5. Indagini geotecniche in sito e in laboratorio ... - UniFI
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5. Indagini geotecniche in sito e in laboratorio per la caratterizzazione
meccanica in campo statico e dinamico di alcuni terreni nei centri di Cagli,
Offida, Treia e Serra de’ Conti
A cura di:
R. Bardotti1, T. Crespellani1, J. Facciorusso1, C. Madiai1 e S. Vasarri1
1 Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Firenze
5.1 Indagini in sito e prove di laboratorio
Il Laboratorio Geotecnico del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di
Firenze (DIC) ha eseguito un programma di prove su alcuni campioni indisturbati di terreno
prelevati nei sondaggi: 4 MS, eseguito a Cagli, 2 MS eseguito a Serra de’ Conti,e 2 MS, 3 MS e 10
MS, eseguiti a Offida.
La sperimentazione è stata finalizzata alla misura dei parametri geotecnici che caratterizzano il
comportamento del terreno in campo statico e dinamico indispensabili per la valutazione degli
effetti di sito mediante modelli di calcolo della risposta sismica locale.
Per una più completa caratterizzazione in campo dinamico dei terreni studiati, i risultati delle prove
geotecniche di laboratorio sono stati integrati con quelli relativi alle prove in sito di tipo down-hole
(DH) e cross-hole (CH), effettuate nell’ambito del Progetto in corrispondenza dei seguenti
sondaggi:
3 MS, 4 MS, 6 MS, 7 MS, 8 MS e 10 MS, ubicati nel comune di Cagli;
1 MS, 2MS, 3 MS, 6 MS, 7 MS e 8 MS, ubicati nel comune di Serra de’ Conti;
3 MS, 4 MS, 5 MS, 6 MS e 8 MS, ubicati nel comune di Treia.
2 MS, 7 MS, 9 MS e 10 MS, ubicati nel comune di Offida;
Di seguito verranno analizzati ed illustrati, per ciascuno dei comuni oggetto di questo studio, oltre
alle stratigrafie dei sondaggi da cui sono stati prelevati i campioni, i risultati delle prove di
laboratorio effettuate, le correlazioni ottenute, e i risultati delle prove down-hole e cross-hole
eseguite.
Nelle Tabelle 5.1 – 5.4 sono riassunte, per ciascuno dei quattro comuni, le informazioni relative ai
sondaggi, ai campioni e alle prove geotecniche di laboratorio effettuate dal DIC e alle prove in sito,
DH e CH. In Appendice 5.1 sono riportate le caratteristiche tecniche delle attrezzature e le
procedure di prova adottate dal Laboratorio Geotecnico del DIC. La descrizione dell’attrezzatura
utilizzata per le misure down-hole e cross-hole, le modalità operative adottate per le misure e i
criteri seguiti per l’elaborazione dei dati sono riportate in dettaglio nei certificati di prova forniti
dalle imprese e allegati alla presente relazione.
Tabella 5.1 – Campioni e prove geotecniche in sito e in laboratorio effettuate nel comune di Cagli
Prove di laboratorio Prove in sito
Sondaggio Località Prof. max
[m]
Camp
.
Prof.1
[m]
Prove di
classificazione
EDOIL2 RC3 TTC4 CH5 DH6
3 MS Cabina ENEL 14 - - - - - - - X
4 MS Via Falcone
(caserma VVFF)
23 C1 3.5-4.0 X X X X - X
6 MS Via Brancuti
(Municipio)
17 - - - - - - - X
7 MS Via Flamina
(parcheggio ASL)
23 - - - - - - - X
8 MS Via S.Pietro
(S.Geronzio)
19 - - - - - - - X
10 MS Cimitero 19 - - - - - - - X
Tabella 5.2 – Campioni e prove geotecniche in sito e in laboratorio effettuate nel comune di Serra de’Conti
Prove di laboratorio Prove in sito
Sondaggio Località Prof max
[m]
Camp Prof.1
[m]
Prove di
classificazione
EDOIL2 RC3 TTC4 CH5 DH6
1 MS Via Merli
(deposito comunale)
15 - - - - - - - X
2 MS Via Martoretto
(scuola materna)
23 S2C1 5.0-5.5 X X X X - X
3 MS P.za Gramsci
(Municipio)
23 - - - - - - - X
6 MS P.za IV Novembre 26 - - - - - - - X
7 MS Via I Maggio 22 - - - - - - - X
8 MS Via Grandi 23 - - - - - - - X
Tabella 5.3 – Campioni e prove geotecniche in sito e in laboratorio effettuate nel comune di Treia
1 Dal piano di campagna 2Prova edometrica ad incrementi di carico in condizioni isotrope 3Prova di colonna risonante 4Prova di taglio torsionale ciclico 5Prova cross-hole
Prove di laboratorio Prove in sito
Sondaggio Località Prof. max
[m]
Camp. Prof.1
[m]
Prove di
classificazione
EDOIL2 RC3 TTC4 CH5 DH6
3 MS Passo di Treia
(giardini comunali)
20 - - - - - - X -
4 MS Via Farabollini
(Staz.Carabinieri)
20 - - - - - - - X
5 MS V.le Oberdan
(Torre Onglavina)
18 - - - - - - - X
8 MS P.za Repubblica
(Municipio)
20 - - - - - - - X
Tabella 5.4 – Campioni e prove geotecniche in sito e in laboratorio effettuate nel comune di Offida
Prove di laboratorio Prove in sito
Sondaggio Località Prof. max
[m]
Camp. Prof.1
[m]
Prove di
classificazione
EDOIL2 RC3 TTC4 CH5 DH6
2 MS P.za Loris
Annibaldi
24 S2C2 15.3-
15.8 X X X X - X
3 MS V.le della
Repubblica
25.5 S3C1 8.0-8.5 X - X X - -
7 MS P.za del Popolo
(Municipio)
24 - - - - - - - X
9 MS P.za Baroncelli
(Monastero)
19 - - - - - - - X
10 MS Via I°Maggio
(EGA discount)
17 S10C1 4.3-4.8 X X X X - X
6Prova down-hole
5.2 Cagli
Per la caratterizzazione dei terreni nel comune di Cagli si è fatto riferimento ai sondaggi 3 MS, 4
MS, 6 MS, 7 MS, 8 MS e 10 MS (Tabella 5.1), le cui stratigrafie sono riportate nella Figura 5.1. Lo
studio è basato sulle interpretazioni stratigrafiche dei sondaggi e sui risultati di sei prove in sito di
tipo down-hole, effettuate in corrispondenza di ciascuno dei sondaggi considerati, e delle prove di
laboratorio effettuate per la determinazione delle proprietà indice e delle caratteristiche meccaniche
in campo statico e dinamico sull’unico campione indisturbato (S4C1), prelevato dal sondaggio 4
MS ad una profondità compresa tra 3.50 e 4.00 m dal piano di campagna.
5.2.1 Caratterizzazione stratigrafica
Sulla base delle stratigrafie dei sondaggi analizzati, riportate nella Figura 5.1 e delle interpretazioni
fornite dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma (Capitolo 4) si può
affermare che il substrato è costituito prevalentemente dalle formazioni del Bisciaro, della Scaglia
Rossa e Cinerea, mentre la copertura è formata prevalentemente, in ordine di sovrapposizione dal
basso verso l’alto, dai depositi alluvionali del Fiume Burano e da depositi eluvio-colluviali legati a
movimenti di versante.
In corrispondenza del centro storico, come si evince dai sondaggi 6 MS e 7 MS, è presente una
copertura, caratterizzata da materiale di riporto (con spessori variabili da 1 a 5 m) e da depositi
alluvionali (con spessori variabili tra 2 e 6 m) di ghiaia sabbiosa in matrice limoso-argillosa, mentre
il bedrock, caratterizzato da un’alternanza di marne e calcari riconducibili alla formazione del
Bisciaro, si colloca a profondità comprese tra 3 e 12 m.
Nella zona di nuova espansione, caserma dei Vigili del Fuoco (sondaggio 4 MS), oltre ad
affioramenti del substrato, riconducibili alla formazione del Bisciaro e della Scaglia Cinerea, è stata
rilevata una copertura di spessore più elevato (intorno ai 18 m) formata, nella parte più superficiale
da materiale eluvio-colluviali, costituiti da limo argilloso, talora alterato, di spessore intorno ai 5 m,
e dal deposito alluvionale, costituito prevalentemente da ghiaia e ghiaia sabbiosa in matrice limoso-
argillosa, mentre il bedrock si trova a circa 19 m di profondità.
La zona del cimitero (sondaggio 10 MS) è caratterizzata invece da una copertura di spessori più
limitati, formata prevalentemente da depositi alluvionali.
