentonico: previsto;

 

•PESANTE (SUPER PESANTE secondo la classificazione ISSMFE)  
martello M = 73 kg, altezza di caduta H = 0,75 m, penetrazione δ = 30 cm, punta conica (α = 60°), diametro D = 50,8 mm, area di base del cono A = 20,27 cm², rivestimento: fornito secondo precise istruzion

 

•SUPER PESANTE (Tipo EMILIA)
martello M = 63,5 kg, altezza di caduta H = 0,75 m, penetrazione δ = 20-30 cm, punta conica (α = 60°-90°) diametro D = 50,5 mm, area di base del cono A = 20 cm², rivestimento/fango bentonico: fornito.

 

CORRELAZIONI CON NSPT

 

Sebbene le prove di Penetrometria Standard (SPT) siano oggi uno dei mezzi più diffusi ed economici per ottenere informazioni sul sottosuolo, la maggior parte delle correlazioni esistenti riguarda il numero di colpi NSPT ottenuti con la prova, è necessario riportare il numero di colpi di una prova NSPT dinamica. La trasformazione è data da:

 

NSPT = βT * N

 

Dove:

 

 

dove Q è l'energia specifica per il colpo e QSPT è l'energia che si riferisce alla prova SPT.

 

L'energia specifica per il colpo viene calcolata in questo modo:

 

 

in cui:

 

M                peso del martello;

M’                peso dei pali

H                altezza di caduta;

A                superficie laterale del cono;

δ                intervallo di penetrazione.

 

Valutazione resistenza dinamica del cono  RPD

 

Formula Olandesi

 

 

Rpd                resistenza dinamica del cono (area A).

e                penetrazione media per corsa (passo dello strumento diviso per il numero di corse) (δ/N).

M                il peso del martello (altezza di caduta H)..

P                peso totale dei pali e del sistema di battitura.

 

Calcolo di (N1)60

 

(N1)60 è il numero di colpi normalizzato, definito come:

 

 

ER/60        correzione per rendimento del sistema di infissione normalizzato al 60% tramite procedura di cantiere secondo normativa Europea EN ISO 22476-3  2005                (con strumentazione Safety Hammer si ottiene generalmente un valore di circa Ce= 0,90)

Cs                Parametro di funzione della controcamicia (1.2 se mancante).

Cd                Parametro in funzione del diametro del foro (1 dacă este cuprins între 65-115mm).

Cr                parametro di correzione funzione della lunghezza delle aste sotto la testa di battuta

 

Metodologia di elaborazione

 

L'elaborazione avviene attraverso il calcolo automatico di Dynamic Probing prodotto da GeoStru.

Il programma calcola il rapporto delle energie trasmesse (coefficiente di correlazione SPT) attraverso le elaborazioni proposte da Pasqualini (1983) - Meyerhof (1956) - Desai (1968) - Borowczyk-Frankowsky (1981).

Consente inoltre di utilizzare i dati ottenuti dalle prove penetrometriche per estrapolare informazioni geotecniche e geologiche utili.

 

Una vasta esperienza acquisita, unita a una buona interpretazione e correlazione, permette di ottenere dati utili alla progettazione, spesso più affidabili di altre fonti bibliografiche, sulle litologie così come dati geotecnici determinati su verticali litologiche da poche prove di laboratorio eseguite come rappresentazione generale di una verticale eterogenea non uniforme e/o complessa.

 

In particolare, si ottengono informazioni su :

 

•evoluzione verticale e orizzontale degli intervalli stratigrafici;

•caratterizzazione litologica delle unità stratigrafiche;

•parametri geotecnici suggeriti da vari autori in base ai valori del numero di colpi e della resistenza del cono.

 

VALUTAZIONI STATISTICHE E CORRELAZIONI

 

Elaborazione statistica

 

Consente l'elaborazione statistica dei dati numerici provenienti dal Dynamic Probing, utilizzando nel calcolo valori rappresentativi dello strato, considerando un valore inferiore o superiore alla media aritmetica dello strato (valore spesso utilizzato);

i valori che possono essere inseriti sono :

 

Media

Media aritmetica dei valori del numero di colpi sul livello considerato.

 

Media minima

Valore statistico inferiore alla media aritmetica dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Massimo

Valore massimo dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Minimo

Valore minimo dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Scarto quadratico medio

Valore statistico di scarto dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Media deviata

Valore statistico di media deviata dei valori del numero di colpi sullo strato considerato

 

Media + s

Media + scarto (valore statistico) dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Media - s

Media - scarto (valore statistico) dei valori del numero di colpi sullo strato considerato.

 

Distribuzione normale R.C

Il valore di Nspt,k viene calcolato sulla base di una distribuzione normale o gaussiana, fissando una probabilità non superiore al 5%, secondo la relazione seguente:

 

dove σNspt è la deviazione standard di Nspt.

 

Distribuzione normale R.N.C

Il valore di Nspt,k viene calcolato sulla base di una distribuzione normale o gaussiana, fissando una probabilità non superiore al 5%, trattando i valori medi di Nspt come normalmente distribuiti:

 

dove n è il numero di letture.

