Prove Penetrometriche

COSA SONO?

La prova penetrometrica è un’indagine geotecnica in situ utilizzata per determinare le proprietà meccaniche del terreno attraverso la misura della resistenza alla penetrazione di uno strumento nel suolo. Esistono diverse tipologie di prove penetrometriche, classificate in statiche e dinamiche, a seconda del metodo di infissione dello strumento:

CAMPI DI APPLICAZIONE

✅Progettazione Geotecnica

✅Analisi della stabilità del terreno

✅Indagini per Infrastrutture e Opere di sostegno

✅Monitoraggio e Consolidamento del Sottosuolo

✅Edilizia e Urganisitca

Le prove penetrometriche più comuni sono:

  1. Prova SPT (Standard Penetration Test):
    Descrizione: Consiste nel far penetrare un campione di terreno mediante un tubo a carotaggio che viene spinto nel terreno con un percussore. La resistenza alla penetrazione viene misurata contando il numero di colpi necessari per far penetrare il tubo in una certa distanza.
    ✅    Applicazioni: Utilizzata per determinare la consistenza dei terreni, in particolare nelle sabbie e nei limi, e per valutare la capacità portante del terreno. I risultati vengono utilizzati per il dimensionamento delle fondazioni e per la progettazione di opere in terreni non coesivi.
  2. Prova CPT e CTU (Cone Penetration Test):
    Descrizione: Consiste nel far penetrare un cono di acciaio nel terreno a una velocità controllata. Durante la penetrazione, si misurano la resistenza alla punta e la resistenza laterale del cono. Il test fornisce un profilo continuo della resistenza del terreno in vari strati.
    ✅Applicazioni: Utilizzata per ottenere informazioni dettagliate sulla stratigrafia del terreno e per valutare la sua resistenza, la capacità portante, il modulo di elasticità e la coesione. È particolarmente utile per terreni sabbiosi, argillosi e limosi.
  3. Prove di penetrazione dinamica (SCPT):
    Descrizione: Simile alla SPT, ma il test viene eseguito con un percussore che colpisce la sonda penetrante, misurando la resistenza del terreno in base ai colpi effettuati. La differenza sta nel fatto che in questo caso si utilizza una sonda più leggera e il numero di colpi per unità di distanza viene utilizzato come indice di resistenza.
    ✅    Applicazioni: Usata per terreni sciolti o poco compatti, per studi preliminari o per terreni difficili da sondare con metodi tradizionali.

La prova SPT viene realizzata con l’utilizzo di un tubo a carotaggio (spesso chiamato anche “sonda”) che viene spinto nel terreno a una velocità controllata. L’attrezzatura principale per eseguire questa prova è costituita da

✅Tubo campionatore (in genere di diametro 50 mm),

✅Percussore che serve per colpire il tubo (in genere pesa 63,5 kg),

✅Altezza di caduta del percussore, che è di 76 cm (a meno di modifiche specifiche per particolari condizioni).

Il procedimento è il seguente:

✅Un tubo campionatore viene installato nel terreno fino alla profondità desiderata.

✅Un percussore viene lasciato cadere dall’altezza di 76 cm per colpire la parte superiore del tubo.

✅Si contano il numero di colpi necessari per far penetrare il tubo di 30 cm all’interno del terreno. La profondità totale della penetrazione può essere maggiore, ma si considera solo il numero di colpi per i primi 30 cm.

✅Il numero di colpi, noto come valore N, è un indicatore della resistenza del terreno alla penetrazione. Questo valore viene registrato per ogni segmento di 30 cm penetrato.

Interpretazione del risultato:

Il valore N ottenuto dalla prova SPT è il numero di colpi necessari per penetrare 30 cm di terreno. La relazione tra il valore N e le caratteristiche del terreno è empirica, ma esistono delle linee guida per interpretare i risultati. Generalmente, un valore N maggiore indica un terreno più compatto e resistente, mentre un valore N più basso suggerisce un terreno più morbido o meno resistente.

✅Valori N bassi (es. 1-5) indicano terreni molto morbidi o molto compatti (come sabbie sciolte o argille).

✅Valori N medi (es. 10-20) sono associati a terreni mediamente compatti (come sabbie compatte o argille consistenti).

✅Valori N alti (es. 30 e oltre) indicano terreni molto compatti o rocciosi.

 

Le prove CPT (Cone Penetration Test) e CPTU (Cone Penetration Test with pore pressure measurement) sono prove in situ utilizzate in geotecnica per determinare le caratteristiche meccaniche dei terreni.

CPT (Cone Penetration Test)

La prova CPT consiste nell’infissione di una punta conica standardizzata nel terreno a velocità costante (tipicamente 20 mm/s). Durante la penetrazione vengono misurate:

  • Resistenza di punta (Qc​): rappresenta la resistenza del terreno all’avanzamento della punta conica.

