vulnerabilità sismica etc. responsabile scientifico...

Misure piezometriche

Attrezzatura

Piezometri idraulici a tubo aperto misura della quota piezometrica h Celle piezometriche misura della pressione neutra u

Installazione: in foro di sondaggio o infissi da superficie

Tubo piezometrico a tutta altezza

(per misure di u medie, in sottosuolo omogeneo)

Presa localizzata

(per misure locali di u, in sottosuolo stratificato)

Installazione di un piezometro a tubo aperto - I

1. Messa in opera del filtro di sabbia mediante riempimento dell’intercapedine tra tubo e foro

2. Messa in opera del tampone impermeabile di malta e del chiusino di protezione

Installazione di un piezometro a tubo aperto - II

Esecuzione di una lettura piezometrica

3. Esecuzione delle letture in tubo piezometrico

Freatimetro (sondina elettrica

con sensore acustico)

... o in foro di sondaggio

Piezometri idraulici per misure localizzate

Piezometro Bishop

(a circuito chiuso)

Piezometro a infissione

(GeoNor)

Piezometro Casagrande

Installazione di piezometro Casagrande

TA

PP

OF

ILT

RO

1,0

0

RIE

MP

IME

NT

O

0,5

0

Miscela secca di

sabbia cemento

e bentonite

1,3

0 m

529,00 m

0,3

00,5

0

TA

PP

O

1,0

01,3

0 m

0,5

00,3

00,5

0

1,0

0

RIE

MP

IME

NT

O

Bentonite in pellets

dmax = 1,5 cm


dmax = 1,5 cm e fluida

(sandwich)

Sabbia silicea

Sabbia silicea

FIL

TR

OT

AP

PO

Miscela secca di

sabbia cemento

e bentonite


dmax = 1,5 cm e fluida

(sandwich)

Presa con filtro poroso

Batteria di tubi ( 1.25 cm)

giunti esterni

Misure piezometriche Prove permeabilità

7

Piezometro Casagrande: preparazione tubi

1. nastro di teflon

3. silicone

4. nastro adesivo

2. giunto

Piezometro Casagrande: saturazione filtro

Fase da effettuare con tubi già collegati

alla presa filtrante!

Piezometro Casagrande: installazione in foro

1. Getto di sabbia a fondo foro

2. Posa in opera filtro e tubi

3. Bentonite in pellets per tappo impermeabile


10

Celle piezometriche

piastra porosa

piastra porosa

trasduttore di pressione

Il trasduttore consente una lettura diretta della pressione interstiziale nel terreno a contatto

La piastra porosa evita l’intasamento o l’occlusione per effetto dell’infiltrazione

di particelle solide

Celle piezometriche: messa in opera

1. Fase di saturazione 2. Installazione in foro

Esecuzione della misura piezometrica

I tempi di riequilibrio idraulico sono: - proporzionali al volume d’acqua in ingresso - inversamente proporzionali alla permeabilità

tempo, t

pro

fon

dità

, z/z

0

1

t95

0.05

arctan(-Fk/A)

Prontezza della misura piezometrica

Modello di interpretazione: equilibrio idrodinamico

‘Prontezza’ (t95)-1

tA

Fk

z

zlndt

A

Fk

z

dzdt

A

Fk

z

dzFkzq

z

z 0

t

00

diminuisce con la sezione del tubo A

aumenta con il coefficiente d’ingresso F

aumenta con la permeabilità del terreno k

Fk

A305.0ln

Fk

At95.0

e1z

z1

z

h

95

tA

Fk

00

risposta di Tempo

ioneequalizzaz di Rapporto

tA

Fk

0

ez

z

Equazione di continuità: dzAdhAdtq


14

Tipologia di filtri e coefficienti di ingresso


15

Scelta del tipo di strumento

Tipo D

(cm) Funzionamento Installazione

Permeabilità terreni k (cm/s)

Tubo aperto 5 filtro a tutta altezza in foro sondaggio elevata (> 10–4)

Casagrande 1÷1.5 presa localizzata, volumi ridotti

in foro sondaggio* media (10–6÷ 10–5) Infisso (GeoNor) 2.5 infisso da superficie

A circuito chiuso (Bishop)

1÷1.5 chiusura idraulica con manometro livelli idrici più elevati del p.c.

in foro sondaggio medio-bassa (10–8÷ 10–6)

Celle piezometriche

n.d. tubo sostituito da trasduttore in foro sondaggio* bassa

(10–10÷ 10–9)

* anche infisso in terreni fini poco consistenti

Il tipo di strumento va selezionato

in relazione alle condizioni di sottosuolo

ed alla velocità del fenomeno da monitorare

k

w

wkk

Il coefficiente di permeabilità

Il coefficiente di permeabilità (o conducibilità idraulica k) non è un parametro ‘intrinseco’ del terreno

in quanto dipende anche dal fluido e dallo stato del terreno stesso.

