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DILATOMETRO SISMICO - SDMT Reporter: D. Marchetti Cesano - Roma18 Novembre 2011 www.marchetti-dmt.it.

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1 DILATOMETRO SISMICO - SDMT Reporter: D. Marchetti Cesano - Roma18 Novembre 2011

2 Dilatometro Piatto (DMT) Dilatometro Sismico (SDMT)

3 Il Dilatometro piatto – DMT TC16 (2001) "The Flat Dilatometer Test (DMT) in soil investigations" Report by the ISSMGE Committee TC16 – comprehensive document incorporating all the most important information on DMT (procedure, interpretation, applications) DMT on the Internet: Key papers on the DMT can be downloaded from the bibliographic site:

4 DMT – Schema di funzionamento La misura viene effettuata a strumentazione ferma (ogni 20cm) 1.Lama DMT 2.Aste di spinta (i.e. CPT) 3.Forza di penetrazione (spinta o battuta) 4.Cavo pneumatico - elettrico 5.Centralina DMT 6.Cavo pneumatico 7.Bombola (azoto o aria compressa) P0 press. inizio espansione membrana P1 press. per espansione 1.1 mm

5 DMT - attrezzatura completa tank rods p/e cable to DMT

6 DMT Test Setup

7 Inserimento DMT con penetrometro Modo più efficiente: spingere con penetrometro pesante

8 Penetrometro di spinta Cavo fuoriesce dalle aste

9 Metodi alternativi di inserimento DMT Battuto con tripode Spt Battuto da sonda Spinto da sonda Spinto o battuto da penetrometro leggero Spinto da mezzo su piattaforma Battuto da pontone

10 Metodo Sonda con Torpedine La Torpedine (pre-assemblata ad inizio prova) viene collegata alle aste da 76 mm. Il cavo fuoriesce dall'asola, passa attraverso una fessura nell'anello allargatore e viene nastrato alle aste. Aste e torpedine vengono calate a fondo foro. TORPEDINE L 3 m ASTE da 76mm

11 DMT Working Principle Works like electric switch (On/Off) A B

12 Dilatometer Test Sequence (P0)(P1)(P2)

13 Calibration of Membrane The natural membrane position is between A and B B free A Definitions: A = external pressure which must be applied to the membrane in free air to collapse it against its seating (i.e. A- position) B = internal pressure which in free air lifts the membrane center 1.1 mm from its seating (i.e. B-position) Membrane has non-zero rigidity

14 Calibration of Membrane Use syringe and short calibration cable for performing calibration

15 DMT Formulae - readings A (1° reading) B (2° reading) Field readings Calibration A & B Corrected readings P0 (1° reading) P1 (2° reading)

16 DMT Formulae – Intermediate parameters Intermediate Parameters Id: Material Index Corrected Readings Po P1 Kd: Horizontal Stress Index Ed: Dilatometer Modulus

17 DMT Formulae – Interpreted parameters Intermediate Parameters Id Kd Ed Interpreted Parameters M: Constrained Modulus Cu: Undrained Shear Strength Ko: Earth Pressure Coeff (clay) OCR: Overconsolidation ratio (clay) : Safe floor friction angle (sand) : Unit weight and description

18 DMT Reduction Formulae Po and P1 Intermediate parameters Interpreted parameters

19 Chart for Soil Description – Unit Weight Fig. 16 – TC16 Report (Marchetti & Crapps 1981) Used to construct an approximate profile of σ' vo (needed in the elaboration)

20 Grafico principale della prova DMT

21 I D – Material Index (Soil Type) Performing DMTs, immediate notice that: came natural (apart theory) define I D as a "vicinity ratio" p 1 CLAY p p 0 ID =ID = (p 0 - u 0 ) (p 1 - p 0 ) SAND p 0 p 1 p

22 Prova di Dissipazione in argille e limi Time (min) σ h (kPa) È possibile stimare il coefficente di consolidazione e di permeabilità orizzontale (c h, k h ) Argille e Limi (non eseguibile in limi sabbiosi, sabbie e ghiaie)

23 Lettura C (in sabbie): misura pressione dellacqua in SABBIA C Uo misura di Uo ( piezometro) in ARGILLA C > Uo evidenzia u (i.e. non drenante) Schmertmann 1988 (DMT Digest No. 10, May 1988, Fig. 3)

