Indagini geognostiche, prove di laboratiorio e risultati della relazione geologica: la guida completa dei geologi del Lazio

Indagini geognostiche, prove di laboratorio e risultati della relazione geologica: tutto quello che occorre sapere grazie alla utile guida geotecnica dei geologi del Lazio

Per la corretta progettazione di un’opera è fondamentale eseguire un attento studio del sottosuolo, in modo da ottenere un’ottimizzazione delle risorse economiche in funzione della prestazione richiesta.

L’Ordine dei Geologi della Regione Lazio ha pubblicato un’ interessante linea guida geotecnica per scegliere correttamente il tipo di prova e per interpretare correttamente i dati provenienti dal certificato di laboratorio.

La guida è di particolare utilità sia per i geologi che per gli ingegneri strutturisti, in quanto offre notevoli spunti e approfondimenti per il corretto progetto dell’insieme fondazione/sovrastruttura.

La programmazione delle indagini

Si riporta di seguito un diagramma di flusso tratto dalla guida dei geologi che evidenzia come le fasi di indagini in sito e in laboratorio, fondamentali per la corretta esecuzione del progetto.

La programmazione delle indagini in sito ed in laboratorio necessita della conoscenza degli aspetti generali del progetto e deve essere guidata dall’inquadramento geologico preliminare, con lo scopo di:

  • confermare l’inquadramento geologico preliminare previsto
  • acquisire le informazioni nei punti dove permangono dubbi interpretativi
  • contribuire a definire il modello geologico ed il modello idrogeologico
  • fornire i parametri geotecnici
  • contribuire a definire il modello geotecnico
  • creare una rete di monitoraggio mediante l’installazione di strumentazione (piezometri, inclinometri, capisaldi topografici, ecc.)

 

Diagramma di flusso: programmazione delle indagini in sito ed in laboratorio

Diagramma di flusso: programmazione delle indagini in sito
ed in laboratorio

 

I criteri generali che governano il progetto delle indagini sono costituiti da:

  • la dimensione e tipologia dell’opera
  • la natura e complessità geologica del sito
  • e possibili interferenze fra l’opera ed il suo intorno

Il piano delle indagini deve permettere di caratterizzare il volume di terreno significativo (quella parte di sottosuolo influenzata direttamente o indirettamente dalla costruzione dell’opera e che influenza l’opera stessa). Tale caratterizzazione deve permettere la definizione, oltre che del modello geologico anche del modello geotecnico, e quindi la definizione dei parametri di resistenza al taglio e di deformabilità dei terreni dell’intero volume significativo.

La definizione precisa del volume suddetto permette inoltre di distribuire in modo mirato le prove in sito, concentrando il prelievo dei campioni indisturbati su litologie a maggior criticità.

volume significativo

Volume significativo “D”

 

Il programma delle indagini in sintesi deve essere strutturato in modo tale da definire i sondaggi, i campionamenti e le prove sia qualitativamente (tipologia, modalità e tempi di esecuzione), sia quantitativamente (profondità, posizione e numero).

Tabella di sintesi prove geotecniche

Tabella di sintesi prove geotecniche

 

La corretta pianificazione ed esecuzione degli studi geognostici, permetterà al geotecnico di interpretare i dati, e quindi pervenire a:

  • l’individuazione delle unità geotecniche
  • l’attribuzione alle unità geotecniche
  • l’individuazione del regime delle pressioni interstiziali
  • la definizione del modello geotecnico

Le prove di laboratorio

È necessario sottolineare alcuni aspetti per meglio inquadrare limiti ed importanza delle prove di laboratorio in relazione alle prove in sito.

La prova in sito fornisce, spesso con buona accuratezza e continuità, una sorta di “fotografia” delle condizioni geostatiche. Le prove di laboratorio ben contestualizzate sono spesso il miglior mezzo per simulare oltre che le condizioni a breve termine, soprattutto quelle a lungo termine (tensioni efficaci).

La progettazione delle indagini di laboratorio deve tenere in conto che i parametri geotecnici dipendono più in generale da:

  • proprietà dipendenti dalla storia geologica
    • caratteristiche intrinseche
    • parametri di stato
    • storia tensionale (variabile all’interno di uno strato)
  • proprietà legate alle opere
    • percorso di carico
    • condizioni di sollecitazione
    • livello delle deformazioni
    • velocità di deformazione

Lo studio sperimentale di laboratorio prevede l’applicazione di valori delle pressioni nel range della variazione di tensione (carico e/o scarico) a cui il sistema opera/terreno sarà soggetto in condizioni ante operam, nelle varie fasi di realizzazione ed in condizioni di esercizio.