In linea di principio k si potrebbe esprimere come:

= permeabilità assoluta, dipendente solo dal solido poroso

w, w= peso specifico e viscosità del fluido

I principali fattori che influenzano k sono quindi:

• per il fluido la temperatura (da cui dipendono w e w) • per il solido la granulometria (influenza dimensione e tortuosità degli interstizi)

L’ influenza della granulometria è riflessa dalla relazione empirica per sabbie uniformi:

(Hazen, 1911)

(k in cm/s, c=0.4 ÷ 1.2, D10 in mm)

che evidenzia la dipendenza di k soprattutto dalla dimensione dei granuli più fini!

2

10Dck

Hanno influenza su k anche: - la microstruttura (k decresce con l’attività mineralogica)

- la porosità (per un dato terreno)

Espressione di Kozeny - Carman

w

w

e

ek

1

3

2

( = funzione della microstruttura, = superficie specifica, e = indice dei vuoti)

Il coefficiente di permeabilità: valori tipici

Terreni sabbiosi

Terreni argillosi

In definitiva, k è influenzato da numerosi fattori, tutti molto variabili, per cui:

• è il parametro geotecnico con maggiore variabilità in natura (k = 10-10 ÷ 10 cm/s)

• va determinato sperimentalmente con apposite prove

In laboratorio

Misura del coefficiente di permeabilità

In sito

permeametro

edometro

pozzi

piezometri

Prove di permeabilità in sito

Esecuzione: - in fori di sondaggio condizionati come piezometri idraulici

- in pozzetti superficiali

- in pozzi con piezometri di controllo

Principio: ottenere il coefficiente di permeabilità (k)

dal confronto tra portate (emunte o immesse) e gradienti idraulici

Pro e contro

(contromisura: eseguire entrambi e mediare i risultati)

Emungimento solo sotto falda, rischio di erosione del terreno ( sovrastima di k)

Immissione anche fuori falda, graduale intasamento del filtro ( sottostima di k)

pozzi

piezometri

Esecuzione (in immissione/emungimento):

si misura (p. es. con un contatore) la portata q

necessaria per mantenere costante il dislivello idraulico h

imposto da una pompa tra foro e terreno

Interpretazione

kFhq

Prove in foro a carico costante

Fh

qk

(F = coefficiente d’ingresso)


21

Esecuzione (in immissione/emungimento):

si registra nel tempo l’abbassamento/risalita z

del livello idrico nel foro,

prodotto da un sovralzo/depressione iniziale

tA

Fkzze

z

z tA

Fk

00

lnln

per cui k si può ottenere:

• dalla pendenza locale:

• dal coefficiente angolare della retta di regressione F

Ak tzln

Prove in foro a carico variabile

Interpretazione

12

21 )ln()ln(

tt

zz

F

Ak

Esecuzione di una prova di permeabilità in foro

Esecuzione delle letture con sondina elettrica

0,00001

0,0001

0,001

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

tempo, t (min)

co

eff

icie

nte

di p

erm

ea

bilit

à, k

(c

m/s

)

PS1 - ho = 0.55 m

PS2 - ho = 9 m

0,1

1

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

tempo, t (min)

alt

ezze

, h

(m

)

PS1 - ho = 0.55 m

PS2 - ho = 9 m

Letture altezza acqua nel foro

(per diversi livelli iniziali)

Interpretazione mediante pendenza locale

Interpretazione di prova di permeabilità in foro

F

A

t

hk

ln

2

5.115.1ln

3

D

L

D

L

LF

L = altezza del tratto filtrante D = diametro del tubo

Esecuzione di una prova di permeabilità in pozzetto

Esecuzione delle letture con asta graduata


25

Letture livello acqua nel pozzetto (b130 cm)

per diversi livelli iniziali

Interpretazione mediante pendenza locale

Interpretazione di prova di permeabilità in pozzetto

0,00001

0,0001

0,001

0 60 120 180

tempi (min)

co

effic

ien

te d

i p

erm

ea

bili

tà, k (

cm

/s)

PP1 - ho = 80cm

PP2 - ho = 115cm

PP3 - ho = 134cm

50

100

150

0 60 120 180tempo, t (min)

alt

ezza

, h

(c

m)

PP1 - ho = 80cm

PP2 - ho = 115cm

PP3 - ho = 134cm

b

h

b

h

t

hk

913

21

Prove da pozzo con piezometri di controllo

Pozzo in falda freatica

(confinata inferiormente)

21

22

12

hh

)rlog()rlog(Qk

Pro e contro:

costi elevati; tempi esecutivi lunghi per prove in regime stazionario

rappresentative di ampi volumi di sottosuolo; eseguibili anche in falde artesiane

richiedono un’attenta modellazione analitica del problema

12

12 )log()log(

2 hh

rr

b

Qk

Pozzo in falda artesiana

Prove da pozzo con piezometri di controllo

vulnerabilità sismica etc. responsabile scientifico...

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