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1
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto prevalentemente ghiaioso
Calcare marnoso
3 MS
Scaglia rossa
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45
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1213
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2021
22
23
24
25
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Argilla limosa
4 MS
Bisciaro
Limo argilloso
Ghiaia in matrice argilloso limosa
Argilla limosa
Marna limoso argillosa
Ghiaia in matrice limoso argillosa
Eluvio colluviale
Depositi alluvionali
Figura 5.1 a – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 3 MS e 4 MS
0
1
2
3
4
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
6 MS
Bisciaro Calcare marnoso
Ghiaia sabbiosa in matrice limoso argillosa
Depositi alluvionali
0
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2021
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0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
7 MS
Bisciaro
Marna argilloso limosa
Ghiaia sabbiosa in matrice limoso argillosa
Depositi alluvionali
Marna argilloso limosa
Marna ricca di concrezioni carbonatiche
Figura 5.1 b – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 6 MS e 7 MS
0
1
2
3
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0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
8 MS
Bisciaro
Marna limoso argillosa
Ghiaia sabbiosa in matrice limoso argillosa
Depositi alluvionali
Alternanza marnaargillosa e calcare marnoso
Calcare marnoso
0
1
2
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0 200 400 600 800 1000 1200 1400
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
10 MS
Marna con zone di alterazione
Ghiaia sabbiosa in matrice limoso argillosa
Depositi alluvionali
Marna argillosa calcarea e calcare marnoso
Calcare marnoso e marna calcarea
Fram. di marnaDetr. di versante
Scaglia cinerea
Figura 5.1 c – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 8 MS e 10 MS
5.2.2 Misure in sito: prove down-hole
Nei sondaggi 3 MS, 4 MS, 6 MS, 7 MS, 8 MS e 10 MS sono stat esege uite misure down-hole al
γ < 10-4 %).
, per stabilire l’istante d’inizio
METRICS 2401 per l’amplificazione, la conversione
tà del materiale e della presenza di intercalazioni di argilla limosa e di inclusi marnosi)
fine di determinare, in maniera diretta, per mezzo della misura della velocità delle onde S, il modulo
di taglio G dei terreni studiati a bassi livelli di deformazione (
Tali misure sono state eseguite nei fori di sondaggio, opportunamente rivestiti in PVC, utilizzando:
una sorgente meccanica per la generazione di onde P e S;
un sistema di ricezione formato da un geofono 3D, costituito da tre sensori ortogonali (di cui uno
verticale e due orizzontali) da 14 Hz e smorzati del 70%, calato nel foro per le misure dei tempi
di arrivo, un geofono trigger applicato alla sorgente
dell’energizzazione, e da un geofono di superficie ad alta frequenza (100 Hz) per il controllo
delle misure, posizionato in prossimità della bocca del foro;
un sistema di registrazione EG&G GEO
analogico-digitale e il filtraggio, il trasferimento e la registrazione su supporto magnetico del
segnale rilevato dai sensori del geofono.
A partire dalla bocca del foro è stata investigata l’intera verticale, con misure effettuate ogni metro,
attraverso la registrazione del segnale prodotto in superficie. Dalla lettura e interpretazione dei
sismogrammi ottenuti sono stati determinati per ogni metro di profondità, i valori delle velocità
delle onde S, VS, riportati, per ciascuno dei sondaggi investigati, insieme alle corrispondenti
stratigrafie, nella Figura 5.1. I risultati mostrano un trend generalmente crescente con la profondità,
con un brusco aumento dei valori di Vs, ben riconoscibile, in corrispondenza del passaggio
stratigrafico dalla copertura al substrato. In particolare in corrispondenza della copertura i valori di
Vs crescono in maniera piuttosto graduale con la profondità partendo da valori più bassi in
corrispondenza del riporto, circa 120 ÷ 220 m/s (dove la variazione con la profondità è piuttosto
irregolare, soprattutto quando lo strato ha spessori non trascurabili, come nel sondaggio 7 MS). In
corrispondenza dello strato di materiale eluvio-colluviale più superficiale, quando presente, la
velocità delle onde S varia in maniera irregolare con la profondità (probabilmente a causa della
eterogenei
assumendo valori comunque bassi che variano tra 130 e 210 m/s (trattasi infatti di materiale
alterato).
In corrispondenza del substrato i valori di Vs crescono gradualmente con la profondità: per la
Scaglia Rossa e Cinerea, con valori di poco superiori a 530 m/s nella parte più superficiale (a circa
3 ÷ 4 m di profondità) fino a più di 1200 m/s a circa 17 m di profondità, con alcuni limitati intervalli
in cui la VS diminuisce, probabilmente per la presenza di fasce più alterate; per la formazione del
Bisciaro la variazione di Vs è assai più irregolare ed è caratterizzata da brusche diminuzioni della
velocità (sondaggi 7 MS e 8 MS) anche a profondità elevate, dove i valori di Vs partono sempre da
valori bassi (per un substrato) di circa 500 m/s, nella parte più superficiale (a circa 3 m di
profondità), senza mai raggiungere valori elevati (700 ÷ 800 m/s), se non in qualche caso
ondaggio 6 MS), in cui si raggiungono i 1100 m/s a circa 17 m di profondità, dove il materiale è (s
più omogeneo e compatto.
5.2.3 Prove di laboratorio
Sull’unico campione indisturbato disponibile (S4C1), estratto dal sondaggio 4 MS ad una
profondità compresa tra 3.50 e 4.00 m (in corrispondenza della formazione eluvio-colluviale), il
Laboratorio Geotecnico del DIC ha eseguito prove di classificazione (misura del peso di volume, γ,
del contenuto naturale d’ acqua, w, dei limiti di Atterberg, w e w ), una prova edometrica l p ad
crementi di carico (EDOIL), una prova di colonna risonante (RC) e una prova di taglio torsionale
lla 5.1. Di seguito verranno illustrati i risultati di tali prove.
tti due provini: uno nella parte centrale, su cui è stata eseguita la prova
dometrica, e una nella parte bassa, su cui sono state eseguite le prove di colonna risonante e di
iclico.
1, riportando per ogni parametro le singole determinazioni
relativo alla parte alta del campione, molto più basso) e il peso di volume, γ, è di 19.81 kN/m3,
in
ciclico (TTC), come indicato in Tabe
Descrizione sintetica del campione
Al momento dell’apertura il campione è risultato, nei primi 10 cm di carota, palesemente
rimaneggiato e contenete alcuni elementi di laterizio, per cui questa porzione è stata esclusa dalle
prove. Da un’analisi descrittiva preliminare della rimanente parte del campione, il materiale è stato
classificato come: “limo argilloso di colore marrone biancastro di consistenza da bassa a media, con
presenza diffusa di concrezioni calcaree aventi dimensioni da millimetriche a centimetriche”. Dal
campione sono stati estra
e
taglio torsionale c
Proprietà fisiche
In Tabella 5.5 sono riportati i valori delle proprietà indici e dei parametri fisici caratteristici del
materiale costituente il campione S4C
ottenute su ciascuno dei provini durante le diverse prove (specificate tra parentesi) o su singoli tratti
della carota (senza nessuna specifica).
Come valori rappresentativi del campione sono stati considerati i valori ottenuti dalla media delle
singole determinazioni. Il valore medio del contenuto d’acqua, w, è 24.6 % (è stato escluso il valore
corrispondente ad una densità ρ di 2.02 g/cm3. Dall’esame delle caratteristiche di plasticità del
materiale si deduce che il terreno è classificabile come plastico. Secondo la classificazione U.S.C.S.
il materiale risulta appartenente alla classe CL, delle argille inorganiche a bassa plasticità.
Tabella 5.5 – Valori delle proprietà indici e dei parametri fisici del campione S4C1
Campione S4C1
Valore dio me
Profondità Z [m] 3.50 – 4.00 3.75
Contenuto naturale in acqua w [%]
2
24.5 (TTC\RC)
24.6 21.9 parte alta
4.8 parte bassa
24.5 (EDOIL)
Peso di volume γ [kN/m3]
1
19.81 19.82
19.7 (EDOIL)
9.9 (TTC\RC)
Indice dei vuoti e [-]
0.623 (TTC\RC)
0.629 0.635 (EDO)
Peso specifico dei costituenti solidi γs [kN/m3]
25.9 (TTC\RC)
25.92 25.94
Limiti di Atterberg wL [%]
wP [%]
IP [%]
37
19
18
37
19
18
Indice di consistenza Ic [-] 0.69 0.69
Proprietà meccaniche da prove statiche: prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL)
Su un provino ricavato dalla parte centrale del campione è stata eseguita una prova di
consolidazione edometrica ad incrementi di carico. Il programma di carico ha previsto un ciclo di
carico e scarico, il percorso di carico e i corrispondenti valori dell’indice dei vuoti misurati sono
riportati in Tabella 5.6, mentre la corrispondente curva di compressione edometrica rappresentata
sul piano e - σ’v è riportata in Figura 5.2 e i parametri che definiscono le caratteristiche di
stima del valore della pressione di preconsolidazione , σ’p, che risulta compresa tra 100 e 300
kPa.
deformabilità del terreno da essa ricavati sono riportati in Tabella 5.7.
Da un’analisi della curva sperimentale di compressione edometrica si può osservare come (a causa
forse del disturbo in fase di campionamento) non siano ben identificabili i tratti di ricompressione e
di compressione, ed il relativo punto di passaggio (o ginocchio) con una conseguente incertezza
sulla
A tali valori della pressione di preconsolidazione, corrispondono, alla profondità di estrazione del
campione, valori medio-bassi del grado di sovraconsolidazione OCR (compresi tra 1.3 e 4.0).