Tale studio, unitamente alla stratigrafia ed all’eventuale livello di falda è auspicabile che venga comunicata al laboratorio geotecnico al fine di permettere una più corretta impostazione delle condizioni di prova.

Per una corretta interpretazione della natura del terreno e delle prove stesse, è sempre necessaria una caratterizzazione fisica, volumetrica e granulometrica del terreno mediante almeno l’esecuzione delle seguenti prove:

  • determinazione del contenuto in acqua
  • determinazione delle masse volumiche
  • determinazione dei limiti di Atterberg
  • analisi granulometrica

Nel quaderno vengono analizzate i vari tipi di prova:

  • prove di geotecnica stradale
  • prove dinamiche e cicliche
  • prove di laboratorio su rocce

Il campione di terreno

La descrizione del campione permette immediatamente di fare valutazioni riguardo il comportamento meccanico del materiale in base alle seguenti caratteristiche:

  • descrizione visiva
  • prima valutazione del grado di disturbo
  • dimensione del campione
  • composizione granulometrica
  • colore
  • consistenza ed addensamento
  • struttura
  • plasticità
  • sostanze organiche

Le caratteristiche minime che definiscono la descrizione del campione di laboratorio geotecnico e rendono possibile la valutazione sull’affidabilità delle prove eseguite, sono riportate di seguito:

Caratteristiche per la descrizione del campione
Disturbo del campione Da indicazione della società di perforazione: valutazione del progettista sulla base dei dati indicati
Dimensioni del campione prelevato Utile per valutazioni sul numero di prove eseguite e quindi la qualità del certificato
Conservazione del campione Date di arrivo e di estrusione, modalità di conservazione, dimensioni del contenitore e della carota
Misure speditive di resistenza Misure indicative, pocket penetrometer e vane test
Schema geometrico e tipologia delle prove eseguite sulla carota Tipologia di analisi eseguite e la loro localizzazione lungo la verticale della carota
Composizione granulometrica Frazioni granulometriche principali e secondarie costituenti il terreno
Colore Colore principale e sua variabilità (colore secondario), con eventuali varie tonalità
Consistenza e addensamento Classificazione della consistenza in base a pocket penetrometer, per l’addensamento solo su prova specifica
Struttura Descrizione macroscopica: influenza i parametri ottenuti dalle prove
Plasticità Indicazione sulla composizione mineralogica e diretta influenza sulla resistenza meccanica del materiale
Sostanze organiche Descrizione macroscopica

Prove fisiche sui campioni

Le prove denominate “prove fisiche” comprendono:

  • la determinazione del contenuto naturale d’acqua
  • la determinazione del peso di volume naturale
  • la determinazione del peso di volume dei grani
  • la determinazione dei limiti di consistenza (o di Atterberg)
    • il limite liquido (LL)
    • il limite plastico (LP)
    • il limite di ritiro (LR)
  • la determinazione della composizione granulometrica (analisi granulometrica per setacciatura ed areometria)
    • setacciatura
    • sedimentazione

Per definizione, le proprietà fisiche sono le caratteristiche dei terreni riferibili a grandezze fisiche (come il peso, il volume e le dimensioni) e geometriche dei grani.

I parametri di stato invece sono quelle grandezze che descrivono lo stato “naturale” del terreno, e dipendono dallo stato tensionale e deformazionale (presente e passato): il peso di volume, il grado di saturazione e, per i materiali a grana fine, la compressibilità sono alcuni esempi di parametri di stato.

Sono parametri indice tutti quei parametri che caratterizzano il terreno indipendentemente dallo stato in cui si trova in sito; in tal senso la porosità è un parametro di stato in quanto dipende dallo stato tensionale, mentre il peso di volume dei grani è un parametro indice, in quanto non dipende da nessuna peculiarità caratteristica riscontrabile in sito.

La prova edometrica

La prova di compressibilità edometrica è stata definita e sviluppata al fine di descrivere il comportamento di un terreno coesivo quando è sottoposto ad una variazione dello stato tensionale rispetto a quello in sito.

È particolarmente importante valutare il certificato relativo ad una prova edometrica.

Vengono trattati i seguenti aspetti per la descrizione completa di tale prova:

  • normativa
  • modalità di esecuzione
  • certificato della prova edometrica
Grafico prova edometrica

Grafico prova edometrica

La prova di taglio diretto

Il Taglio Diretto (TD) è una prova che, nella sua semplicità, può risolvere molti problemi legati alla definizione dell’angolo di attrito interno e della coesione.

