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DILATOMETRO SISMICO - SDMT
Reporter: D. MarchettiCesano - Roma 18 Novembre 2011
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
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
3
1
2
45 6
7
DMT - attrezzatura completa
tank
rods
p/e cableto 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
Battuto con tripode Spt
Battuto da sonda
Spinto da sonda Spinto o battuto da penetrometro
leggero
Spinto da mezzo su piattaforma Battuto da pontone
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.
TORPEDINEL 3 m
ASTE da 76mm
DMT Working Principle
Works like electric switch (On/Off)
A
B
Dilatometer Test Sequence
(P0) (P1) (P2)
Calibration of Membrane
The natural membrane position is between A and B
B
freeA
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
Calibration of Membrane
Use syringe and short calibration cable for performing calibration
DMT Formulae - readings
A(1° reading)
B(2° reading)
Field readings
Calibration
A & B
Corrected readings
P0(1° reading)
P1(2° reading)
DMT Formulae – Intermediate parameters
Intermediate Parameters
Id: Material Index
Corrected Readings
Po
P1 Kd: Horizontal Stress Index
Ed: Dilatometer Modulus
DMT Formulae – Interpreted parameters
IntermediateParameters
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
I )EQUATION OF THE LINES:
SOIL DESCRIPTION
0.6
Material Index
If PI>50, reduce by 0.1
D
Dil
a to m
e te r
Mo d
u lu s
0.1
and/or
PEAT5
MUD1210
20
50
( )1.5
0.2 0.5
MUD
A
B
C
0.33
1.6
1.8
1.7
1000
(bar
)E
100
200
D
500
2000
D
0.585
0.6570.694
CLAY
2.05
DC
AB 0.621
m
1.9
SILTY
2.0132.2892.564
1.737n
E =10(n+m log
3.3
1.7
1
I2
D
0.8 1.2
1.6
1.7
1.8
5
SAND
2
1.8
1.9
2.15
1.95
1.8
2.1
SILT
CL
AY
EY
SILTY
SA
ND
Y
D
and ESTIMATED w
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:
came natural (apart theory) define ID as a "vicinity ratio"
p1
CLAYpp
0
ID =(p0 - u0)(p1 - p0)
SAND
p0
p1
p
Prova di Dissipazione in argille e limi
Time (min)
σ h
(kP
a)
È possibile stimare il coefficente di consolidazione e di permeabilità orizzontale (ch , kh)
Argille e Limi(non eseguibile in limi sabbiosi, sabbie e ghiaie)
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
• 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 = 0.5 - 400 MPa
• 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
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
Main SDMT Publications
Internet: www.marchetti-dmt.it
SDMT – Schema di funzionamento
Hammer (Shear wave source)
Calcolo automatico del ritardo Δt
Algoritmo di Cross-correlazione
traslare il segnale rosso all’indietro verso il segnale blu, finché non si ottiene la migliore sovrapposizione
Δt = ritardo arrivo impulso
Acquisizione delle onde sismiche
Caratteristiche SDMTSDMT
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 dall’operatore• ottenuta in tempo reale
• Tempi di esecuzione rapidi• no foro• no attesa cementazione
Risultati prova SDMT
SDMT same-depth values of MDMT and GoSDMT (=f[Vs])
Modulo di taglio massimo (da Vs)
GO= ρ Vs2
HARA (1973) YOKOTA et al. (1981) TATSUOKA (1977) SEED & IDRISS (1970) ATHANASOPOULOS (1995) CARRUBBA & MAUGERI (1988)
0.05 to 0.1%
HARA (1973) YOKOTA et al. (1981) TATSUOKA (1977) SEED & IDRISS (1970) ATHANASOPOULOS (1995) CARRUBBA & MAUGERI (1988)
0.05 – 0.1 %
Maugeri (1995)
Mayne (2001)Ishihara (2001)
low GO/M
high GO/M
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.