 

Pressione ammissibile

La pressione specifica ammissibile sull'interstrato (con o senza effetto di riduzione dell'energia per il movimento laterale dei pali) calcolata secondo le note elaborazioni proposte da Herminier, applicando un coefficiente di sicurezza (generalmente = 20-22) corrispondente a un coefficiente di sicurezza della fondazione standard pari a 4, con una geometria standard di larghezza 1 m e profondità d = 1m.

 

CORRELAZIONI GEOTECNICHE TERRENI NON COESIVI

 

Liquefazione

Consente di calcolare il potenziale di liquefazione dei terreni (prevalentemente sabbiosi) utilizzando i dati NSPT.

Secondo la relazione di SHI-MING (1982), applicabile ai terreni sabbiosi, la liquefazione è possibile solo se l'NSPT dello strato considerato è inferiore all'NSPT critico secondo l'elaborazione di SHI-MING.

 

Correlazione Nspt in presenza di falda

 

NSPT è il valore medio nello strato

La correlazione viene applicata in presenza di falda  se il numero di colpi è superiore a 15 (la correzione viene effettuata se la falda è presente nell'intero strato).

 

Angolo d'attrito

•Peck-Hanson-Thornburn-Meyerhof (1956) - correlazione valida per terreni non molli a profondità < 5 m; la correlazione valida per sabbie e ghiaie rappresentante valori medi. Correlazione storica ampiamente utilizzata, valida per profondità < 5 m per terreni sopra falda e < 8 m per terreni con falda (sollecitazioni < 8-10 t/mp).

•Meyerhof (1956) -  correlazione valida per terreni argillosi e argilloso-marnosi fessurati, e terreni di riporto sciolti da modifica sperimentale di dati)

•Sowers (1961) - Angolo di attrito in gradi valido per le sabbie in genere (cond. ottimali per profondità < 4 m per terreni sopra falda e < 7 m per terreni con falda) σ >5 t/mp.

•De Mello - correlazione valida per terreni prevalentemente sabbiosi e sabbioso-pietrosi (dalla modifica dei dati sperimentali) con angolo di attrito < 38°

•Malcev (1964) - Angolo di attrito in gradi valido per le sabbie in genere (cond. ottimale per profondità > 2 m e valori dell'angolo di attrito < 38°)

•Schmertmann (1977) - Angolo di attrito in gradi per diversi tipi litologici (valori massimi). N.B. valori solitamente troppo ottimistici poichè desunti da correlazioni indirette in Dr (%).

•Shioi-Fukuni (1982) (ROAD BRIDGE SPECIFICATION) - Angolo di attrito in gradi valido per sabbie - sabbie fini o limose (condizioni ottimali per profondità di prova > 8 m per terreni sopra falda e > 15 m per terreni in falda) σ>>15 t/mp.

•Shioi-Fukuni (1982) (JAPANESE NATIONALE RAILWAY) - Angolo di attrito (gradi) valido per sabbie medie, grossolane-ghiaiose.

•Owasaki & Iwasaki - Angolo di attrito in gradi valido per sabbie - sabbie medie, grossolane-ghiaiose (cond. ottimale per profondità > 8 m per terreni sopra falda e > 15 m per terreni in falda) σ >15 t/mp

•Meyerhof (1965) – correlazione valida per terreni sabbiosi con % di limo < 5% a una profondità < 5 m e con % di limo > 5% a una profondità < 3 m.    

•Mitchell și Katti (1965) – Correlazione valida per sabbie e ghiaie.

 

Densità relativa (%)

•Gibbs & Holtz (1957) - Correlazione valida per qualunque pressione efficace, per ghiaie Dr viene sovrastimato, per limi sottostimato.

•Skempton (1986) - Elaborazione valida per limi e sabbie e sabbie da fini a grossolane NC a qualunque pressione efficace, per ghiaie il valore di Dr % viene sovrastimato, per limi sottostimato.

•Schultze & Menzenbach (1961) - per sabbie fini e ghiaiose NC. Metodo valido per qualunque valore di pressione efficace in depositi NC, per ghiaie il valore di Dr % viene sovrastimato, per limi sottostimato.

 

Modulo di Young [Ey (Kg/cmp)]

•Terzaghi - Elaborazione valida per sabbia pulita e sabbia con ghiaia senza considerare la pressione efficace

•Schmertmann (1978) - elaborare valabilă pentru diferite tipuri litologice.

•Schultze-Menzenbach - elaborazione valida per vari tipi litologici

•D'Appollonia ed altri (1970) - Correlazione valida per sabbia, sabbia SC, sabbia NC e ghiaia.

•Bowles (1982) - Correlazione valida per sabbia argillosa, sabbia limosa, sabbia media, sabbia, limo sabbioso e ghiaia.

 

Modulo Edometrico (Mo (Eed) (Kg/cmp))

•Begemann (1974) - sviluppo dell'elaborazione desunta da esperienze in Grecia correlazione valida per limo con sabbia, ghiaia con sabbia.

•Buismann-Sanglerat - correlazione valida per sabbia e sabbia argillosa

•Farrent (1963) - correlazione valida per sabbia, sabbia con ghiaia (da modifica dei dati sperimentali).

