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

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 “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

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

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

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

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)

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	Υ_s G_s	Calcolo della saturazione e della densità del terreno tramite indice dei vuot
Determinazione della dimensione dei grani	Determinazione della distribuzione dei grani	D₁₀, D₅₀ C_u = 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	e_max e_min	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’ c_res α_p	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 c_u σ_f 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	C_c C_r C_α C_v m_v σ_c	Semplice Prova diffusa	Unidimensionale