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:
SVANTAGGI
VANTAGGI
PROVE DI LABORATORIO
PROVE IN SITU
• 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
• 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:
1. Sensibili a condizioni ambientali al contorno quali
temperatura, irraggiamento e pressione atmosferica.
2. Incertezza nella determinazione del fronte umido.
3. Misura di permeabilità nella sola componente verticale.
4. 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:
o Strato di bentonite in polvere
attivata
o Strato di bentonite granulare o
compattonite
o 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
H 
ln  1' 
H
k1  RT  G1   2 
t 2  t1
  d2  
 D 
  1  a   1 
G1  
 11 D1  
 4  b1 
Determinazione di k2 su ogni
ciclo di lettura
H 
ln  1' 
H
k 2  RT  G2   2 
t 2  t1
 d2 
  G3
G2  
16

L

F


G3  2  ln G4   a  ln G5 
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
 t  k 

t
i
'
1
k
1,i
i
i
i
 t  k 

t
i
k
'
2
2 ,i
i
i
i
2
L  L 
G4   1    
D   D  
G5 
1/ 2
2
 b2 L    b2 L  
4 D  D   1   4 D  D  


2
 b2 L    b2 L  
4


1

4

 D D    D D  


L

F  1  0,5623  Exp  1,566  
D

1/ 2
1/ 2
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
m2 
kh
kv
PROVE DI PERMEABILITÀ IN SITU
INFILTROMETRO TIPO BOUTWELL - ASTM D 6391
VANTAGGI
• Determinazione del coefficiente di
permeabilità in direzione orizzontale
(kh) e verticale (kv)
• 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
SVANTAGGI
• Ridotto volume dei terreni indagati
• Durata del test prolungata per diversi
giorni per ogni fase della prova
PROVE DI PERMEABILITÀ BOUTWELL
Dott. Geol. Raffaele Isolani