24 Terreni adeguati per la prova DMT Molto robusto, può essere spinto in roccia tenera (spinta max 25 ton) Argilla, Limo e Sabbia (grani sono piccoli rispetto alla membrana D=60 mm). Passa in tratti ghiaiosi (strato 0.5 m). Argille: Cu = 2-4 kPa - 1 MPa (marne) Moduli: M = MPa Penetra velocemente e facilmente anche in terreni consistenti, purché spinta sufficiente (i.e. camion 20 ton)

25

26 Il Dilatometro Sismico – SDMT First SDMT in 1988 Hepton: Shear wave velocity measurements during penetration testing. Proc. Penetration Testing in the UK, ICE, Improved in at Georgia Tech, Atlanta, USA (Martin & Mayne )

27 Background and References S. Marchetti et al., In Situ Tests by Seismic Dilatometer (SDMT), ASCE Geotechnical Special Publication, Book honoring Dr. Schmertmann 2008, 20 pp D. Marchetti et al., Experience with Seismic Dilatometer (SDMT) in various soil types, ISC3 Taipei 2008, 6 pp Main SDMT Publications Internet:

28 SDMT – Schema di funzionamento

29 Hammer (Shear wave source)

30 Calcolo automatico del ritardo Δt Algoritmo di Cross-correlazione traslare il segnale rosso allindietro verso il segnale blu, finché non si ottiene la migliore sovrapposizione Δt = ritardo arrivo impulso

31 Acquisizione delle onde sismiche

32 Caratteristiche SDMT SDMT Accuratezza (ritardo Δt) true-interval (2 ricevitori invece che 1) Stessa onda arriva ad entrambi i sensori Trigger non influenza Δt Segnali amplificati e digitalizzati in profondità onde pulite ritardo Δt ben condizionato Interpretazione di Vs automatica indipendente dalloperatore ottenuta in tempo reale Tempi di esecuzione rapidi no foro no attesa cementazione

33 Risultati prova SDMT SDMT same-depth values of M DMT and Go SDMT (=f[Vs])

34 Modulo di taglio massimo (da Vs) G O = ρ Vs 2 Mayne (2001) Ishihara (2001) low G O /M high G O /M

35 Totani (2009) : misure SDMT in preforo riempito di sabbia La possibilità di questa metodologia discende dal fatto che: Il percorso dellonda di taglio dalla superficie al ricevitore superiore e inferiore include un breve tratto nel riempimento sabbioso, di lunghezza molto simile per entrambi i ricevitori. SDMT in terreni non-penetrabili Il tratto percorso in sabbia è di lunghezza simile

36 (solo Vs nei fori riempiti di sabbia - no dati DMT!) 36 Vs – normale penetrazione Vs – in foro riempito di sabbia (Totani) In terreno penetrabile entrambe procedure possibili risultati coincidenti Validazione

37 Confronto risultati prova SDMT con i risultati ottenuti da altri strumenti, in siti di ricerca internazionali

38 Geotechnical Research Center Kiso-Jiban Consultants Co., Tokyo Iwasaki K., Tsuchiya H., Sakai Y., Yamamoto Y. (1991). "Applicability of the Marchetti Dilatometer Test to Soft Ground in Japan", GEOCOAST '91, Sept. 1991, Yokohama 1/6 Cu in Tokyo Bay Clay – Japan

39 Mekechuk J. (1983). "DMT Use on C.N. Rail Line British Columbia", First Int.Conf. on the Flat Dilatometer, Edmonton, Canada, Feb 83, 50 Cu at Skeena Ontario – Canada DMT and Field Vane

40 Nash et al., Géotechnique, June 1995, p Z (m) kPa Cu at National Site Bothkennar – UK

41 Note the various Nc for CPT(U) A.G.I., 10th ECSMFE Firenze 1991 Vol. 1, p. 37 Z (m) kPa Cu at National Site FUCINO – ITALY

42 DMT and Field Vane Wong, J.T.F. & Dobie, M.J.D Marchetti Dilatometer: Interpretation in Malaysian Alluvial Clays. Seminar on Geotechn. Aspects of the North-South Expressway, 5-6th Nov, pp Cu in 2 Malaysian Clays

