DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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DILATOMETRO SISMICO - SDMT. Cesano - Roma. 18 Novembre 2011. Reporter: D. Marchetti. www.marchetti-dmt.it. Dilatometro Sismico (SDMT). Dilatometro Piatto (DMT). Il Dilatometro piatto – DMT. TC16 (2001) "The Flat Dilatometer Test (DMT) in soil investigations" - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Reporter: D. MarchettiCesano - Roma 18 Novembre 2011

www.marchetti-dmt.it

Page 2: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Dilatometro Piatto (DMT)

Dilatometro Sismico (SDMT)

Page 3: 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

Page 4: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 5: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT - attrezzatura completa

tank

rods

p/e cableto DMT

Page 6: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT Test Setup

Page 7: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Inserimento DMT con penetrometro

Modo più efficiente: spingere con

penetrometro pesante

Page 8: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Penetrometro di spinta

Cavo fuoriesce dalle aste

Page 9: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 10: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 11: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT Working Principle

Works like electric switch (On/Off)

A

B

Page 12: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Dilatometer Test Sequence

(P0) (P1) (P2)

Page 13: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 14: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Calibration of Membrane

Use syringe and short calibration cable for performing calibration

Page 15: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT Formulae - readings

A(1° reading)

B(2° reading)

Field readings

Calibration

A & B

Corrected readings

P0(1° reading)

P1(2° reading)

Page 16: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT Formulae – Intermediate parameters

Intermediate Parameters

Id: Material Index

Corrected Readings

Po

P1 Kd: Horizontal Stress Index

Ed: Dilatometer Modulus

Page 17: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 18: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

DMT Reduction Formulae

Po and P1

Intermediate parameters

Interpreted parameters

Page 19: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 20: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Grafico principale della prova DMT

Page 21: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 22: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 23: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 24: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 25: DILATOMETRO SISMICO - SDMT
Page 26: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 27: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 28: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

SDMT – Schema di funzionamento

Page 29: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Hammer (Shear wave source)

Page 30: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 31: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Acquisizione delle onde sismiche

Page 32: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 33: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Risultati prova SDMT

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

Page 34: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 35: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 36: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

(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

Page 37: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Confronto risultati prova

SDMT con i risultati ottenuti da

altri strumenti, in siti di ricerca

internazionali

Page 38: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 39: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 40: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Nash et al., Géotechnique, June 1995, p. 173

0

5

10

15

20

Z (

m)

kPa

Cu at National Site Bothkennar – UK

Page 41: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 42: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 43: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Coutinho et al., Atlanta

ISC'98

Cu in Recife Clay – BrazilUniv. of Pernambuco Research Site 1

Page 44: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 45: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 46: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Seah and Rasheed – unpublished results

SIMILAR CONCLUSIONS for MGenerally satisfactory for everyday

practice, w/o local correlations (clay)

M in Bangkok Clay

Page 47: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 48: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

48

Fucino-Telespazio Sito di ricerca nazionale (Italy) 2004

SDMT (2004)

SCPTCross HoleSASW

AGI (1991)

Vs at National Site FUCINO – ITALY

Page 49: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 50: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Sito che ha subito liquefazione durante teremoto Loma Prieta (1989)

Feb 2008

Vs in Moss Landing – California USA

Page 51: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Ripetibilità delle misure

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

Page 52: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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’)

Page 53: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 54: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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)

Page 55: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 56: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 57: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Alcuni cantieri SDMT in Italia

Page 58: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Via Fori Imperiali Piazza Venezia

Metropolitana di Roma - Nuova Linea C

Page 59: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Palazzo Esposizioni - Roma

Page 60: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Nuovo Centro Congressi – RomaPalazzo Nuvola di Fuksas

Modello Progetto Palazzo Nuvola

Prove SDMT(Gennaio 2008)

Page 61: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

SDMT at Electrical Power Station – Ravenna

Page 63: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 64: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Alcuni cantieri SDMT all’estero

Page 65: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

SDMT alla NASA di Cape Kennedy (USA)

Via di corsa dello Shuttle Atlantis (Cape Kennedy)

Page 66: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

SDMT a Barcelona (Spain)Ferrovia Alta Velocità

Page 67: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

SDMT at Zelazny Most – PolandMonitoraggio stabilità diga

Page 68: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

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

Page 69: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Alcuni utilizzatori DMT nel mondo

Diffusione principale: Nord-America, Europa, Asia Orientale

In Crescita: Sud America e Australia

Page 70: DILATOMETRO SISMICO - SDMT

Grazie per l’attenzione