In Tabella 5.8 sono riportati i parametri indicativi dello stato tensionale in sito del terreno alla
profondità a cui è stato estratto il campione, l’intervallo di valori del coefficiente di spinta a riposo,
k0, è stato determinato utilizzando le seguenti correlazioni empiriche:
( )100
42.044.00pI
NCk ⋅+=
( ) )log(233.019.00 pINCk ⋅+=
Massarch, 1979
Alpan, 1967 (5.1)
( ) ( ) αOCRNCkOCk ⋅= 00
12.0281 58.0;1054.0 p
Ip
I⋅=⋅= αα Schmidt, 1966; Alpan, 1967 (5.2)
Tabella 5.6 – Percorso tensionale applicato al campione S4C1 durante la prova EDOIL
σ’v
[kPa]
25 50 99 198 396 793 1586 3172 793 198 50
e
[-]
0.626 0.619 0.600 0.574 0.540 0.502 0.454 0.398 0.415 0.438 0.465
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
10 100 1000 10000
σ'v [kPa]
indi
ce d
ei v
uoti,
e
Figura 5.2 – Curva di compressione edometrica relativa al campione S4C1
Tabella 5.7 – Parametri di deformabilità del terreno ricavati dalla prova edometrica sul campione S4C1
Indice di ricompressione
Cr [%]
Indice di compressione
Cc [%]
Indice di rigonfiamento
Cs [%]
Pressione di preconsolidazione
σ’v [kPa]
0.023 0.180 0.036 100÷300
Tabella 5.8 – Parametri ricavati dalla prova edometrica sul campione S4C1
Pressione litostatica effettiva
σ’v [kPa]
Grado di sovraconsolidazione
OCR [-]
Coefficiente di spinta a riposo
k0 [-]
74.3 1.3÷4 0.58÷1.62
Proprietà meccaniche da prove dinamiche: prova di colonna risonante (RC) e di taglio torsionale
ciclico (TTC)
Le prove dinamiche e cicliche, eseguite su un provino estratto dalla parte bassa del campione, sono
state finalizzate alla determinazione del modulo di taglio, G0, e del rapporto di smorzamento
iniziali, D0, e della loro legge di variazione con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ,
rispettivamente G(γ) e D(γ).
Prima è stata eseguita la prova di taglio torsionale ciclico, ad una frequenza di sollecitazione
costante, e fissata a 0.5 Hz, e con ampiezze progressivamente crescenti del momento torcente
applicato, realizzate con 6 serie successive di 28 cicli ciascuna; quindi è stata eseguita la prova di
colonna risonante, applicando anche in questo caso sollecitazioni di ampiezza progressivamente
crescente, e fissata, con 15 livelli successivi, e facendo variare, questa volta, la frequenza del
momento torcente applicato, fino a raggiungere la condizione di risonanza. In entrambi i casi per
ciascuna ampiezza di sollecitazione applicata, e quindi per ciascun livello deformativo raggiunto,
vengono determinati il valore del modulo di taglio, G, e del rapporto di smorzamento, D, per un
totale di 6 misure per ciascun parametro, con la prova TTC e di 15 misure, per la prova RC. Il
numero delle misure effettuate è inferiore per la prova TTC, e limitato al campo delle piccole e
medie deformazioni, per conservare l’integrità del provino stesso, proprio perché tale prova viene
eseguita sullo stesso provino su cui viene effettuata la prova RC, con la quale vengono invece
raggiunte le deformazioni possibili, compatibilmente con la massima potenza erogabile
dall’apparecchiatura.
I valori iniziali delle proprietà fisiche del provino e i corrispondenti valori iniziali del modulo di
taglio, G0, e del rapporto di smorzamento, D0, sono riportati per ciascuna prova nella Tabella 5.9,
mentre nella Tabella 5.10 sono riportati i valori del modulo di taglio G e del rapporto di
smorzamento D in corrispondenza dei differenti valori dell’ampiezza della deformazione di taglio
raggiunta, γ, i grafici corrispondenti sono invece riportati in Figura 5.3.
Tabella 5.9 – Valori iniziali nelle prove di TTC e RC
Prova Pressione di consolidazione
isotropa σ’0 [kPa]
Indice dei vuoti
iniziale e [-]
Modulo di taglio
massimo G0 [MPa]
Rapporto di smorzamento
minimo D0 [%]
TTC 100 0.623 76.6 1.34 (γ =5 x 10-3 %)
RC 100 0.581 83.6 1.19 (γ =9 x 10-4 %)
Tabella 5.10 – Valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della
deformazione di taglio γ, determinati da prove TTC e RC
RC TTC
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
0,0001 83,6 - - - -
0,0002 83,6 1,43 - - -
0,0004 83,6 1,55 - - -
0,0009 83,6 1,19 - - -
0,0017 83,2 1,36 - - -
0,0029 81,9 1,43 0,0029 76,6 1,43
0,0051 79,6 1,69 0,0058 75,40 1,34
0,0083 74,8 1,97 - - -
0,0133 67,4 2,80 0,0124 71,33 2,27
0,0238 54,6 4,48 0,0291 60,37 3,72
0,0450 42,2 6,40 - - -
0,073132 34,086 7,73 0,0819 42,80 7,23
0,103194 27,093 10,58 0,2256 25,25 10,89
0,304603 13,266 14,9 - - -
0,559412 8,821 - - - -
Come si può vedere in Tabella 5.9 i valori sperimentali determinati inizialmente del modulo di
taglio e del rapporto di smorzamento, G0 e D0, sullo stesso provino, a parità di pressione di
consolidazione, con i due tipi di prova sono tra loro confrontabili, così come molto simili sono gli
andamenti con il livello deformativo, come mostrato dalla Figura 5.3.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio,γ [%]
Rap
port
o di
sm
orza
men
to, D
[%]
RC
TTC
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio, γ [%]
Mod
ulo
di ta
glio
G [M
pa]
RC
TTC
Figura 5.3 – Valori sperimentali del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D determinati con le
prove TTC e RC in funzione del livello deformativo γ
In Tabella 5.11 sono riportati i valori della soglia di deformazione lineare, γl, e volumetrica, γp,
stimati con le due prove, da cui si può osservare come il materiale sia caratterizzato da un campo
elastico lineare piuttosto ristretto e da un rapido decadimento.
Tabella 5.11 – Valori indicativi delle soglie di deformazione determinati con le prove TTC e RC
Prova Soglia di deformazione lineare
γl [%]
Soglia di deformazione volumetrica
γp [%]
TTC 0.008 0.03
RC 0.003 0.015
I punti sperimentali di G in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove, sembrano
essere in buon accordo per l’intero campo deformativo di interesse, come è possibile vedere in
Figura 5.3, per cui, una volta normalizzati rispetto al valore massimo iniziale, è stata loro adattata la
legge di variazione di Yokota et al. (1981):
βγα ⋅+=
11
0GG (5.3)
dove i parametri α e β, pari rispettivamente a 24 e 1.2262, sono stati determinati eseguendo una
regressione lineare su variabili logaritmiche, basata sul criterio dei minimi quadrati. La curva
risultante è riportata insieme ai punti sperimentali in Figura 5.4 e confrontata con una serie di curve
di letteratura, ricavate per terreni di tipo coesivo, italiani. La curva determinata nel presente lavoro,
come si può vedere, si adatta abbastanza bene ai dati sperimentali e fornisce quindi una stima
attendibile dei valori di G/G0 ottenuti in laboratorio, inoltre si colloca in una posizione intermedia
rispetto alle altre curve di letteratura considerate.
Anche i punti sperimentali di D in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove,
sono sembrati in buon accordo tra di loro per cui è stata adattata la legge di variazione, sempre di
Yokota et al., 1981:
0max
GG
eDDλ
⋅= (5.4)
con λ e Dmax, sono stati determinati eseguendo una regressione lineare su variabili logaritmiche,
basata sul criterio dei minimi quadrati, e risultano pari rispettivamente a –2.955 29 % e. La curva
risultante è riportata insieme ai punti sperimentali in Figura 5.5 e confrontata con le curve di
letteratura corrispondenti a quelle già mostrato per il modulo di taglio normalizzato. La curva
determinata dal modello, come si può vedere, si adatta abbastanza bene ai dati sperimentali e
fornisce quindi una stima attendibile dei valori di D ottenuti in laboratorio.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
G/G
0
RC
Crespellani et al. 1989
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al. (1997)
Maugeri et al. (1998)
Madiai et al. (2001)
TTC
Presente studio
Figura 5.3 – Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore iniziale, G0, e
confronto del modello sperimentale con alcune curve di letteratura
0
5
10
15
20
25
30
35
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
D [%
]
RC
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al. (1989)
Maugeri et al. (1998)
Crespellani et al. (1997)
Madiai et al. (2001)
TTC
Presente studio
Figura 5.4 – Valori sperimentali del rapporto di smorzamento D, e confronto del modello sperimentale con
alcune curve di letteratura.