43 Coutinho et al., Atlanta ISC'98 Cu in Recife Clay – Brazil Univ. of Pernambuco Research Site 1

44 Norwegian Geotechnical Institute (1986). "In Situ Site Investigation Techniques and interpretation for offshore practice". Report by S. Lacasse, Fig. 16a, 8 Sept 86 M in ONSOY Clay – NORWAY

45 Geotechnical Research Center Kiso-Jiban Consultants Co., Tokyo Iwasaki K, Tsuchiya H., Sakai Y., Yamamoto Y. (1991) "Applicability of the Marchetti Dilatometer Test to Soft Ground in Japan", GEOCOAST '91, Sept. 1991, Yokohama 1/6 M in Tokyo Bay Clay - JAPAN

46 Seah and Rasheed – unpublished results SIMILAR CONCLUSIONS for M Generally satisfactory for everyday practice, w/o local correlations (clay) M in Bangkok Clay

47 M at Sunshine Skyway Bridge Tampa Bay – Florida da prove DMT: M 200 MPa (circa 1000 prove DMT) da prove di laboratorio: M 50 MPa dai cedimenti osservati: M 240 Mpa DMT buona stima del modulo edometrico World record span for cable stayed post-tensioned concrete box girder concrete construction (Schmertmann – Asce Civil Engineering – March 1988)

48 48 Fucino-Telespazio Sito di ricerca nazionale (Italy) 2004 SDMT (2004) SCPT Cross Hole SASW AGI (1991) Vs at National Site FUCINO – ITALY

49 Bothkennar (UK) Treporti-Venezia (Italy) Zelazny Most (Poland) Młynarek et al. (2006) McGillivray & Mayne (2004) Hepton (1988) 49 Vs in UK-Italy-Poland

50 Sito che ha subito liquefazione durante teremoto Loma Prieta (1989) Feb 2008 Vs in Moss Landing – California USA

51 Ripetibilità delle misure Grafico di 3 prove eseguite a poche decine di metri luna dallaltra

52 Risultati indipendenti dalloperatore ? DMT –Funziona come uno switch ON-OFF (nessun componente elettronico) –Solo due letture di pressione ad ogni profondità (step 20 cm) –Misure possibili senza PC (carta e penna) Misure Sismiche –Loperatore non può influire sulla registrazione dellonda (solo errori grossolani) –Linterpretazione di Vs è automatizzata (nessuna scelta del primo arrivo)

53 Tempi (Costi) Velocità di esecuzione (a regime) –DMT: 10 m / ora –SDMT: 8 m / ora –Misure solo sismiche in preforo: 12 m / ora Risultati già disponibili durante la prova Prova Sismica molto rapida in terreni penetrabili (no foro)

54 Prova DMT: Limiti / Flessibilità Limiti della prova – No misure in roccia – No misure per granulometrie ghiaia Flessibilità – Adeguato e rapido in qualsiasi terreno di argilla- limo-sabbia – Utilizzabile in condizioni ostili di cantiere (sistema puramente meccanico) – Metodo di avanzamento ininfluente sui risultati (no velocità costante)

55 Esecuzione SDMT: Limiti / Flessibilità Limiti – profondità massima (ad oggi 130 m) Flessibilità – Non serve foro in terreno penetrabile (rapido) – Eseguibile anche in terreno non-penetrabile (foro riempito di sabbia) – Eseguibile in mare

56 Standards & Normative EUROCODE 7 (1997). Standard Test Method, European Committee for Standardization, Part 3: Design Assisted by Field Testing, Section 9: Flat Dilatometer Test (DMT), 9 pp. ASTM (2002). Standard Test Method D , American Society for Testing and Materials. The standard test method for performing the Flat Dilatometer Test (DMT), 14 pp. TC16 (1997). The DMT in soil Investigations, a report by the ISSMGE Technical Committee tc16 on Ground Property, Characterization from in-situ testing, 41 pp. Protezione Civile - Gruppo di Lavoro (2008) "Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica" Prova DMT pp , Prova SDMT pp Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (2008) "Istruzioni per l'applicazione Norme Tecniche per le Costruzioni". Bozza