SDMT in terreni non-penetrabili
Il tratto percorso in sabbia è di lunghezza simile
(solo Vs nei fori riempiti di sabbia - no dati DMT!)36
Vs – normale penetrazioneVs – in foro riempito di sabbia (Totani)
In terreno penetrabile
entrambe procedure
possibili
risultati coincidenti
Validazione
Confronto risultati prova
SDMT con i risultati ottenuti da
altri strumenti, in siti di ricerca
internazionali
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
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
Nash et al., Géotechnique, June 1995, p. 173
0
5
10
15
20
Z (
m)
kPa
Cu at National Site Bothkennar – UK
Note the various Nc for CPT(U)
A.G.I., 10th ECSMFE Firenze 1991Vol. 1, p. 37
Z (
m)
kPa
Cu at National Site FUCINO – ITALY
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 2 Malaysian Clays
Coutinho et al., Atlanta
ISC'98
Cu in Recife Clay – BrazilUniv. of Pernambuco Research Site 1
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 ONSOY Clay – NORWAY
Geotechnical Research CenterKiso-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
Seah and Rasheed – unpublished results
SIMILAR CONCLUSIONS for MGenerally satisfactory for everyday
practice, w/o local correlations (clay)
M in Bangkok Clay
M at Sunshine Skyway BridgeTampa Bay – Florida
da prove DMT: M 200 MPa (circa 1000 prove DMT)da prove di laboratorio: M 50 MPadai cedimenti osservati: M 240 Mpa DMT buona stima del modulo edometrico
World record span for cablestayed post-tensioned concretebox girder concrete construction
(Schmertmann – Asce Civil Engineering – March 1988)
48
Fucino-Telespazio Sito di ricerca nazionale (Italy) 2004
SDMT (2004)
SCPTCross HoleSASW
AGI (1991)
Vs at National Site FUCINO – ITALY
Bothkennar (UK)
Treporti-Venezia (Italy)
Zelazny Most (Poland)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 100 200 300 400Vs (m/s)
Z (
m)
SDMT P.I.
SDMT T.I.
SCPT P.I.
SDMT pseudo-interval SDMT true-interval SCPTU pseudo-interval
Młynarek et al.(2006)McGillivray & Mayne
(2004)
Hepton (1988)
49
Vs in UK-Italy-Poland
Sito che ha subito liquefazione durante teremoto Loma Prieta (1989)
Feb 2008
Vs in Moss Landing – California USA
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
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
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 SDMTpp. 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
Via Fori Imperiali Piazza Venezia
Metropolitana di Roma - Nuova Linea C
Palazzo Esposizioni - Roma
Nuovo Centro Congressi – RomaPalazzo Nuvola di Fuksas
Modello Progetto Palazzo Nuvola
Prove SDMT(Gennaio 2008)
SDMT at Electrical Power Station – Ravenna
Alcuni siti SDMT in ItaliaCostumer/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 2008
Società per CONDOTTE d'Acqua Nuovo Centro Congressi - Nuvola Fuksas EUR - Roma 2008
METRO C Società di Progetto Metro C Tratta T3 P.zza Venezia - Colosseo (Roma) 2008
Cantiere Navale Beconcini (prove in mare) Indagine Pali Pontile La Spezia 2008
Regione Abruzzo Ricerca Microzonazione Sismica Villa Comunale - Sulmona (AQ) 2007
Autorità Bacino Fiume Tevere Indagine Argini Fiume Tevere Fiumicino-Magliana-Flaminio (RM) 2007
Università del Sannio Acquedotto Montescaglioso - Ginosa Matera 2006
Subsoil S.r.l. Reggio Emilia (prove in mare) Nuova Piastra Multifunzionale Vado Ligure (SV) 2006
Progetto S3 Task 3 UR8 Scuola F. Jovine - S.Giuliano di Puglia S.Giuliano di Puglia (CB) 2006
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 2005
Land Service Scrl - Bolzano Centrale Elettrica ENI POWER Ravenna 2005
Comune di Roma Palazzo Delle Esposizioni Roma 2005
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 2004
Universita' di Catania - Prof. Maugeri STMicroelectronics (M6) Catania 2004
Astaldi - stazione di Bologna TAV - Treni Alta Velocità Bologna 2004
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 – PolandMonitoraggio 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 2008
University College Dublin Limerick Tunnel Project Dublin - Ireland 2008
IGEOTEST SL (nearshore site) Muelle Prat Barcelona - Spain 2007
University of Poznan Chlebowo Torfy Grobla - Poland 2007
II° International Conference on DMT Forestville - Washington Washington - USA 2006
Universidad Politécnica de Cataluña Airport in Barcelona Barcelona - Spain 2006
Universidad Politécnica de Cataluña Subway in Hospitalet Barcelona - Spain 2006
HEBO Ltd Zelazny Most Dam Lubin - Poland 2005
GCT@ALPHA BVBA Doel - Deurganckdok Antwerp - Belgium 2005
Alcuni utilizzatori DMT nel mondo
Diffusione principale: Nord-America, Europa, Asia Orientale
In Crescita: Sud America e Australia
Grazie per l’attenzione