PROVE DI PERMEABILITÀ BOUTWELL Dott. Geol. Raffaele Isolani

SOMMARIO DELLA PRESENTAZIONE INTRODUZIONE PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL (ASTM D 6391) Strumentazione Montaggio della prova Esecuzione delle fasi di prova Elaborazione della prova Principali vantaggi e svantaggi

INTRODUZIONE LA DETERMINAZIONE DELLA PERMEABILITÀ PER TERRENI NATURALI O BARRIERE MINERALI RICOSTRUITE PUÒ ESSERE ESEGUITA MEDIANTE: PROVE DI LABORATORIO PROVE IN SITU VANTAGGI Condizioni al contorno definite e controllabili Precisa identificazione dei materiali testati Volume indagato generalmente rappresentativo Valore di permeabilità esteso Minimo disturbo dovuto al campionamento Durata e costi mediamente contenuti SVANTAGGI Volume del campione non rappresentativo Valore di permeabilità puntuale Disturbo dovuto al campionamento Durata e costi mediamente elevati Condizioni al contorno di complessa determinazione Ricorso a correlazioni empiriche e/o modelli semplificati LE PROVE IN LABORATORIO ED IN SITU SONO QUINDI COMPLEMENTARI E NON ALTERNATIVE

INTRODUZIONE IL COEFFICIENTE DI PERMEABILITÀ OTTENUTO CON PROVE DI LABORATORIO RISULTA ANCHE DI 2 ORDINI DI GRANDEZZA PIÙ BASSO RISPETTO A QUELLO OTTENUTO CON PROVE IN SITU PER QUESTO NELL’ APPLICAZIONE DI PROCEDURE DI CONTROLLO QUALITÀ SU BARRIERE MINERALI È PREFERIBILE RICORRERE A PROVE IN SITU, CHE CONSENTONO DI VERIFICARE ANCHE LA CORRETTEZZA DELLE PROCEDURE COSTRUTTIVE I PRINCIPALI TEST PER LA VERIFICA DELLA PERMEABILITÀ IN SITU SONO: Infiltrometro ad anello singolo e/o doppio aperto Infiltrometro ad anello singolo e/o doppio sigillato Infiltrometro tipo Boutwell (ASTM D 6391) Infiltrometro in pozzetto circolare (USBR 7305) LE PRINCIPALI PROBLEMATICHE PER LE PROVE AD ANELLO: Sensibili a condizioni ambientali al contorno quali temperatura, irraggiamento e pressione atmosferica. Incertezza nella determinazione del fronte umido. Misura di permeabilità nella sola componente verticale. Problematiche di tenuta della prova sul lungo periodo.

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 E’ una prova a carico variabile condotta all’interno di un pozzetto. Il principio su cui si basa consiste nel variare la geometria della superficie di filtrazione sulla stessa verticale di indagine in modo da ottenere una MISURA DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA NELLE SUE COMPONENTI VERTICALE ED ORIZZONTALE. La prova viene realizzata in due fasi distinte: FASE 1 Geometria tale da massimizzare l’effetto di kv, si determina una permeabilità apparente k1 FASE 2 Geometria tale da massimizzare l’effetto di kh, si determina una permeabilità apparente k2 I valori di permeabilità apparente k1 e k2 opportunamente combinati mediante le equazioni di Hvroslev, forniscono i valori di kv e kh

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 STRUMENTAZIONE Trivella per realizzazione foro di prova Casing in PVC ø 13 cm Apparato superiore di chiusura Materiale sigillante Sistema di alimentazione Utensili per approfondimento foro Termometro di misura TEG – Sistema di controllo termico Il TEG è un apparato di geometria e materiali identici al permeametro ma avente la parte inferiore chiusa. Viene utilizzato per correggere l’errore sui dati registrati nella buretta di misura dovuto alle variazioni termiche.

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 MONTAGGIO DELLA PROVA Esecuzione del foro di prova Alesaggio del fondo foro Posa e del casing Sigillatura del casing: Strato di bentonite in polvere attivata Strato di bentonite granulare o compattonite Malta cementizia a completamento del foro Misurazione della geometria di prova Attesa di almeno 24h prima dell’avvio della FASE 1 al fine di permettere la presa del sistema di sigillatura del casing

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 FASE 1 Posizionamento apparato superiore Posizionamento buretta Collegamento al sistema di alimentazione Avvio fase di saturazione Cicli di lettura del livello nella buretta e nel TEG La FASE 1 deve proseguire fino al raggiungimento di condizioni stazionarie di flusso

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 FASE 2 Approfondimento del foro con trivella manuale (1,5 ÷ 2,0 volte il diametro) Alesaggio del foro con utensili appropriati Misurazione della geometria di prova Inserimento del filtro in sabbia per sostegno delle pareti Posizionamento apparato superiore Posizionamento buretta Collegamento al sistema di alimentazione Avvio fase di saturazione Cicli di lettura del livello nella buretta e nel TEG Anche la FASE 2 va protratta fino al raggiungimento di condizioni stazionarie di flusso

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 MODULO DI REGISTRAZIONE DEI DATI

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 ELABORAZIONE DELLA PROVA Determinazione di k1 su ogni ciclo di lettura Determinazione di k2 su ogni ciclo di lettura Si determinano successivamente singoli valori di k1’ e k2’ come media aritmetica pesata sul tempo dei corrispettivi valori di k1 e k2 ottenuti sui vari cicli di lettura

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 ELABORAZIONE DELLA PROVA Mediante l’elaborazione proposta dalla norma ASTM D 6391 si ottengono così i valori di k1’ e k2’ che corrispondono a kv e kh solo nel caso di terreno omogeneo ed isotropo. La soluzione completa proposta inizialmente da Boutwell tiene conto del fatto che tutti i test in situ sono affetti da anisotropia, a meno di bloccare artificialmente i moti di flusso in direzione orizzontale. L’effetto che si ottiene è un incremento della permeabilità complessiva della prova di un fattore da 2 a 5 volte superiore rispetto al valore effettivo (kv). La prova Boutwell combina due procedure USRB (7300 e 7310) per la determinazione della permeabilità in situ assieme alle equazioni di Hvorslev per differenti condizioni al contorno. L’idea risiede nel realizzare le due diverse prove in situ all’interno dello stesso foro, ottenendo così due equazioni che possono essere risolte nelle due variabili kv ed m (dove m è il fattore di anisotropia dato dal rapporto

PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391 VANTAGGI SVANTAGGI Determinazione del coefficiente di permeabilità in direzione orizzontale (kh) e verticale (kv) Ridotto volume dei terreni indagati Durata del test prolungata per diversi giorni per ogni fase della prova Possibilità di misurare bassi valori del coefficiente di permeabilità fino a valori inferiori a 1x10-11 [m/s] Può essere realizzata sia su superfici piane che in scarpata Relativamente facile installazione Basso costo dei materiali di prova

PROVE DI PERMEABILITÀ BOUTWELL Dott. Geol. Raffaele Isolani