Prova penetrometrica dinamica

La prova penetrometrica dinamica consiste nella misura della resistenza alla penetrazione di una punta conica metallica, collegata ad un asta di acciaio prolungabile con l’aggiunta di successive aste, di dimensioni standard, infissa verticalmente nel terreno per battitura, facendo cadere da un’altezza costante un maglio di dato peso.

Le informazioni fornite dalla prova sono di tipo continuo, poiché le misure di resistenza alla penetrazione vengono eseguite durante tutta l’infissione.

Si contano il numero di colpi necessari alla penetrazione di ciascun tratto di lunghezza stabilita.

Le prove penetrometriche dinamiche continue possono essere realizzate secondo diversi standards in funzione delle combinazioni dei parametri adottati quali:

• massa del maglio (10 ÷ 100 kg)
• altezza di caduta (200 ÷ 760 mm)
• diametro della punta (22 ÷ 63 mm)
• forma della punta (angolo di apertura 60° – 90°, prolungamento alla base del cono)
• diametro esterno delle aste (16 ÷ 45 mm)
• penetrazione di riferimento (100 ÷ 300 mm)
• metodo per eliminare o ridurre l’attrito laterale lungo le aste (rivestimento, fango attraverso le aste, diametro punta > diametro aste).

Le caratteristiche dell’attrezzatura e le modalità esecutive sono state standardizzate nelle Procedure internazionali di Riferimento elaborate dall’ ISSMFE che contempla ben quattro tipi di penetrometro sulla base della massa del maglio:

 

TIPO	Sigla di riferimento	Massa battente M (kg)
Leggero	DPL (light)	M ≤ 10
Medio	DPM (medium)	10 < M < 40
Pesante	DPH (heavy)	40 < M < 60
Super pesante	DPSH (super heavy)	M ≥ 60

 

La resistenza dinamica alla punta Rpd in funzione del numero dei colpi N si valuta con la formula olandese:

Rpd = M²·H/[A·e·(M + P)] = M²·H·N/[A·δ·(M + P)]

Dove:

• Rpd = resistenza dinamica alla punta (area A);
• e = δ / N = infissione per colpo;
• M = massa battente (altezza caduta H);
• P = massa totale aste e sistema.

Prova penetrometrica dinamica SPT (Standard Penetration Test)

La prova SPT si esegue durante la perforazione. Consiste nel registrare il numero di colpi necessari per far penetrare di 45 cm nel terreno a fondo foro un tubo campionatore di dimensioni standard, collegato alla superficie mediante batteria di aste in testa alle quali agisce un maglio del peso di 63.5 kg che cade liberamente da un’altezza di 0.76 m.

Durante la prova si misura:

N₁ = numero di colpi di maglio necessari a provocare l’avanzamento del campionatore per i primi 15 cm, assunti come tratto di “avviamento”;
N₂ = numero di colpi che provoca la penetrazione del campionatore nei successivi 15 cm;
N₃ = numero di colpi necessari per gli ultimi 15 cm di avanzamento.

Si assume come resistenza alla penetrazione il valore:

N_SPT = N₂ + N₃

Si utilizzano le seguenti attrezzature standard:

• Aste d’infissione del diametro esterno 50 mm e peso di 7 kg/m;
• testa di battuta di acciaio avvitata sulle aste;
• maglio di acciaio di 63.5 kg;
• dispositivo automatico che consente la caduta del maglio da un’altezza di 0.76 m;
• centratore di guida per le aste fra la testa di battuta e il piano campagna.
• campionatore standard (detto Raymond dalla società che lo ha introdotto per prima). Si tratta di un tubo carotiere avente diametro esterno di 51 mm, spessore 16 mm e lunghezza complessiva comprendente scarpa e raccordo alle aste di 813 mm.
• nei terreni ghiaiosi la scarpa del carotiere viene sostituita da una punta conica di diametro 51 mm, angolo 60°.

Il campionatore Raymond consta di un tubo diviso longitudinalmente a metà; i due semitubi sono tenuti insieme, durante l’infissione, da una scarpa tagliente avvitata alla base e da un anello in testa. Alla fine della prova si svita la scarpa, il carotiere si apre in due permettendo di estrarre il campione di terreno.