5.2.4 Sintesi
Le misure sperimentali condotte in sito e in laboratorio, sia pure nei limiti dell’esiguità del numero
di osservazioni effettuate, relative ad un solo campione per le analisi di laboratorio, e delle
incertezze legate anche agli eventuali disturbi in fase di campionamento, indicano che :
1. il materiale attraversato dal sondaggio 4 MS, a profondità comprese tra 3.50 e 4.00 m, è
costituito prevalentemente da limo argilloso, secondo la classificazione AGI (1977), da argilla
inorganica a bassa plasticità (CL) secondo la classificazione USCS; tale materiale risulta
plastico (Ip = 18%) e di media consistenza, allo stato plastico (Ic = 0.69), poco sovraconsolidato
(OCR ≈ 1.3 ÷ 4) e caratterizzato da una bassa deformabilità (Cc = 0.18);
2. le proprietà indici del materiale (densità, contenuto d’acqua, limiti di Atterberg) sono
mediamente confrontabili con quelle rilevate, nell’ambito del presente studio, per altri materiali
eluviali ed alluvionali presenti nella zona;
3. i valori del modulo di taglio iniziale e del rapporto di smorzamento minimo, misurati con le
prove TTC e RC, sono tra loro confrontabili e, tenendo conto della profondità di estrazione del
campione, e quindi della pressione di sovraconsolidazione, consentono di affermare che si tratta
di materiale di media rigidezza e basso smorzamento;
4. la legge di decadimento del modulo di taglio e la legge di variazione del rapporto di
smorzamento con l’ampiezza della deformazione di taglio, ottenute sulla base dei dati
sperimentali, sono risultate confrontabili con quelle di letteratura proposte per materiali di
caratteristiche fisiche e meccaniche simili dell’Italia centrale;
5. la velocità delle onde S misurata in sito mostra una netta tendenza ad aumentare con la
profondità in corrispondenza della copertura alluvionale e del substrato costituto dalla Scaglia
Cinerea, e un andamento più irregolare in corrispondenza dello strato eluvio-colluviale e della
formazione del Bisciaro. Alla copertura alluvionale si può attribuire un valore medio della
velocità delle onde S di circa 200 m/s, o superiore fino ai 300 m/s laddove lo spessore dello
strato supera i 6 m; mentre nello strato eluvio colluviale, generalmente dello spessore di pochi
metri e più superficiale, i valori di VS sono più bassi e intorno ai 150 m/s. La formazione della
Scaglia mostra già nella sua parte più superficiale valor abbastanza elevati (maggiori di 500 m/s)
fino a raggiungere, a circa 10 m di profondità, valori superiori a 1000 m/s. Nella formazione del
Bisciaro non si superano mai, se non localmente, gli 800 m/s, anche ad elevate profondità;
6. Il rapporto tra il modulo di taglio iniziale misurato in sito e in laboratorio, pari ad 1.1 alla
profondità di estrazione del campione, risulta conforme ai valori riportati in letteratura.
5.3 Serra de’ Conti
Per la caratterizzazione dei terreni nel comune di Serra de’ Conti sono stati considerati i sondaggi
1MS, 2 MS, 3 MS, 7 MS e 8 MS (Tabella 5.2), le cui stratigrafie sono riportate nella Figura 5.5. Lo
studio si è avvalso delle interpretazioni stratigrafiche dei sondaggi e dei risultati di cinque prove in
sito di tipo down-hole, effettuate in corrispondenza di ciascuno dei sondaggi considerati, e delle
prove di laboratorio effettuate per la determinazione delle proprietà indice e delle caratteristiche
meccaniche in campo statico e dinamico sull’unico campione indisturbato (S2C1), prelevato dal
sondaggio 2 MS ad una profondità compresa tra 5.00 e 5.50 m dal piano di campagna.
5.4.1 Caratterizzazione stratigrafica
Nell’area del centro urbano di Serra de’ Conti, caratterizzata da una morfologia piuttosto complessa
riconducibile ad una tipica situazione di cresta, sono state individuate tre zone con differenti
caratteristiche stratigrafiche e meccaniche dei materiali presenti: una zona corrispondente al centro
storico (sondaggi 3 MS, 6 MS e 7 MS) dove affiora le formazione dell’arenaria costituita
prevalentemente da sabbie più o meno cementate (“associazione sabbiosa e sabbioso-arenacea” del
Pliocene Inferiore); una zona a mezza costa (sondaggi 2 MS e 8 MS) in corrispondenza della quale
affiora la formazione classificata come “associazione pelitica e pelitico-sabbiosa (sempre del
Pliocene Inferiore) costituita nella parte più superficiale prevalentemente da alternanze di argilla
limosa e sabbia limosa e a profondità maggiori da strati di argilla limoso marnosa e argilla limoso
sabbiosa; una zona industriale (sondaggio 1 MS) a ovest del centro storico, caratterizzata depositi
alluvionali terrazzati poggianti sul materiale dell’associazione pelitico e pelitico-sabbiosa.
Sulla base delle stratigrafie dei sondaggi analizzati, riportate nella Figura 5.5, e delle interpretazioni
fornite dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma (Capitolo 4) si può
affermare che l’associazione sabbiosa e sabbioso-arenacea, affiorante in corrispondenza del centro
storico, con uno strato di riporto superficiale dallo spessore variabile (fino circa a 3 m), si alterna ai
limi argilloso-marnosi e alle argille limoso-marnose dell’associazione pelitico e pelitico-sabbiosa,
per l’intera profondità del sondaggio; in particolare, nel caso del sondaggio 6 MS, si riscontra uno
strato più superficiale di sabbia dello spessore di circa 1 m, seguito da uno strato di argille e limi
marnosi di 7 m di spessore, seguito ancora dalla sabbia, per uno spessore di 10 m fino a circa 19 m
di profondità, oltre la quale l’alternanza trai due materiali diventa più fitta. Nel caso invece del
sondaggio 3 MS, dopo uno strato più superficiale di sabbia limosa, dello spessore di più di 4 m, e di
limo argilloso, di pari spessore, a 9 m di profondità si incontra un substrato costituito da marna
argilloso-limosa, fino a 16 m, seguito nuovamente da alternanze di sabbie e limo argilloso-marnoso,
fino a fondo foro (24 m) dove si raggiunge la sabbia arenacea più compatta e cementata Infine nel
sondaggio 7 MS, dopo uno strato più superficiale, dello spessore di circa 10 m, dove si alternano
argilla limosa, sabbia e limi argillosi, si raggiunge l’argilla limoso marnoso a 12 m, e a 14 m la
sabbia arenacea cementata fino a fondo foro.
Nella zona a mezza costa, corrispondente ai sondaggi 2 MS e 8 MS, sotto uno strato di riporto dello
spessore medio di circa 1 m, si trova il materiale dell’ associazione pelitica e pelitico-sabbiosa, cioè
argilla limosa e limo argilloso con livelli centimetrici di sabbia, intercalati a strati di sabbia con
spessori variabili (di 8 m in corrispondenza del sondaggio 2 MS e pari circa al doppio in
corrispondenza del sondaggio 8 MS) seguita da argilla limoso-marnosa alternata ad argilla limoso-
sabbiosa per l’intera profondità attraversata dal sondaggio (fino a 24 m). Tale materiale, in
corrispondenza del sondaggio 2 MS, è preceduto da uno strato di materiale argilloso-limoso e limo-
argilloso alterato di origine eluvio-colluviale dello spessore di 4 m.
Infine la zona industriale (sondaggio 1 MS), è caratterizzata da depositi alluvionali terrazzati di
spessore pari circa a 7 m, caratterizzati argilla limosa e limo argilloso nei primi 3 m, che passano
gradualmente prima a limo sabbioso e poi a ghiaia sabbiosa. Sotto tali depositi si trovano argille
limose debolmente marnose, riconducibili al materiale dell’associazione pelitica e pelitica-sabbiosa
fino a 15 m di profondità, dove sono intercalati con strati di marna argillosa e si raggiunge quindi il
substrato.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Limo debolmente argilloso
1 MS
Depositi marini del Pliocene Inf.
Argilla limosa
Argilla limosa debolmente marnosa
Ghiaia sabbiosa in matrice limosa
Depositi alluvionali
0
1
2
3
45
6
7
8
9
10
11
1213
14
15
16
17
18
19
2021
22
23
24
25
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Alternanza di argilla limosa con tasche centimetriche di sabbia limosa
2 MS
Limo argilloso
Argilla limosa e limo argilloso
Argilla limosa
Alternanza di argilla limoso marnosa e argilla limoso sabbiosa
Eluvio colluviale
Depositi marini del Pliocene Inf.
Figura 5.5 a – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 1 MS e 2 MS
0
1
2
3
45
6
7
8
9
10
11
1213
14
15
16
17
18
19
2021
22
23
24
25
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
3 MS
Depositi marini del Pliocene inf.
Marna argilloso limosa
Sabbia limosa con livelli millimetrici di limo argilloso sabbioso
Limo argilloso marnoso e marna argilloso limosa
Alternanza di sabbia e limo argilloso marnoso
Sabbia con al tetto sottili intercalazioni di limo argilloso
Alternanza di limo argilloso sabbioso e limo debolmente argilloso
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
7 MS
Sabbia a luoghi limoso argillosa con livelli centimetrici di limo argilloso
Argilla limosa e livelli millimetrici di sabbia limosa
Depositi marini del Pliocene inf.
Sabbia a luoghi limoso argillosa con intercalazioni di limo argilloso
Limo argilloso a luoghi sabbioso
Argilla limoso marnosa e limo argilloso limoso
Figura 5.5 b – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 3 MS e 7 MS
0
1
2
3
45
6
7
8
9
10
11
1213
14
15
16
17
18
19
2021
22
23
24
25
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
8 MS
Alternanza ripetuta di sabbia con screziature a luoghi limoso argillosa e talora con frammenti di gusci di molluschi di subordinato limo argilloso con tasche e livelli di sabbia a luoghi limoso argillosa
Sabbia, limo argilloso e argilla limosa
Depositi marini del Pliocene inf.
Argilla limoso marnosa
Argilla limoso marnosa a lughi sabbiosa
Figura 5.5 c – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 7 MS e 8 MS
5.4.2 Misure in sito: prove down-hole
Nei sondaggi 1 MS, 2 MS, 3 MS, 7 MS e 8 MS sono state eseguite misure down-hole al fine di
determinare, in maniera diretta, per mezzo della misura della velocità delle onde S, il modulo di
taglio G dei terreni studiati a bassi livelli di deformazione (γ < 10-4 %).