Questi ultimi sono gli unici parametri geotecnici che la prova riesce a determinare mentre, nei casi più fortunati, dalla prova si riesce anche ad ipotizzare il comportamento del terreno.

Vengono trattati i seguenti aspetti per la descrizione completa di tale prova:

  • normativa
  • modalità di esecuzione
  • certificato della prova di taglio diretto
Grafico prova di taglio diretto

Grafico prova di taglio diretto

Le prove triassiali non consolidate

Tali prove restituiscono valori di resistenza solamente in termini di tensioni totali. Nello specifico sono:

  • la prova di compressione in modalità non consolidata non drenata (UU)
  •  la prova di compressione non confinata, conosciuta normalmente come prova di compressione ad espansione laterale libera (ELL)

Anche per tali prove, nel quaderno vengono trattati i seguenti aspetti:

  • normativa
  • Modalità di esecuzione della prova TxUU
  • Modalità di esecuzione della prova ELL
  • Il certificato delle prove TxUU e ELL
Grafico prove triassiali non consolidate

Grafico prove triassiali non consolidate

Le prove triassiali consolidate

Le prove triassiali consolidate possono essere condotte in modalità drenata o non drenata, con consolidazione isotropa o meno, in compressione diretta o inversa.

È possibile riprodurre con una approssimazione notevolissima gli stati tensionali che specifiche situazioni possono indurre.

Nella normale prassi di progettazione le modalità di prova utilizzate sono:

  • di compressione diretta con:
    • consolidazione isotropa
    • fase di taglio drenata (CID) o non drenata (CIU)

Vengono analizzati i seguenti aspetti per la descrizione completa delle prove:

  • normativa
  • modalità di esecuzione delle prove consolidate
    • la fase di saturazione
    • la fase di consolidazione
    • la fase di compressione: modalità CID
    • la fase di compressione: modalità CIU
  • Il certificato della prova TxCID e TxCIU
Grafico delle prove triassilai consolidate (CID e CIU)

Grafico delle prove triassilai consolidate (CID e CIU)

Sintesi delle prove in laboratorio

Di seguito proponiamo le tabelle che riportano le principali prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà fisiche e meccaniche di un terreno:

Sintesi delle prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà fisiche
PROPRIETÀ FISICA OGGETTO PARAMETRO SCOPO
Peso di volume dei grani Determinazione del peso specifico dei grani del terreno Υs

Gs

Calcolo della saturazione e della densità del terreno tramite indice dei vuot
Determinazione della dimensione dei grani Determinazione della distribuzione dei grani D10, D50

Cu = D10/D60

CC = D10 2 /( D10 D60)

Classificazione del terreno
Contenuto d’acqua Determinazione del contenuto d’acqua del terreno W Informazione qualitativa sulla resistenza e deformazione del terreno
Limiti ed Indici Determinazione del contenuto d’acqua in cui il terreno cambia di fase LR, LP, LL

IP, IC, IL

Classificazione del terreno e informazione qualitativa sulla sua resistenza e cedimenti
Permeabilità Determinazione della conduttività idraulica k Stima della pressione di filtrazione e flusso dell’acqua, analisi di stabilità
Densità secca massima e minima Determinazione della densità secca massima e minima di un terreno granulare grossolano emax

emin

Classificazione del terreno

 

Sintesi delle prove di laboratorio per la determinazione delle proprietà meccaniche
PROVA SFORZO TERRENO PARAMETRI VANTAGGI SVANTAGGI
Taglio diretto TD (drenata) Sforzodeformazione sul piano, o controllo della deformazione Tutti
  • Φ’
  • Φ’ res
  • c’
  • cres
  • αp
  • Semplice
  • Veloce
  • Prova diffusa
  • Sforzo non uniforme
  • Deformazione non determinabile
  • Il terreno si rompe su un piano predeterminato
Triassiale (drenata e non drenata) Sforzo asimmetrico o controllo della deformazione Tutti
  • Φ
  • Φ’
  • c’
  • c
  • cu
  • σf
  • E
  • M
  • Molto versatile con controllo dello sforzo assiale e radiale
  • Prova diffusa
  • Gli assi principali ruotano solo di 90° e istantaneamente
Consolidazione unidimensionale (drenata) Fino e molto fino
  • Cc
  • Cr
  • Cα
  • Cv
  • mv
  • σc
  • Semplice
  • Prova diffusa
  • Unidimensionale

 

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