DILATOMETRO SISMICO - SDMT
Cesano - Roma
18 Novembre 2011
www.marchetti-dmt.it
Reporter: D. Marchetti
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
3
4
5
1. Lama DMT
6
2. Aste di spinta (i.e. CPT)
7
3. Forza di penetrazione (spinta o
battuta)
4. Cavo pneumatico - elettrico
5. Centralina DMT
2
6. Cavo pneumatico
7. Bombola (azoto o aria compressa)
1
P0 press. inizio espansione membrana
P1 press. per espansione 1.1 mm
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
Battuto con tripode Spt
Battuto da sonda
Spinto da sonda
Spinto da mezzo su piattaforma
Spinto o battuto
da penetrometro leggero
Battuto da pontone
Metodo Sonda con Torpedine
ASTE da 76mm
TORPEDINE
L3m
• 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. Aposition)
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
Field readings
Corrected readings
A
(1° reading)
P0
(1° reading)
B
(2° reading)
Calibration
A & B
P1
(2° reading)
DMT Formulae – Intermediate parameters
Corrected Readings
Po
Intermediate Parameters
Id: Material Index
Ed: Dilatometer Modulus
P1
Kd: Horizontal Stress Index
DMT Formulae – Interpreted parameters
Intermediate
Parameters
Interpreted Parameters
M: Constrained Modulus
Id
Cu: Undrained Shear Strength
Ko: Earth Pressure Coeff (clay)
Ed
OCR: Overconsolidation ratio (clay)
Kd
: 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 
SOIL DESCRIPTION
and ESTIMATED w
2000
SAND
EQUATION OF THE LINES:
500
n
1.737
2.013
2.289
2.564
100
50
1.8
1.8
1.8
1.7
1.7
1.7
1.6
1
5
D
Fig. 16 – TC16 Report
(Marchetti & Crapps 1981)
Used to construct an
approximate profile of σ'vo
(needed in the elaboration)
1.6
A
0.33
MUD
1.5
5
0.1
2
1.9
SILTY
1.9
C
2.1
SILTY
5
2.1
.95
2.0
B
12
10
SILT
SANDY
m
0.585
0.621
0.657
0.694
200
and/or
PEAT
A
B
C
D
CLAY
20
MUD
ED =10
CLAYEY
Dilatometer Modulus ED (bar)
1000
(n+m log ID )
0.2
0.8
1.2
0.6
3.3
1.8
( ) If PI>50, reduce  by 0.1
0.5
1
2
Material Index I D
5
Grafico principale della prova DMT
ID – Material Index (Soil Type)
Performing DMTs, immediate notice that:
CLAY
p0
SAND
p
p1
p0
p1
p
 came natural (apart theory) define ID as a "vicinity ratio"
ID =
(p1 - p0)
(p0 - u0)
σ h (kPa)
Prova di Dissipazione in argille e limi
Time (min)
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
SDMT
Caratteristiche 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
Risultati prova SDMT
SDMT  same-depth values of MDMT and GoSDMT (=f[Vs])
Modulo di taglio massimo (da Vs)
GO= ρ Vs2
low GO/M
Maugeri (1995)
HARA (1973)
YOKOTA et al. (1981)
TATSUOKA (1977)
high GO/M
SEED & IDRISS (1970)
ATHANASOPOULOS (1995)
CARRUBBA & MAUGERI (1988)
0.05
0.05to
– 0.1
0.1%
%
Mayne (2001)
Ishihara (2001)
SDMT in terreni non-penetrabili
Totani (2009) : misure SDMT in preforo riempito di sabbia
La possibilità di questa metodologia
discende dal fatto che:
Il tratto
percorso in
sabbia è di
lunghezza
simile
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.
Validazione
Vs – normale penetrazione
Vs – in foro riempito di sabbia (Totani)
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
kPa
0
Z (m)
5
10
15
20
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
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
Vs in UK-Italy-Poland
Bothkennar
(UK)
Treporti-Venezia
(Italy)
Zelazny Most
(Poland)
Vs (m/s)
0
100
200
300
400
0
5
10
Z (m)
15
SDMT P.I.
SDMT
pseudo-interval
SDMT T.I. true-interval
SDMT
SCPT P.I.
SCPTU
pseudo-interval
20
25
30
35
Hepton
(1988)
40
McGillivray & Mayne
(2004)
Młynarek et al.
(2006)
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 argillalimo-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 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
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 – 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
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