Tali misure sono state eseguite nei fori di sondaggio, opportunamente rivestiti in PVC, utilizzando
l’attrezzatura e seguendo al procedura già sinteticamente descritta nel Paragrafo 5.2.2. I valori delle
velocità delle onde S, VS, sono riportati, per ciascuno dei sondaggi investigati, insieme alle
corrispondenti stratigrafie, nella Figura 5.5.
I risultati evidenziano generalmente delle variazioni piuttosto nette nei valori di Vs in
corrispondenza dei passaggi stratigrafici tra le varie formazioni, mentre all’interno di ciascuna di
esse il trend non sempre è crescente. Ad esempio in corrispondenza dei depositi alluvionali
terrazzati (sondaggio 1 MS) il valore di Vs è pressoché costante e pari a circa 200 m/s, mentre in
corrispondenza del deposito eluvio-colluviale oscilla tra valori compresi tra 140 e 200 m/s. In
entrambi i casi si distingue bene il passaggio alla formazione sottostante (associazione) con un
incremento della Vs rispettivamente a 550 m/s ( a 9 m di profondità) per il sondaggio 1 MS, e a 410
m/s (a 6 m di profondità) per il sondaggio 2 MS, e mostrando un trend generalmente crescente con
la profondità in entrambi i casi; in particolare nel sondaggio 2 MS, si rileva un nuovo salto in
corrispondenza del passaggio dalle argille limose alle argille limoso-marnose a 15 m di profondità,
oltre il qual la velocità aumenta poco sensibilmente e senza mai raggiungere valori superiori a 800
m/s, anzi iniziando a diminuire a 21 m. Invece in corrispondenza del sondaggio 1 MS si superano
valori di 800 m/s a circa 14 m di profondità in corrispondenza del raggiungimento del substrato
marnoso.
Laddove il materiale relativo all’ associazione sabbiosa e sabbioso-arenacea e pelitico e pelitico-
sabbiosa è più affiorante, si riscontra un andamento molto irregolare dei valori di Vs con incrementi
che si alternano a diminuzioni; in particolare in corrispondenza del sondaggio 3 MS, i valori
oscillano tra 350 e 650 m/s con ben evidenziati i passaggi tra sabbia limosa e limo argilloso a 5 m di
profondità o il passaggio alla sabbia arenacea a 21 m di profondità; evidente risulta anche il
passaggio all’inclusione marnosa tra 9 e 15 m, dove si raggiungono anche valori di 1000 m/s. In
corrispondenza del sondaggio 7 MS l’andamento di Vs è sempre piuttosto irregolare oscillante tra
350 m/s e 650 m/s ma con due bruschi incrementi, uno a 11 m di profondità in corrispondenza del
passaggio tra limo argilloso e argilla limoso marnosa e a 16 m in corrispondenza del passaggio alla
sabbia arenacea e a 20 m, dove si raggiunge probabilmente il substrato e si raggiungonoo gli 870
m/s. Infine in corrispondenza del sondaggio 8 MS, il trend è invece crescente fino a 7 m di
profondità, dove si raggiungono 500 m/s e poi si mantiene costante fino a 16 m, dopodiché riprende
a crescere gradualmente con la profondità fino a raggiungere 800 m/s a fondo foro.
5.4.3 Prove di laboratorio
Sull’unico campione indisturbato disponibile (S2C1), estratto dal sondaggio 2 MS ad una
profondità compresa tra 5.00 e 5.50 m (in corrispondenza della formazione eluvio-colluviale), il
Laboratorio Geotecnico del DIC ha eseguito prove di classificazione (misura del peso di volume, γ,
del contenuto naturale d’ acqua, w, dei limiti di Atterberg, wl e wp), una prova edometrica ad
incrementi di carico (EDOIL), una prova di colonna risonante (RC) e una prova di taglio torsionale
ciclico (TTC), come indicato in Tabella 5.3. Di seguito verranno illustrati i risultati di tali prove.
Descrizione sintetica del campione
Al momento dell’apertura il campione, da un’analisi descrittiva preliminare, è risultato composto di
due parti: una parte alta (corrispondente ai primi 21 cm) classificata come “limo argillo-sabbioso di
colore marrone verdastro con venature grigie, di consistenza medio alta, con presenza di
concrezioni calcareee di dimensioni millimetriche”; una parte bassa classificata come “limo
sabbioso argilloso di colore grigio e marrone, con presenza diffusa di punti torbosi e di piccoli
calcari”. Dalla porzione superiore del campione sono stati estratti due provini, su cui sono state
eseguite la prova edometrica e la prove di taglio torsionale ciclico accoppiata con la prova di
colonna risonante.
Proprietà fisiche
In Tabella 5.12 sono riportati i valori delle proprietà indici e dei parametri fisici caratteristici del
materiale costituente il campione S2C1, riportando per ogni parametro le singole determinazioni
ottenute su ciascuno dei provini durante le diverse prove (specificate tra parentesi) o su singoli tratti
della carota (senza nessuna specifica).
Come valori rappresentativi del campione sono stati considerati i valori ottenuti dalla media delle
singole determinazioni. Il valore medio del contenuto d’acqua, w, è di 17.4 % (è stato escluso il
valore relativo alla parte alta del campione, molto più alto) e il peso di volume, γ, è di 21.35 kN/m3,
corrispondente ad una densità ρ di 2.18 g/cm3. Dall’esame delle caratteristiche di plasticità del
materiale si deduce, secondo i sistemi di classificazione correnti, che il terreno è classificabile come
semisolido. Secondo la classificazione U.S.C.S. il materiale risulta appartenente alla classe CL,
delle argille inorganiche a bassa plasticità.
Tabella 5.12 – Valori delle proprietà indici e dei parametri fisici del campione S2C1
Campione S2C1
Valore medio
Profondità Z [m] 5.00 – 5.50 5.25
Contenuto naturale in acqua w [%] 22.1 parte alta
16.8 parte bassa
17.9 (EDOIL)
17.6 (TTC\RC)
17.4
Peso di volume γ [kN/m3] 20.8 (EDOIL)
21.9 (TTC\RC)
21.35
Indice dei vuoti e [-] 0.518 (EDOIL)
0.436 (TTC\RC)
0.477
Peso specifico dei costituenti solidi γs [kN/m3] 26.72 (EDOIL)
26.70 (TTC/RC)
26.71
Limiti di Atterberg wL [%]
wP [%]
IP [%]
46
21
25
46
21
25
Indice di consistenza Ic [-] 1.16 1.16
Proprietà meccaniche da prove statiche: prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL)
Su un provino ricavato dalla parte alta del campione è stata eseguita una prova di consolidazione
edometrica ad incrementi di carico. Il programma di carico ha previsto un ciclo di carico e scarico,
il percorso di carico e i corrispondenti valori dell’indice dei vuoti misurati sono riportati in Tabella
5.13, mentre la corrispondente curva di compressione edometrica rappresentata sul piano e - σ’v è
riportata in Figura 5.6 e i parametri che definiscono le caratteristiche di deformabilità del terreno da
essa ricavati sono riportati in Tabella 5.14.
Da un’analisi della curva sperimentale di compressione edometrica si può ricavare una stima del
valore della pressione di preconsolidazione , σ’p, che risulta pari circa a 300 kPa, a cui corrisponde,
alla profondità di estrazione del campione, un valore piuttosto basso del grado di
sovraconsolidazione OCR (2.8).
In Tabella 5.15 sono riportati i parametri indicativi dello stato tensionale del terreno in sito alla
profondità a cui è stato estratto il campione, i valori del coefficiente di spinta a riposo, k0, sono stati
determinati utilizzando le correlazioni empiriche (5.1) e (5.2).
Tabella 5.13 – Percorso tensionale applicato al campione S2C1 durante la prova EDOIL
σ’v
[kPa]
25 50 99 198 396 793 1586 3172 793 198 50
e
[-]
0,511 0,510 0,501 0,482 0,462 0,436 0,403 0,359 0,387 0,424 0,459
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
10 100 1000 10000
σ'v [kPa]
indi
ce d
ei v
uoti,
e
Figura 5.6 – Curva di compressione edometrica relativa al campione S2C1
Tabella 5.14 – Parametri di deformabilità del terreno ricavati dalla prova edometrica sul campione S2C1
Indice di ricompressione
Cr [%]
Indice di compressione
Cc [%]
Indice di rigonfiamento
Cs [%]
Pressione di preconsolidazione
σ’v [kPa]
0.003 0.146 0.060 300
Tabella 5.15 – Parametri ricavati dalla prova edometrica sul campione S2C1
Pressione litostatica effettiva
σ’v [kPa]
Grado di sovraconsolidazione
OCR [-]
Coefficiente di spinta a riposo
k0 [-]
109 2.8 1.15
Proprietà meccaniche da prove dinamiche: prova di colonna risonante (RC) e di taglio torsionale
ciclico (TTC)
Le prove dinamiche e cicliche, eseguite su un provino estratto dalla parte alta del campione, sono
state finalizzate alla determinazione del modulo di taglio, G0, e del rapporto di smorzamento
iniziali, D0, e della loro legge di variazione con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ,
rispettivamente G(γ) e D(γ).
Le modalità operative seguite durante l’esecuzione delle prove sono quelle già riportate
sinteticamente nel Paragrafo 5.2.3 e più dettagliatamente in Appendice 5.1.