Attrito laterale (Fs​): misura l’attrito lungo il manicotto della punta.

  • I risultati della CPT permettono di stimare la stratigrafia del terreno, identificare le sue caratteristiche meccaniche e valutare la portanza del suolo per fondazioni.

CPTU (Cone Penetration Test with pore pressure measurement)

  • La prova CPTU è un’evoluzione della CPT che include la misurazione della pressione interstiziale (u) attraverso un trasduttore di pressione posto dietro la punta conica. Oltre ai parametri CPT la CPTU fornisce:
  • Pressione interstiziale (u): utile per valutare la permeabilità del terreno e stimare il grado di consolidazione.

La CPTU è particolarmente vantaggiosa nei terreni saturi e coesivi, dove le misure di pressione interstiziale aiutano a distinguere tra sabbie, limi e argille, migliorando l’interpretazione geotecnica.

Le prove penetrometriche dinamiche continue sono tecniche geotecniche utilizzate per la caratterizzazione dei terreni in situ. Esse consistono nell’infissione di una punta penetrometrica nel terreno mediante battitura, con l’obiettivo di valutare la resistenza del suolo in funzione della profondità.

Principio di funzionamento

  • Una punta conica standardizzata è collegata a una serie di aste.
  • L’infissione della punta nel terreno avviene tramite l’energia generata dalla caduta di un martello su un’incudine collegata alle aste.
  • Durante la prova si registra continuamente il numero di colpi necessari per far avanzare la punta di un tratto prefissato (solitamente 10 cm o 20 cm). Questo parametro è noto come numero di colpi (N).

Tipologie di prove dinamiche

Le principali tipologie di penetrometri dinamici includono:

  1. DPSH (Dynamic Penetrometer Heavy): penetrometro pesante, con un martello più massiccio (tipicamente 63,5 kg) utilizzato per terreni compatti.
  2. DPM (Dynamic Penetrometer Medium): penetrometro medio, con un martello di peso intermedio (circa 30 kg).
  3. DPL (Dynamic Penetrometer Light): penetrometro leggero, con un martello più leggero (circa 10 kg), adatto per terreni più morbidi.

Parametri ottenuti

  • Numero di colpi (N): correlabile con la densità relativa del terreno per sabbie o con la consistenza per argille.
  • Profilo stratigrafico: variazione della resistenza con la profondità.

✅Progettazione delle fondazioni: Queste prove sono fondamentali per determinare la capacità portante del terreno, cioè la resistenza che il terreno offre contro il carico applicato da una struttura.

✅Analisi della stratigrafia del terreno: Le prove penetrometriche forniscono informazioni dettagliate sulla composizione e sulla distribuzione degli strati del terreno, inclusi la profondità e le caratteristiche di ciascun strato.

✅Stime delle proprietà geotecniche: Come la densità, la compattazione, la coesione, l’angolo di attrito e la resistenza al taglio del terreno, che sono utili per le analisi di stabilità dei terreni.

✅Monitoraggio dei lavori di costruzione: In alcuni casi, le prove penetrometriche possono essere ripetute durante il progresso dei lavori per verificare la coerenza delle condizioni del terreno e la sicurezza delle strutture.

✅Indagini ambientali: Sono utilizzate anche per indagare la presenza di contaminanti nel sottosuolo o per studiare la permeabilità del terreno, in relazione a impatti ambientali.

Queste prove sono molto apprezzate per la loro capacità di essere eseguite rapidamente e in modo non invasivo, con costi relativamente contenuti rispetto ad altri metodi di indagine geotecnica, come il prelievo di campioni di terreno per analisi in laboratorio. Tuttavia, i risultati vanno sempre interpretati con attenzione, in quanto possono essere influenzati dalla tipologia del terreno e dalle condizioni di esecuzione.

Le prove geotecniche in situ, come le prove penetrometriche, rivestono un ruolo chiave nella caratterizzazione dei terreni a supporto della progettazione di opere civili. La loro esecuzione richiede strumentazione specialistica e competenze tecniche che solo figure professionali esperte, come i geologi, sono in grado di garantire.

 

Le prove penetrometriche consentono di ricavare preziose informazioni sulle proprietà fisiche e meccaniche dei terreni, quali resistenza, deformabilità e permeabilità. Tali dati risultano fondamentali ai fini delle analisi geotecniche necessarie per un’opera strutturale.

 

La qualità e l’affidabilità di una prova penetrometrica dipendono fortemente dall’esperienza e dalle capacità tecniche dell’operatore. Solo un geologo competente è in grado di ottenere dati accurati e interpretarli correttamente. Per queste ragioni le prove penetrometriche rappresentano uno dei servizi più richiesti ai professionisti geologi che operano a supporto di progetti nel campo dell’ingegneria civile e delle infrastrutture.