La sua vasta diffusione è dovuta principalmente alla facilità di realizzazione, potendo essere eseguita in qualunque tipo di terreno direttamente durante il sondaggio, senza l’adozione di attrezzature supplementari; il suo uso in tutto il mondo ha portato alla produzione di una abbondante bibliografia che rende agevole l’interpretazione dei risultati ottenuti.

Vi sono numerose correlazioni tra la resistenza alla penetrazione (N_SPT) e i parametri geotecnici dei terreni sia granulari che coesivi:

TERRENI GRANULARI

Le correlazioni ritenute più attendibili tra la resistenza alla penetrazione (N_SPT) ed alcuni parametri geotecnici sono le seguenti:

1) Correlazione di Gibbs-Holtz

Permette di determinare la densità relativa dei terreni granulari mediante la relazione tra la resistenza alla penetrazione e la pressione verticale efficace.

2) Correlazione di De Mello

Permette di ricavare l’angolo di attrito in funzione dello sforzo verticale efficace.

3) Le correlazioni di Schmertmann

Pongono in relazione l’angolo di attrito efficace con la densità relativa in funzione di differenti granulometrie, utilizzando sia i valori della densità relativa Dr elaborati con il metodo di Gibbs-Hotz che con il metodo di Terzaghi-Pech-Skempon.

f = 28+0.14·Dr

f = 31.5+0.115·Dr

f = 34.5+0.10·Dr

f = 38+0.08·Dr

4) Correlazioni tra la resistenza alla penetrazione N_SPT e la compressibilità

I metodi si dividono in due gruppi.

Il primo gruppo collega il valore della resistenza penetrometrica dinamica al cedimento; questo comprende il metodo di Terzaghi e Peck, di Meyerhof e di Peck-Bazaraa.

Il secondo gruppo si basa su correlazioni empiriche tra N_SPT  ed il modulo di deformazione delle sabbie; il gruppo comprende il metodo di Alpan, di D’Apollonia, di Parry.

Dal confronto dei cedimenti calcolati con i vari metodi e dei cedimenti reali misurati in America da Peck (1948) – Bazaara (1967) – Baker (1965), Parry (1971) sembra che il metodo di Parry risulta più attendibile, mentre i metodi più sperimentati sono quelli di Meyerhof, Peck-Bazaraa, Alpan e di Burland-Burbidge (1984).

TERRENI COESIVI

E’ di largo uso la correlazione di Terzaghi e Peck tra la resistenza alla penetrazione NSPT, la consistenza e la resistenza non drenata Cu.

La relazione tra N_SPT e Cu tuttavia si considera accettabile solo per argille sensitive, ossia per quelle argille per cui la sensitività A = Cui/ Cur (rapporto tra la coesione non drenata del campione indisturbato e coesione non drenata del campione rimaneggiato) varia da 4 a 8.

Negli altri casi si considera inattendibile la valutazione dei cedimenti dei terreni coesivi basati sul valore della resitenza dinamica N_SPT.

Correlazione tra la prova penetrometrica dinamica continua e la prova SPT

La correlazione che collega il numero dei colpi N che si ottiene dalla prova DP ed il valore N_SPT che si ricava dalla prova SPT è la seguente:

N_SPT = βt·N

Una volta individuato il valore N_SPT correlato con il numero dei colpi si ricavano le caratteristiche geotecniche dei terreni utilizzando le stesse correlazioni valide per le prove SPT.

Dove:

βt=(Q/Q_SPT)

in cui Q è l’energia specifica per colpo e Q_SPT è quella riferita alla prova SPT.

CALCOLO DI (N1)₆₀

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

(N₁)₆₀ = CN·N₆₀ (Liao e Whitman 1986) con

CN=(Pa/s_v0), CN<1.7 e Pa= 101.32 kPa

N₆₀=N_SPT·(ER/60)·C_s ·C_r ·C_d

ER/60 rendimento del sistema di infissione normalizzato al 60%.

Cs parametro funzione della controcamicia (1.2 se assente).

Cd funzione del diametro del foro (1 se compreso tra 65-115mm).

Cr parametro di correzione funzione della lunghezza delle aste.