I valori iniziali delle proprietà fisiche del provino e i corrispondenti valori iniziali del modulo di
taglio, G0, e del rapporto di smorzamento, D0, sono riportati per ciascuna prova nella Tabella 5.16,
mentre nella Tabella 5.17 sono riportati i valori del modulo di taglio G e del rapporto di
smorzamento D in corrispondenza dei differenti valori dell’ampiezza della deformazione di taglio
raggiunta, γ; i grafici corrispondenti sono invece riportati in Figura 5.7.
Come si può vedere in Tabella 5.16 i valori sperimentali determinati inizialmente del modulo di
taglio massimo, G0, sullo stesso provino, a parità di pressione di consolidazione, con i due tipi di
prova sono tra loro confrontabili, così come molto simili sono gli andamenti con il livello
deformativo, come mostrato dalla Figura 5.3; in particolare si può osservare come il modulo di
taglio G, determinato con la prova TTC, sia generalmente superiore a quello determinato con la
prova RC, con una differenza che aumenta all’aumentare del livello deformativo raggiunto. Invece i
valori del rapporto di smorzamento D, misurati con la prova TTC, mostrano, fin dalle piccole
deformazioni un andamento abbastanza differente rispetto a quello osservato a partire dai valori
determinati con la prova RC, con valori sempre inferiori per tutto il campo deformativo esplorato
dalle due prove.
Tabella 5.16 – Valori iniziali nelle prove di TTC e RC
Prova Pressione di consolidazione
isotropa σ’0 [kPa]
Indice dei vuoti
iniziale e [-]
Modulo di taglio
massimo G0 [MPa]
Rapporto di smorzamento
minimo D0 [%]
TTC 150 0.436 81.4 2.61 (γ =2.3 x 10-3 %)
RC 150 0.412 86.6 3.54 (γ =4.1 x 10-4 %)
Tabella 5.17 – Valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della
deformazione di taglio γ, determinati da prove TTC e RC
RC TTC
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
0,00009 86,54 - - - -
0,00019 86,56 3,78 - - -
0,00041 86,55 3,54 - - -
0,00078 86,53 3,73 - - -
0,00124 85,76 3,68 - - -
0,00233 84,61 3,68 0,0027 81,42 2,61
0,00363 83,14 3,82 - - -
0,00573 80,18 3,86 0,0055 80,29 2,09
0,00943 76,18 4,35 0,0115 77,18 2,25
0,01334 71,86 4,56 - - -
0,01980 65,21 4,85 0,0253 69,51 2,68
0,03705 51,55 6,11 - - -
0,06434 39,41 8,19 0,0639 54,81 4,74
0,10232 30,69 9,84 - - -
0,17497 23,00 12,48 0,2349 29,78 9,64
0,42268 12,05 16,45 - - -
In Tabella 5.18 sono riportati i valori della soglia di deformazione lineare, γl, e volumetrica, γp,
stimati con le due prove, da cui si può osservare come il materiale sia caratterizzato da un campo
elastico lineare piuttosto ristretto e da un rapido decadimento.
Tabella 5.18 – Valori indicativi delle soglie di deformazione determinati con le prove TTC e RC
Prova Soglia di deformazione lineare
γl [%]
Soglia di deformazione volumetrica
γp [%]
TTC 0.008 0.06
RC 0.002 -
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio,γ [%]
Rap
port
o di
sm
orza
men
to, D
[%]
RC
TTC
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio, γ [%]
Mod
ulo
di ta
glio
G [M
pa]
RC
TTC
Figura 5.7 – Valori sperimentali del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D determinati con le prove TTC e RC in funzione del livello deformativo γ sul campione S2C1
I punti sperimentali di G in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove, sembrano
essere in buon accordo per l’intero campo deformativo di interesse, come è possibile vedere in
Figura 5.7, per cui, una volta normalizzati rispetto al valore massimo iniziale, è stata loro adattata la
legge di variazione (5.3). I parametri α e β, pari rispettivamente a 16 e 1.104, sono stati determinati
eseguendo una regressione lineare su variabili logaritmiche, basata sul criterio dei minimi quadrati.
La curva risultante è riportata insieme ai punti sperimentali in Figura 5.8 e confrontata con una serie
di curve di letteratura, ricavate per materiali coesivi italiani. La curva determinata dal modello,
come si può vedere, si adatta abbastanza bene ai dati sperimentali e fornisce quindi una stima
attendibile dei valori di G/G0 ottenuti in laboratorio, inoltre si colloca in una posizione intermedia
rispetto alle altre curve di letteratura considerate.
I punti sperimentali di D in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove, sono di
poco diversi, perciò è stata adattata la legge di variazione (5.4) a tutti i punti sperimentali relativi ad
entrambe le prove, ottenendo così una curva media, con λ e Dmax, determinati eseguendo una
regressione lineare su variabili logaritmiche, basata sul criterio dei minimi quadrati, e pari
rispettivamente a –1.887 e 20 %. La curva risultante è riportata insieme ai punti sperimentali in
Figura 5.9 e confrontata con alcune curve di letteratura.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
G/G
0 RC
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al., 1997
Maugeri et al. (1998)
Madiai et al., 2001
TTC
Presente lavoro
Figura 5.8 – Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore iniziale, G0, e confronto del modello sperimentale con alcune curve di letteratura
0
5
10
15
20
25
30
35
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
D [%
]
RC
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al. (1989)
Maugeri et al. (1998)
Crespellani et al., 1997
Madiai et al., 2001
TTC
Presente lavoro
Figura 5.9 – Valori sperimentali del rapporto di smorzamento D, e confronto del modello sperimentale con alcune curve di letteratura.
5.4.4 Sintesi
Le misure sperimentali condotte in sito e in laboratorio, sia pure nei limiti dell’esiguità del numero
di osservazioni effettuate, relative infatti ad un solo campione per le analisi di laboratorio, e delle
incertezze legate, ad esempio, agli eventuali disturbi in fase di campionamento, indicano che :
1. il materiale attraversato dal sondaggio 2 MS, a profondità comprese tra 5.00 e 5.50 m, è
costituito prevalentemente (perlomeno nella parte analizzata, corrispondente alla porzione
superiore del campione) da limo argilloso sabbioso secondo la classificazione AGI (1977),
da argilla inorganica a bassa plasticità (CL) secondo la classificazione USCS; tale materiale
risulta plastico (Ip = 25%) e di consistenza medio alta, semisolido (Ic = 1.16), leggermente
sovraconsolidato (OCR ≈ 2.8) e caratterizzato da una bassa deformabilità (Cc = 0.146);
2. le proprietà indici del materiale (densità, contenuto d’acqua, limiti di Atterberg) sono
mediamente confrontabili con quelle rilevate, nell’ambito del presente studio, per gli altri
materiali eluvio-colluviali presenti nella zona;
3. i valori del modulo di taglio iniziale e del rapporto di smorzamento minimo, misurati con le
prove TTC e RC, sono tra loro confrontabili e, tenendo conto della profondità di estrazione
del campione, e quindi della pressione di sovraconsolidazione, consentono di affermare che
si tratta di materiale di rigidezza e smorzamento medi;
4. la legge di decadimento del modulo di taglio e la legge di variazione del rapporto di
smorzamento con l’ampiezza della deformazione di taglio, ottenute sulla base dei dati
sperimentali, sono risultate confrontabili con quelle di letterature ricavate per materiali
coesivi dell’Italia centrale;
5. la velocità delle onde S misurata in sito mostra generalmente delle variazioni con la
profondità piuttosto nette in corrispondenza dei passaggi stratigrafici tra le varie formazioni,
mentre all’interno di ciascuna di esse il trend non sempre è crescente. In particolare in
corrispondenza delle alluvioni terrazzate il valore di Vs è pressoché costante e pari a circa
200 m/s, mentre in corrispondenza del deposito eluvio-colluviale oscilla tra valori compresi
tra 140 e 200 m/s. Per quanto riguarda i terreni dell’associazione sabbiosa e sabbioso-
arenacea e dell’associazione pelitica e pelitico-sabbiosa (depositi marini del Pliocene
Inferiore) si riscontra al loro interno un andamento dei valori di Vs piuttosto irregolare, con
valori spesso decrescenti con la profondità e che in alcuni casi, anche a profondità elevate,
non raggiungono gli 800 m/s. In particolare nella parte più superficiale di tale formazione, la
velocità varia tra 350 e 650 m/s con un passaggio dalle argille limose alle argille marnose
sottostanti (a circa 15 m di profondità) ben evidenziato da un brusco incremento dei valori
della velocità delle onde S, che a profondità superiori ai 20 m in alcuni casi raggiunge e
supera gli 800-850 m/s. Altrettanto ben evidenziato è il passaggio, in corrispondenza di
alcuni siti, alle sabbie arenacee, a profondità intorno ai 20 m, con valori della velocità
superiori agli 800-850 m/s.
6. Il rapporto tra il modulo di taglio iniziale misurato in sito e in laboratorio, pari ad 1.6 alla
profondità di estrazione del campione, risulta conforme ai valori riportati in letteratura.
5.4 Treia
Per la caratterizzazione dei terreni nel comune di Treia sono stati considerati i sondaggi 3MS, 4 MS,
5 MS, 6 MS e 8 MS (Tabella 5.3), le cui stratigrafie sono riportate nella Figura 5.10. Lo studio si è
avvalso delle interpretazioni stratigrafiche dei sondaggi e dei risultati di cinque prove in sito
(quattro di tipo down-hole e una cross-hole), effettuate in corrispondenza di ciascuno dei sondaggi
considerati, e delle prove di laboratorio effettuate per la determinazione delle proprietà indice. Non
è stata effettuata per tali materiali alcuna prova di laboratorio per la caratterizzazione meccanica in
campo statico e dinamico.