•Menzenbach și Malcev - Correlazione valida per sabbie fini, sabbie ghiaiose, sabbia e ghiaia.

 

Stato di consistenza

•Classificazione A.G.I. (1977)

 

Peso di Volume (t/mc)

•Meyerhof at altri, valida per argille, argille sabbiose e limose prevalentemente coerenti.

 

Peso di volume saturo

•Terzaghi-Peck (1948-1967)

 

Modulo di Poisson

•Classificazione A.G.I.

 

Potenziale di liquefazione (Stress Ratio)            

•Seed-Idriss (1978-1981) - Questa correlazione è valida solo per sabbie, ghiaie e sabbie limose, e rappresenta il rapporto tra la resistenza alla liquefazione e la sollecitazione verticale di consolidamento per il calcolo del potenziale di liquefazione di sabbie e terreni sabbiosi ghiaiosi mediante i grafici degli autori.

 

Velocità dell'onda di taglio Vs Vs (m/s)        

•Questa correlazione è valida solo per i terreni incoerenti sabbiosi e ghiaiosi..

 

Modulo di deformazione di taglio (G)

•Ohsaki & Iwasaki - Elaborazione valida per sabbie con fine plastico e sabbie pulite.

•Robertson e Campanella (1983) e Imai & Tonouchi (1982) - Elaborazione valida soprattutto per sabbie e per tensioni litostatiche comprese tra 0,5 - 4,0 kg/cmq.

 

Modulo di reazione (Ko)

•Navfac (1971-1982) -  elaborazione valida per sabbie, ghiaie, limo, limo sabbioso

 

Resistenza alla punta del penetrometro statico (Qc (Kg/cmp))

•Robertson & Campanella (1983) - Qc

 

CORRELAZIONI GEOTECNICHE PER TERRENI COESIVI

 

Coesione non drenata [Cu (Kg/cmp)]

•Benassi & Vannelli - Correlazioni scaturite da esperienze ditta costruttrice Penetrometri SUNDA..

•Terzaghi-Peck (1948-1967) - corelație validă pentru argile nisipoase-prăfoase NC cu Nspt < 8, argile prăfoase cu plasticate medie, argile marnoase fisurate.

•Terzaghi-Peck (1948) -  Cu (min-max).

•Sanglerat - da dati Penetr. Statico per terreni coesivi saturi tale correlazione non è valida per argille sensitive con sensitività > 5, per argille sovraconsolidate fessurate e per i limi a bassa plasticità.

•Sanglerat - Valori validi per resistenze penetrometriche < 10 colpi, per resistenze penetrometriche > 10 l'elaborazione valida è comunque quella delle "argille plastiche " di Sanglerat.

•(U.S.D.M.S.M.) U.S. Design Manual Soil Mechanics - Coesione non drenata Cu (Kg/cmq) per argille limose e argille di bassa media ed alta plasticità , (Cu-Nspt-grado di plasticità).

•Schmertmann (1975) - (valori medi), valido per argille e sabbie argillose con Nc=20 e Qc/Nspt=2.

•Schmertmann (1975) -  (valori minimi), Valida per argille NC.

•Fletcher (1965) - (Argilla di Chicago)  Coesione non drenata Cu (Kg/cmq), colonna valori validi per argille a medio-bassa plasticità.

•Houston (1960) -argilla con plasticità medio-bassa.

•Shioi-Fukuni (1982) , valido per terreni leggermente coesivi e plastici, argille con plasticità da media a medio-bassa.

•Begemann.

•De Beer.

 

Resistenza alla punta del penetrometro statico (Qc (Kg/cmp))

•Robertson (1983) Qc.

 

Modulo Edometrico (Mo (Eed) (Kg/cmp))

•Stroud și Butler (1975) - per litotipi a media plasticità valida per litotipi argillosi a media-medio-alta plasticità - da esperienze su argille glaciali..      

•Stroud și Butler (1975) - er litotipi a medio-bassa plasticità (IP< 20) valida per litotipi argillosi a medio-bassa plasticità (IP< 20) - da esperienze su argille glaciali.

•Veșic (1970) - correlazione valida per argille molli (valori minimi e massimi).  

•Trofimenkov (1974), Mitchell și Gardner - valida per litotipi argillosi e limosi-argillosi (rapporto Qc/Nspt=1.5-2.0)..

•Buismann-Sanglerat - valido per argille compatte (Nspt <30) argille medie e morbide (Nspt <4) e argille sabbiose (Nspt=6-12).

 

Modulo di Young [Ey (Kg/cmp)]

•Schultze-Menzenbach (Min. e Max.), Correlazione valida per limi coerenti e limi argillosi con I.P. >15.

•D'Appollonia et al. (1983) - Correlazione valida per argille sature-argille fessurate..

 

Stato di consistenza

•Classificazione A.G.I. (1977)

 

Peso di Volume  (t/mc)

•Meyerhof et al. - Elaborazione valida per argille, argille sabbiose e limose prevalentemente coerenti..

 

Peso di volume saturo

•Meyerhof et al.

 

 

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