Geotecnica e geofisica

Le seguenti schede offrono una panoramica completa delle varie attività svolte dalla ESSEBI relativamente alla caratterizzazione di terreni di fondazione, ricerca di strutture sepolte, determinazione della lunghezza ed integrità di pali, microtremore sismico (Vs30), e quant'alto necessario per caratterizzare il sito d'interesse. ESSEBI relativamente alla diagnostica su strutture in calcestruzzo armato esegue le seguenti tipologie di prove in sito e di laboratorio.

ammettenza meccanica - Il metodo permette di risalire alle caratteristiche geometriche del palo dall’analisi del modo con cui lo stesso entra in vibrazione allorquando viene sollecitato lungo la sua direttrice da una forza di tipo impulsivo. Tale forza viene impressa sulla parte sommitale del palo dove è fissato l’accelerometro di risposta. Si applica sulla testa del palo un impulso dinamico che contiene tutte le frequenze da 1 a 2000 Hz in modo da eccitare la prima frequenza di risonanza a tutte le armoniche in contemporanea. L’onda, giunta alla base del palo, viene parzialmente riflessa verso l’alto (riflesso di base), registrata dall’accelerometro amplificato ed inviata quindi alla centralina dove viene elaborata in forma di segnale nel dominio tempo. Si ottiene un vibrogramma dalla cui interpretazione si possono dedurre informazioni sulla lunghezza del palo e su eventuali presenze di difetti quali vespai estesi, interruzioni, ecc…

cross-hole sonico - Lo scopo di tale indagine é quello di rilevare, mediante una metodologia non distruttiva, le caratteristiche dei pali di fondazione, quali omogeneità del getto e assenza d’intrusioni di materiale estraneo nonché la lunghezza degli stessi. La tecnica di prova consiste nella generazione di un impulso di pressione in un punto del palo e nella ricezione del segnale sonico in un altro punto, rilevando il tempo di transito dello stesso; dalle caratteristiche del segnale ricevuto si ottengono informazioni sulle proprietà del materiale attraversato dalle onde ultrasoniche. Per l’esecuzione della prova nella fase di getto del palo s’inseriscono tre tubi d’acciaiodisposti a120°, legati alla gabbia d’armatura. I rilievi sonici sono eseguiti inserendo nei due tubi di ciascuna sezione, precedentemente riempiti d’acqua, la sonda sonica trasmittente in uno e la sonda sonica ricevente nell’altro; l’esecuzione delle misure avviene facendo scendere le sonde contemporaneamente dall’alto verso il basso o in risalita dal fondo palo alla sommità con movimento lento e continuo; terminata la prima sezione si passa alle altre al fine di indagare tutto il volume del palo.

georadar -  La prospezione georadar è una recente metodologia di indagine indiretta del sottosuolo. Il metodo di indagine georadar o Ground-Penetrating Radar (GPR), fa parte dei metodi geofisici non invasivi. Tale metodo è in grado di rilevare ogni tipo di discontinuità presente nei mezzi investigati (sottosuolo e strutture), sfruttando il fenomeno della riflessione delle onde elettromagnetiche; in particolare tale tecnica consente di rilevare oggetti e strutture fino a una profondità massima che può variare, in funzione della natura del mezzo e delle attrezzature impiegate, da un minimo di 2 ad oltre 10 metri. Per talune finalità il range di profondità può essere ristretto fino a pochi centimetri consentendo di ottenere risoluzioni particolarmente dettagliate. La propagazione nel mezzo delle onde elettromagnetiche emesse da un’antenna trasmittente varia al variare delle caratteristiche dielettriche dei diversi materiali attraversati, per cui la differenza dei valori delle proprietà elettriche (costante dielettrica e conducibilità elettrica) provoca riflessioni delle onde radar che vengono raccolte da un’antenna ricevente.

masw - La prova MASW, messa a punto nel 1999 da ricercatori del Kansas Geological Survey (Park et al., 1999) permette di determinare in modo dettagliato l’andamento della velocità delle onde di taglio S in funzione della profondità, attraverso lo studio della propagazione delle onde superficiali o di Rayleigh.Il metodo di indagine MASW si distingue in “attivo” e “passivo”. Nel  “metodo attivo” le onde superficiali sono prodotte da una sorgente impulsiva disposta a quota piano campagna e vengono registrate da uno stendimento lineare composto da numerosi ricevitori, posti a breve distanza (distanza intergeofonica). Nel  “metodo passivo” lo stendimento presenta le stesse caratteristiche geometriche del metodo attivo, ma i ricevitori non registrano le onde superficiali prodotte da una sorgente impulsiva, bensì il rumore di fondo (detto anche “microtremori”) prodotto da sorgenti naturali (vento) ed antropiche (traffico, attività industriali). L’analisi permette di ricostruire, per l’area in esame, l’andamento della velocità delle onde sismiche di taglio in relazione alla profondità (Vs-z). Il modello sismico monodimensionale utilizzato permette la stima delle Vs30 richieste dalla normativa vigente.