 

Prove Penetrometriche: Tipologie e principi di funzionamento

Le prove penetrometriche sono indagini geotecniche in situ che consentono di determinare le proprietà meccaniche e fisiche del terreno, attraverso la misura della resistenza che il suolo oppone alla penetrazione di uno strumento. Esistono diversi tipi di prove penetrometriche, che si distinguono per le modalità di esecuzione e per gli strumenti impiegati. Le principali categorie sono le prove statiche, in cui la penetrazione avviene per spinta meccanica, e le prove dinamiche, in cui si utilizza la percussione.

 

Tra le prove statiche, la più diffusa è la prova CPT (Cone Penetration Test). Essa prevede l’infissione nel terreno di una punta conica standardizzata, alla velocità controllata di 20 mm/s. Durante la penetrazione si misura la resistenza di punta Qc, data dalla forza necessaria a far avanzare la punta, e l’attrito laterale Fs sviluppato lungo il fusto.

 

La prova CPTU (Cone Penetration Test with pore pressure) è una versione più avanzata della CPT, che permette anche la misura della pressione interstiziale mediante un trasduttore posto sulla punta. Ciò consente di ricavare informazioni sulla permeabilità e sul grado di saturazione del terreno. Tra le prove dinamiche, la più utilizzata è la prova SPT (Standard Penetration Test). Essa prevede l’infissione di un campionatore mediante la battitura di un maglio di peso standardizzato. Si conta il numero di colpi N necessari per una penetrazione di 30 cm.

 

Le prove penetrometriche dinamiche continue SCPT utilizzano una punta conica infissa tramite un martello in caduta libera. Si registra il numero di colpi N per una penetrazione prefissata, tipicamente 10 o 20 cm. I risultati delle prove penetrometriche consentono al geologo Torino di determinare la stratigrafia degli strati attraversati, le proprietà meccaniche come resistenza, densità e deformabilità, e di progettare le opere geotecniche in funzione delle caratteristiche del sottosuolo.

 

Prova penetrometrica: Interpretazione dei risultati

I risultati delle prove penetrometriche devono essere attentamente interpretati dal geologo per ricavare informazioni sulle caratteristiche fisiche e meccaniche dei terreni attraversati. Nella prova SPT, il numero di colpi N ottenuto è correlabile empiricamente con la densità relativa nelle sabbie e con la consistenza nelle argille. In generale, valori di N elevati indicano terreni molto compatti o cementati, mentre valori bassi sono tipici di terreni più sciolti o poco consistenti.

 

La prova CPT fornisce invece misure dirette di resistenza punta Qc e attrito laterale Fs. Questi parametri consentono di stimare proprietà come la densità relativa, l’angolo d’attrito interno, la coesione non drenata e il modulo deformativo.

 

I dati CPTU, grazie alle misure di pressione interstiziale, permettono di distinguere terreni a grana fine, come le argille, dai terreni a grana grossa come sabbie e ghiaie. Ciò migliora l’interpretazione della stratigrafia.

 

Le prove penetrometriche dinamiche SCPT forniscono un profilo continuo della resistenza del terreno con la profondità. Il numero di colpi N è indice della densità per le sabbie e della consistenza per le argille.

 

L’interpretazione dei risultati deve essere svolta dal geologo nell’ambito di una relazione geologica e geotecnica, mettendo in relazione i dati penetrometrici con il contesto geologico locale e con eventuali altre indagini disponibili. Ciò permette di caratterizzare in modo affidabile il volume significativo di terreno interessato dall’opera in progetto.

 

Prove penetrometriche dinamiche: Applicazioni delle prove in geotecnica

Le prove penetrometriche dinamiche, come la SPT e la SCPT, trovano ampia applicazione nell’ambito della progettazione geotecnica di opere civili e infrastrutture. I valori di resistenza alla penetrazione N ottenuti consentono di stimare parametri fondamentali per il dimensionamento delle fondazioni, come la capacità portante e il cedimento. Le prove penetrometriche permettono di investigare la stratigrafia degli strati di terreno e di identificare la presenza di lenti o intercalazioniche possono compromettere la stabilità.

 

I risultati delle prove penetrometriche dinamiche sono utilizzati nelle analisi di stabilità dei pendii naturali e dei fronti di scavo, fornendo informazioni sulla resistenza al taglio e sulla deformabilità dei terreni. Le prove penetrometriche dinamiche continuate permettono di monitorare nel tempo l’evoluzione delle caratteristiche meccaniche del sottosuolo durante la costruzione di opere ingegneristiche complesse.

 

Infine, le prove penetrometriche trovano impiego nelle indagini ambientali e nelle attività di due diligence ambientale per rilevare la presenza di contaminanti nel suolo e nelle acque sotterranee, nonché per valutare la permeabilità dei terreni con tecniche specifiche.

 

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