DILATOMETRO SISMICO - SDMT Cesano - Roma 18 Novembre 2011 Reporter: D. Marchetti www.marchetti-dmt.it

Dilatometro Piatto (DMT) Dilatometro Sismico (SDMT)

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: www.marchetti-dmt.it

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

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

DMT Test Setup

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

Penetrometro di spinta Cavo fuoriesce dalle aste

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

Metodo Sonda con Torpedine ASTE da 76mm TORPEDINE L  3 m 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.

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

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

Calibration of Membrane Membrane has non-zero rigidity 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)

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

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

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

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

DMT Reduction Formulae Po and P1 Intermediate parameters Interpreted parameters

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)

Grafico principale della prova DMT

ID – Material Index (Soil Type) Performing DMTs, immediate notice that: p 1 CLAY SAND p 1  came natural (apart theory) define ID as a "vicinity ratio" ID = (p0 - u0) (p1 - p0)

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

Lettura C (in sabbie): misura pressione dell’acqua 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)

Terreni adeguati per la prova DMT 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 = 0.5 - 400 MPa Molto robusto, può essere spinto in roccia tenera (spinta max 25 ton) Penetra velocemente e facilmente anche in terreni consistenti, purché spinta sufficiente (i.e. camion 20 ton)

Il Dilatometro Sismico – SDMT First SDMT in 1988 Hepton: “Shear wave velocity measurements during penetration testing”. Proc. Penetration Testing in the UK, ICE, 275-278 Improved in 1997-1998 at Georgia Tech, Atlanta, USA (Martin & Mayne 1997-1999)

Background and References Main SDMT Publications 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”, ISC’3 Taipei 2008, 6 pp Internet: www.marchetti-dmt.it

SDMT – Schema di funzionamento

Hammer (Shear wave source)

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

Acquisizione delle onde sismiche

Caratteristiche SDMT SDMT Interpretazione di Vs automatica indipendente dall’operatore ottenuta in tempo reale 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 Tempi di esecuzione rapidi no foro no attesa cementazione

SDMT  same-depth values of MDMT and GoSDMT (=f[Vs]) Risultati prova SDMT SDMT  same-depth values of MDMT and GoSDMT (=f[Vs])

Modulo di taglio massimo (da Vs) GO= ρ Vs2 Mayne (2001) Ishihara (2001) low GO/M high GO/M

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

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

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

Cu in Tokyo Bay Clay – Japan 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 at Skeena Ontario – Canada DMT and Field Vane 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 National Site Bothkennar – UK 5 10 15 20 Z (m) kPa Nash et al., Géotechnique, June 1995, p. 173

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

Cu in 2 Malaysian Clays DMT and Field Vane Wong, J.T.F. & Dobie, M.J.D. 1990. Marchetti Dilatometer: Interpretation in Malaysian Alluvial Clays. Seminar on Geotechn. Aspects of the North-South Expressway, 5-6th Nov, pp. 87-96.

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

M in ONSOY Clay – NORWAY Norwegian Geotechnical Institute (1986). "In Situ Site Investigation Techniques and interpretation for offshore practice". Report 40019-28 by S. Lacasse, Fig. 16a, 8 Sept 86

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

M at Sunshine Skyway Bridge Tampa Bay – Florida (Schmertmann – Asce Civil Engineering – March 1988) World record span for cable stayed post-tensioned concrete box girder concrete construction 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

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

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

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

Ripetibilità delle misure Grafico di 3 prove eseguite a poche decine di metri l’una dall’altra

Risultati indipendenti dall’operatore ? 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 L’operatore non può influire sulla registrazione dell’onda (solo errori grossolani) L’interpretazione di Vs è automatizzata (nessuna scelta del ‘primo arrivo’)

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)

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)

Esecuzione SDMT: Limiti / Flessibilità 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

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 D6635-01, 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. 391-397, Prova SDMT pp. 397-405 Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici (2008) "Istruzioni per l'applicazione Norme Tecniche per le Costruzioni". Bozza 7.3.09

Alcuni cantieri SDMT in Italia

Metropolitana di Roma - Nuova Linea C Via Fori Imperiali Piazza Venezia

Palazzo Esposizioni - Roma

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

SDMT at Electrical Power Station – Ravenna

Fontana 99 cannelle – piazza San Vito (AQ)

Alcuni siti SDMT in Italia Costumer/Consultant Job Site Date Honda & Comune di Mozzagrogna (CH) Nuovo Circuito Auto-Moto Mozzagrogna-Lanciano (CH) 2009 Autorità Portuale Di Genova (prove in mare) Nuovo Terminal Contenitori Calata Bettolo - Genova 2008 Autorita' Portuale di Salerno (prove in mare) Ampliamento Banchine Molo Trapezio Salerno Società per CONDOTTE d'Acqua Nuovo Centro Congressi - Nuvola Fuksas EUR - Roma METRO C Società di Progetto Metro C Tratta T3 P.zza Venezia - Colosseo (Roma) Cantiere Navale Beconcini (prove in mare) Indagine Pali Pontile La Spezia Regione Abruzzo Ricerca Microzonazione Sismica Villa Comunale - Sulmona (AQ) 2007 Autorità Bacino Fiume Tevere Indagine Argini Fiume Tevere Fiumicino-Magliana-Flaminio (RM) Università del Sannio Acquedotto Montescaglioso - Ginosa Matera 2006 Subsoil S.r.l. Reggio Emilia (prove in mare) Nuova Piastra Multifunzionale Vado Ligure (SV) Progetto S3 Task 3 UR8 Scuola F. Jovine - S.Giuliano di Puglia S.Giuliano di Puglia (CB) Società per Condotte d'Acqua S.p.a. - Roma FFSS - Stazione Sotterranea Bologna Cantiere Zanardi - Bologna 2005 Consorzio Venezia Nuova Progetto Mose Bocca di Malamocco - Venezia Land Service Scrl - Bolzano Centrale Elettrica ENI POWER Ravenna Comune di Roma Palazzo Delle Esposizioni Roma Vianini Lavori S.p.A. - Roma Sistema Ferrov. Alta Velocità Aquino (FR) 2004 Università di Napoli Federico II - Prof. Vinale Diga Camastra - Nucleo Diga Albano Scalo - Potenza Universita' di Catania - Prof. Maugeri STMicroelectronics (M6) Catania Astaldi - stazione di Bologna TAV - Treni Alta Velocità Bologna

Alcuni cantieri SDMT all’estero

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

SDMT a Barcelona (Spain) Ferrovia Alta Velocità

SDMT at Zelazny Most – Poland Monitoraggio stabilità diga

Alcuni siti SDMT all’estero Costumer/Consultant Job Site Date NASA - Cape Kennedy Space Center Crawlerway for Shuttle Atlantis Florida - USA 2008 Gregg Drilling & Testing California Loma Prieta Earthquake Research San Andreas Fault - USA University College Dublin Limerick Tunnel Project Dublin - Ireland IGEOTEST SL (nearshore site) Muelle Prat Barcelona - Spain 2007 University of Poznan Chlebowo Torfy Grobla - Poland II° International Conference on DMT Forestville - Washington Washington - USA 2006 Universidad Politécnica de Cataluña Airport in Barcelona Subway in Hospitalet HEBO Ltd Zelazny Most Dam Lubin - Poland 2005 GCT@ALPHA BVBA Doel - Deurganckdok Antwerp - Belgium

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

Grazie per l’attenzione