57 Alcuni cantieri SDMT in Italia

58 Via Fori ImperialiPiazza Venezia Metropolitana di Roma - Nuova Linea C

59 Palazzo Esposizioni - Roma

60 Nuovo Centro Congressi – Roma Palazzo Nuvola di Fuksas Modello Progetto Palazzo Nuvola Prove SDMT (Gennaio 2008)

61 SDMT at Electrical Power Station – Ravenna

62 Fontana 99 cannelle – piazza San Vito (AQ)

63 Alcuni siti SDMT in Italia Costumer/ConsultantJobSiteDate Honda & Comune di Mozzagrogna (CH)Nuovo Circuito Auto-MotoMozzagrogna-Lanciano (CH)2009 Autorità Portuale Di Genova (prove in mare)Nuovo Terminal ContenitoriCalata Bettolo - Genova2008 Autorita' Portuale di Salerno (prove in mare)Ampliamento Banchine Molo TrapezioSalerno2008 Società per CONDOTTE d'AcquaNuovo Centro Congressi - Nuvola FuksasEUR - Roma2008 METRO C Società di ProgettoMetro C Tratta T3P.zza Venezia - Colosseo (Roma)2008 Cantiere Navale Beconcini (prove in mare)Indagine Pali PontileLa Spezia2008 Regione AbruzzoRicerca Microzonazione SismicaVilla Comunale - Sulmona (AQ)2007 Autorità Bacino Fiume TevereIndagine Argini Fiume TevereFiumicino-Magliana-Flaminio (RM)2007 Università del SannioAcquedotto Montescaglioso - GinosaMatera2006 Subsoil S.r.l. Reggio Emilia (prove in mare)Nuova Piastra MultifunzionaleVado Ligure (SV)2006 Progetto S3 Task 3 UR8Scuola F. Jovine - S.Giuliano di PugliaS.Giuliano di Puglia (CB)2006 Società per Condotte d'Acqua S.p.a. - RomaFFSS - Stazione Sotterranea BolognaCantiere Zanardi - Bologna2005 Consorzio Venezia NuovaProgetto MoseBocca di Malamocco - Venezia2005 Land Service Scrl - BolzanoCentrale Elettrica ENI POWERRavenna2005 Comune di RomaPalazzo Delle EsposizioniRoma2005 Vianini Lavori S.p.A. - RomaSistema Ferrov. Alta VelocitàAquino (FR)2004 Università di Napoli Federico II - Prof. VinaleDiga Camastra - Nucleo DigaAlbano Scalo - Potenza2004 Universita' di Catania - Prof. MaugeriSTMicroelectronics (M6)Catania2004 Astaldi - stazione di BolognaTAV - Treni Alta VelocitàBologna2004

64 Alcuni cantieri SDMT allestero

65 SDMT alla NASA di Cape Kennedy (USA) Via di corsa dello Shuttle Atlantis (Cape Kennedy)

66 SDMT a Barcelona (Spain) Ferrovia Alta Velocità

67 SDMT at Zelazny Most – Poland Monitoraggio stabilità diga

68 Alcuni siti SDMT allestero Costumer/ConsultantJobSiteDate NASA - Cape Kennedy Space CenterCrawlerway for Shuttle AtlantisFlorida - USA2008 Gregg Drilling & Testing CaliforniaLoma Prieta Earthquake ResearchSan Andreas Fault - USA2008 University College DublinLimerick Tunnel ProjectDublin - Ireland2008 IGEOTEST SL (nearshore site)Muelle PratBarcelona - Spain2007 University of PoznanChlebowo TorfyGrobla - Poland2007 II° International Conference on DMTForestville - WashingtonWashington - USA2006 Universidad Politécnica de CataluñaAirport in BarcelonaBarcelona - Spain2006 Universidad Politécnica de CataluñaSubway in HospitaletBarcelona - Spain2006 HEBO LtdZelazny Most DamLubin - Poland2005 BVBADoel - DeurganckdokAntwerp - Belgium2005

69 Alcuni utilizzatori DMT nel mondo Diffusione principale: Nord-America, Europa, Asia Orientale In Crescita: Sud America e Australia

70 Grazie per lattenzione


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