5.4.1 Caratterizzazione stratigrafica
Da un punto di vista geomorfologico sono state caratterizzate all’interno di tale area due zone ben
distinte: la zona del centro storico di Treia e la zona di Passo di Treia. La prima (sondaggi 4MS, 5
MS, 6 MS e 8 MS) è caratterizzata da una configurazione morfologica a cresta, con affioramenti in
corrispondenza della vetta, dove sorge gran parte del centro storico, di arenarie con giacitura
subverticale, appartenenti all’associazione arenacea, e argille limoso-marnose, appartenenti
all’associazione arenaceo-pelitica (depositi marini del Messiniano). La zona di Passo di Treia
(sondaggio 3 MS) è invece caratterizzata da una conformazione tipica di valle alluvionale, con
spessori non molto elevati (intorno ai 10 m), con depositi alluvionali terrazzati poggianti sui terreni
dell’associazione arenaceo-pelitica.
Sulla base delle stratigrafie dei sondaggi analizzati, riportate nella Figura 5.10, e delle
interpretazioni fornite dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma (Capitolo 4)
si può affermare che nella zona di Passo di Treia (sondaggio 3 MS) i depositi alluvionali terrazzati
affioranti presentano spessori variabili tra 5 e 10 m e sono caratterizzati da una parte più fine
superficiale (di 3 m circa di spessore), costituita da argilla limosa che passa gradualmente a sabbia
limosa e poi a ghiaia sabbiosa in matrice argilloso limosa. Tali depositi poggiano direttamente sui
terreni riconducibili all’associazione pelitico-sabbiosa, costituiti prevalentemente da argille limoso-
marnose, che a partire da profondità intorno ai 9 m sono intercalate a marne argilloso-limose, fino al
raggiungimento del substrato marnoso a circa 12 ÷ 13 m.
Nell’area del centro urbano di Treia, si può osservare lungo il versante immediatamente a sud
(sondaggio 5 MS) e a ovest (sondaggio 4 MS e 6 MS) del centro storico, a parte uno strato di
riporto superficiale di spessore variabile da qualche decina di cm (sondaggi 4 MS e 5 MS) a più di 4
m (sondaggio 6 MS), uno strato di materiale eluvio-colluviale costituito prevalentemente da limo
argilloso sabbioso e argilla limosa, con spessori più elevati in corrispondenza del sondaggio 5 MS
(circa 5 m), dove sono seguiti dai terreni dell’associazione arenacea (formati nei primi 5 m da
arenarie variamente cementate e successivamente da sabbie), e spessori più esigui (1÷2 m) in
corrispondenza del sondaggio 4 MS e 6 MS. In tali sondaggi i materiali eluvio-colluviali sono
seguiti dai terreni dell’associazione arenaceo-pelitica, formati da argille limose e limose-marnose
prima e sabbie limose poi, nei primi 6 m circa di profondità, sovrastanti alternanze di marne
argilloso limose e argille limoso marnose fino al raggiungimento di un substrato di sole marne a
circa 14 ÷ 15 m.
In corrispondenza del centro storico, dove affiorano direttamente i terreni dell’associazione
arenacea (sondaggio 8 MS), si può osservare nei primi 11 m di profondità un’alternanza di strati di
arenaria e sabbia debolmente argillosa, con intercalazioni di argilla limosa, talora sabbiosa, e
successivamente un passaggio ai terreni dell’associazione arenaceo-pelitica formati
prevalentemente da argille limose, per l’intera profondità esplorata (20 m).
5.4.2 Misure in sito: prove down-hole e cross-hole
Nei sondaggi 4 MS, 5 MS, 6 MS e 8 MS sono state eseguite misure down-hole al fine di
determinare, in maniera diretta, per mezzo della misura della velocità delle onde S, il modulo di
taglio G dei terreni studiati a bassi livelli di deformazione (γ < 10-4 %). Con la stessa finalità sono
state seguite delle misure cross-hole a due fori in corrispondenza del sondaggio 3 MS.
Tali misure sono state eseguite nei fori di sondaggio, opportunamente rivestiti in PVC, utilizzando
l’attrezzatura e seguendo al procedura già sinteticamente descritta nel Paragrafo 5.2.2, ovviamente
con differenti modalità operative per le misure cross-hole. I valori delle velocità delle onde S, VS,
sono riportati, per ciascuno dei sondaggi investigati, insieme alle corrispondenti stratigrafie, nella
Figura 5.10.
I risultati ottenuti dalle varie prove sembrano abbastanza coerenti ed indicano in particolare per le
alluvioni terrazzate a Passo di Treia, un trend generalmente crescente con la profondità da 200 m/s a
480 m/s (con i valori più elevati in corrispondenza della porzione più grossolana dello strato) e per i
depositi eluvio-colluviali sul versante adiacenti il centro storico di Treia un andamento piuttosto
irregolare dei valori di Vs con la profondità oscillanti tra 250 e 350 m/s. Le arenarie e le marne
sottostanti, sono caratterizzate da valori non molto elevati di Vs, caratteristici di rocce alterate (600
÷ 650 m/s). In particolare a Passo di Treia si rileva a circa 7 m un salto nei valori di Vs (da 480 a
650 m/s) al passaggio dai depositi alluvionali alle argille marnose dell’associazione arenacea-
pelitica con un trend crescente fino al raggiungimento delle marne sottostanti, dove diminuisce fino
a circa 14 m per poi riaumentare, probabilmente a causa di uno strato di alterazione superficiale che
si estende fino alla fine del sondaggio. Invece in corrispondenza degli stessi materiali, relativamente
al sondaggio 4 MS, si osserva un’oscillazione tra 200 e 300 m/s nella parte più superficiale dello
strato (corrispondente alle argille limose e alla sabbia limosa) e un salto fino a 530 m/s in
corrispondenza del passaggio alle argille marnose, a circa 8 ÷ 9 m di profondità, con un successivo
e graduale aumento fino ad assestarsi su valori intorno a 600 ÷ 650 m/s; a circa 19 m,
probabilmente a causa di uno strato di marne alterate si osserva una brusca diminuzione dei valori
di velocità a valori intorno ai 500 m/s. Un simile andamento, per lo stesso tipo di materiale, è stato
osservato anche in corrispondenza del sondaggio 6 MS. Valori confrontabili sono stati osservati per
le arenarie e le sabbie dell’associazione arenacea, infatti in corrispondenza del sondaggio 5 MS, ad
esempio, è ben visibile il salto nei valori di Vs a circa 7 m di profondità in corrispondenza del
passaggio dal materiale eluvio-colluviale alle arenarie, dove partendo da valori di circa 450 m/s la
velocità aumenta gradualmente con la profondità fino ad assestarsi intorno a valori di 600 m/s.
Infine in corrispondenza del sondaggio 8 MS, dove l’arenaria si alterna con strati di sabbia, la
velocità delle onde S oscilla introno ai 500 m/s fino a circa 12 m di profondità, dove si ha un brusco
aumento in corrispondenza del passaggio alle argille limose, per poi assestarsi intorno a valori di
circa 600 m/s.
0
1
2
3
4
5
6
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19
20
0 200 400 600 800
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Marna argilloso limosa
3 MS
Depositi marini del Messiniano
Argilla limosa a luoghi sabbiosa
Sabbia limosa
Ghiaia sabbiosa in matrice argilloso limosa
Argilla limoso marnosa
Argilla limoso marnosa e marna argilloso limosa
Depositi alluvionali
Figura 5.10 a – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità, ottenuti da prova cross-hole per il sondaggio 3 MS
0
1
2
3
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20
0 200 400 600 800
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Marna argilloso limosa e argilla limoso marnosa
4 MS
Argilla limosa
Argilla limoso marnosa e marna argilloso
Sabbia limosa a luoghi argillosa
Marna argilloso limosa
Materiale eluviale
Depositi marini del Messiniano
Marna argilloso limosa e argilla limoso marnosaMarna argilloso limosa
0
1
2
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20
0 200 400 600 800
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
5 MS
Depositi marini del Messiniano
Arenaria debolmente cementata
Limo argilloso sabbioso
Materiale eluvio colluviale
Limo argilloso
Arenaria variamente cementata e sabbia
Sabbia a luoghi debolmente argillosa
Figura 5.10 b – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità, ottenuti da prove down-hole per i sondaggi 4 MS e 5 MS
0
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0 200 400 600 800
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
6 MS
Eluvio colluviale
Argilla limoso marnosa e marna argilloso limosa
Argilla limosa a luoghi sabbiosa
Depositi marini del Messiniano
Marna argilloso limosa
0
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0 200 400 600 800
Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
8 MS
Sabbia argillosa
Argilla limoso sabbiosa
Depositi marini del Messiniano
Alternanza di argilla limosa e limo argilloso, limo argilloso sabbioso, sabbia argilloso limosa
Argilla limosa
Limo argilloso e argilla limosaSabbia a luoghi argillosa
Sabbia a luoghi argillosa
Figura 5.10 c – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità, ottenuti da prove down-hole per i sondaggi 6 MS e 8 MS
5.4.5 Prove di laboratorio
Su alcuni dei campioni estratti dai sondaggi eseguiti a Treia sono state eseguite dal Laboratorio
Geotecnico del Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma delle prove di
classificazione per la misura del peso specifico dei costituenti solidi, γS, e dei limiti di Atterberg, wl
e wp. In particolare per i depositi alluvionali si è ottenuto un valore medio di γS pari a 26 kN/m3 e un
indice di plasticità estremamente variabile con la profondità (Ip = 10 ÷ 26 %); per il detrito eluvio-
colluviale è stato misurato, a circa 5 m di profondità, un valore di γS di 26.7 kN/m3 e un valore di Ip
pari a 27 %. Infine per quanto riguarda i depositi marini nella forma arenaceo-pelitica è stato
misurato, a circa 10 m di profondità un valore γS di 26.2 kN/m3 e di di Ip pari a 26 %, mentre per gli
stessi depositi, nella forma arenaceo-sabbiosa, è stato misurato un valore di γS di 26.9 kN/m3 e di Ip
pari a 21 %, entrambi pressoché costanti con la profondità.