prove penetrometriche -  I sondaggi penetrometrici dinamici leggeri, rappresentano un sistema d’indagine indiretto del sottosuolo, rapido ed utile, anche se limitati arealmente in quanto puntiformi. Il sistema risulta particolarmente utile, in quanto permette di ricostruire la litostratigrafia, riconoscere la litologia dei terreni, calcolare con formule e tabelle di conversione alcuni parametri geotecnici, nonché la resistenza dinamica Rd alla punta e la capacita portante dei terreni Qad. La prova consiste nell’infissione nel terreno di una punta metallica conica, avente caratteristiche standardizzate, registrando il numero di colpi necessari per 10 cm di affondamento della punta nel terreno. Gli istogrammi ottenuti portando su un grafico il numero di colpi e l’affondamento della punta, ricavati dalle prove penetrometriche indicano la penetrazione dinamica della punta conica nel terreno. Dalla loro morfologia è possibile riconoscere la litologia del sottosuolo nelle sue linee essenziali.

sondaggi geognostici - I sondaggi geognostici, sono finalizzati alla caratterizzazione dei terreni, in particolar modo forniscono indicazioni relative alla stratigrafia del sottosuolo, con possibilità di analisi visiva diretta dei campioni estratti, e procedere alle analisi di laboratorio.

tomografia elettrica -  Con le prospezioni geoelettriche si determina il parametro fisico della resistività elettrica relativo alle formazioni che costituiscono il mezzo attraversato. La resistività è un parametro indipendente dalle caratteristiche geometriche della formazione litologica cui si riferisce ed è definito come la resistenza elettrica per unità di volume. Mediante l’utilizzo di appropriate strumentazioni si immette corrente elettrica nel terreno e si esegue una successione di misure in superficie attraverso una serie di elettrodi opportunamente posizionati e infissi nei primi cm di terreno. Le sezioni geoelettriche forniscono quindi un profilo verticale del terreno mediante una molteplicità di valori di resistività apparente riportabili su una maglia regolare di punti di misura. La sezione 2D o il modello 3D costituisce il risultato finale della procedura di inversione che, a partire dalle resistività apparenti misurate, produce una unica sezione/modello di resistività reali e pertanto individua con delle colormap, i vari tipi di terreno incontrati, la presenza di banchi rocciosi etc.

prove case -  La tecnica consiste nel provocare un rapido movimento verso il basso del palo per misurarne il moto di insieme e l’andamento delle tensioni nel materiale che lo costituisce. Le misure vengono effettuate in prossimità della testa del palo mentre la mobilizzazione del palo è attuata grazie ad una massa battente (ram), tipicamente pari in peso ad un qualche percento della resistenza ultima prevista,  la quale viene fatta cadere da un’altezza compresa tra 0,2 e 2,0 m. I dati misurati riguardano la velocità del palo (V) e la deformazione del materiale che lo costituisce (e).   Nel caso di pali battuti, l’eccitazione viene eseguita per mezzo di martelli a combustione esterna in grado di lavorare a frequenze di qualche decina di colpi al minuto. Nel caso di pali perforati e caratterizzati da valori elevati della resistenza ultima, si provvede invece a realizzare un sistema di eccitazione apposito, generalmente chiamato “maglio”, composto da un sistema di sollevamento idraulico e dalla massa battente che viene dapprima sollevata all’altezza desiderata e poi rilasciata. Nel metodo CASE si assume che il palo sia immerso in un terreno ideale, caratterizzato da un unico set di parametri meccanici e che esplica una unica reazione, il quale racchiude tutte le caratteristiche delle diverse stratigrafie effettivamente presenti.  L’analisi CapWap tiene invece conto di queste differenze arrivando a discriminare, nei segnali registrati dai sensori, variazioni di stratigrafia con la risoluzione dell’ordine dei 2 m. I risultati che è possibile ottenere con questo tipo di prove dinamiche riguardano le prestazioni del sistema palo terreno in condizioni statiche. In particolare già in campo è possibile quantificare, dopo pochi colpi impressi al palo, il valore della Capacità Portante Ultima del palo in condizioni statiche. Con analisi accurate in post elaborazione, è possibile invece ottenere la corrispondente curva portanza-cedimenti in condizioni statiche.