5.5 Offida
Per la caratterizzazione dei terreni nel comune di Offida è stato fatto riferimento ai sondaggi 2 MS,
3 MS, 7 MS, 9 MS e 10 MS (Tabella 5.4), le cui stratigrafie sono riportate nella Figura 5.11. Lo
studio si è avvalso delle interpretazioni stratigrafiche dei sondaggi e dei risultati di quattro prove in
sito di tipo down-hole, effettuate in corrispondenza dei sondaggi 2 MS, 7 MS, 9 MS e 10 MS, e
delle prove di laboratorio effettuate per la determinazione delle proprietà indice e delle
caratteristiche meccaniche in campo statico e dinamico su tre campioni indisturbati: S2C2,
prelevato dal sondaggio 2 MS ad una profondità compresa tra 15.30 e 15.80 m dal piano di
campagna, S3C1, prelevato dal sondaggio 3 MS, ad una profondità compresa tra 8.00 e 8.50 m e
S10C1, prelevato dal sondaggio 10 MS, ad una profondità compresa tra 4.30 e 4.80 m.
5.5.1 Caratterizzazione stratigrafica
Nell’area oggetto di questo studio sono state individuate due zone significative ai fini della
caratterizzazione stratigrafica e meccanica dei terreni presenti: l’area corrispondente al centro
storico di Offida (sondaggi 9 MS e 10 MS), in corrispondenza della quale affiorano direttamente i
terreni dei depositi marini del Pliocene Medio e del Pleistocene Inferiore (appartenenti
principalmente all’associazione pelitica laminata e all’associazione arenacea) e l’area
corrispondente alla frazione di Borgo dei Cappuccini, dove, su tali terreni, poggia uno strato di
materiale eluvio-colluviale di spessore piuttosto elevato.
Sulla base delle stratigrafie dei sondaggi analizzati, riportate nella Figura 5.11, e delle
interpretazioni fornite dal Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Roma (Capitolo 4),
si può affermare che lo strato di detrito eluvio-colluviale affiorante nell’area di Borgo dei
Cappuccini è costituito prevalentemente da argille limose e limi argillosi, e presenta gli spessori più
elevati in corrispondenza del centro abitato, circa 16 m (sondaggio 2 MS), e nella zona lungo il
versante immediatamente a sud, circa 13 m (sondaggio 10 MS). Presenta invece spessori più ridotti
(circa 8 m), nella parte del versante più ad ovest del versante, verso il centro storico di Offida
(sondaggio 3 MS), dove è presente anche uno strato di riporto di spessore non trascurabile (circa 2
m). Al di sotto dello strato di detrito eluvio-colluviale si trovano i depositi marini del Pliocene
Medio e del Pleistocene Inferiore, che in corrispondenza del centro abitato di Borgo dei Cappuccini
(sondaggio 2 MS) sono costituiti nella parte più superficiale, da 16 a 22 m di profondità, da argille
limoso-marnose, e, a partire da 22 m, anche da marne argillose. Tali depositi sono più superficiali
nella zona a sud lungo il versante (sondaggio 10 MS), dove, tra 13m e 15 m, si trovano argille
limose e argille limoso-marnose, intercalate a marne a profondità superiori, fino al raggiungimento
del substrato marnoso a circa 18 m di profondità. Infine, procedendo lungo il versante, verso il
centro storico di Offida (sondaggio 3MS), i terreni dei depositi marini si trovano a circa 11 m di
profondità, e fino a circa 15 m sono costituiti da argille limose e limi argillosi, che
progressivamente passano ad argille limoso-marnose e limi argillosi-marnosi e quindi a marne
argilloso-limose a partire da circa 18 m, per l’intera profondità investigata.
In corrispondenza del centro abitato, sotto un terreno di riporto di spessori variabili, affiorano
direttamente i terreni dei depositi marini costituti, in corrispondenza del sondaggio 9 MS,
prevalentemente da limi argillosi fino a circa 5 m di profondità, e poi da sabbie limose, alternate, a
partire da circa 15 m con livelli decimetrici di arenaria, in corrispondenza del sondaggio 7 MS, sono
formati prevalentemente da limi e limi argillosi fino a 8 m di profondità, insieme a sabbie e sabbie
limoso-argillose fino a circa 13 m. A partire da tale profondità sono invece presenti limi argilloso-
marnosi e argille limoso-marnose, intercalati a marne argilloso-limose a partire da 16 m fino a
fondo foro (24 m).
5.5.2 Misure in sito: prove down-hole
Nei sondaggi 2 MS, 7 MS, 9 MS e 10 MS sono state eseguite misure down-hole al fine di
determinare, in maniera diretta, per mezzo della misura della velocità delle onde S, il modulo di
taglio G dei terreni studiati a bassi livelli di deformazione (γ < 10-4 %).
Tali misure sono state eseguite nei fori di sondaggio, opportunamente rivestiti in PVC, utilizzando
l’attrezzatura e seguendo la procedura già sinteticamente descritta nel Paragrafo 5.2.2. I valori delle
velocità delle onde S, VS, sono riportati, per ciascuno dei sondaggi investigati, insieme alle
corrispondenti stratigrafie, nella Figura 5.11.
Per quanto riguarda l’area di Borgo dei Cappuccini (sondaggi 2 MS e 10 MS) i risultati delle prove
down-hole evidenziano per lo strato più superficiale di materiale eluvio-colluviale un andamento
piuttosto irregolare della velocità delle onde S, che oscilla per l’intera profondità tra valori compresi
tra 350 e 400 m/s, con un locale e brusco incremento a 470 m/s, a 3 m di profondità in
corrispondenza del sondaggio 2 MS, dove risulta anche piuttosto evidente il passaggio ai depositi
marini sottostanti, con un incremento a 490 m/s a 15 m di profondità, oltre la quale la velocità
aumenta ancora bruscamente a 17 m, raggiungendo valori di 650 m/s, dopodiché riprende ad
aumentare gradualmente per l’intera profondità investigata senza superrare gli 800 m/s. Il
passsaggio stratigrafico tra detrito eluvio-colluviale superficiale e depositi marini, è meno evidente
nel sondaggio 10 MS, dove la velocità continua ad oscillare intorno ai 400 m/s nella parte superiore
dello strato, tra 13 e 15 m di profondità, con un salto a 16 m in corrispondenza del passaggio al
substrato marnoso, dove si raggiungono i 650 m/s.
Nell’area del centro storico di Offida (sondaggi 7 MS e 9 MS) dove affiorano i terreni dei depositi
marini, si osserva in corrispondenza del sondaggio 7 MS, che i valori della velocità delle onde S si
mantengono al di sotto di 200 m/s per i primi metri in corrispondenza del riporto, per poi crescere
gradualmente fino a 240 m/s a 7 m, nella parte più superficiale dei depositi costituiti
prevalentemente da limi e limi argillosi, a tale profondità si ha un brusco incremento a 340 m/s,
probabilmente per la comparsa di una componente sabbiosa, con successive oscillazioni tra 290 e
340 m/s fino a 13 m di profondità, da dove tale materiale, costituito prevalentemente da limi
argilloso-marnosi e argille limoso-marnose, mostra un trend di velocità crescente con la profondità
fino a 19 m, dove si ha un brusco aumento della velocità tra 360 e 450 m/s, probabilmente a causa
della componente marnosa che diventa significativa. A partire da tale profondità la velocità cresce
gradualmente fino a 620 m/s a fondo foro (24 m). In corrispondenza del sondaggio 9 MS, si osserva
come un valore di VS pressoché costante nei primi tre metri di profondità, dove i depositi marini
sono costituiti prevalentemente da limi argillosi, e poi due salti successivi fino ad un valore
massimo di 410 m/s, in corrispondenza del passaggio alle sabbie limose, a 5 m di profondità,
superata la quale la velocità mostra un trend nettamente decrescente fino a circa 9 m, dove a partire
da valori intorno ai 200 m/s la velocità riaumenta con un evidente salto a 12 m di profondità, in cui
si raggiungono 420 m/s, valori che aumentano gradualmente con la profondità, probabilemnte per la
comparsa di livelli di arenaria sempre più frequenti, fino a circa 600 m/s a fondo foro (20 m).
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Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
Limo argilloso e argilla limosa
2 MS
Limo argilloso prev.e argilla limosa
Argilla limosa deb. sabbiosa e argilla limosa limo argilloso
Argilla limosa prev. e limo
Argilla limoso marnosa e marna argillosa
Argilla limoso marnosa e limo argilloso
Eluvio colluviale
Depositi marini del Pliocene med. e Pleistocene
Argilla limosa e limo argilloso
Limo argilloso e argilla limosa
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Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
7 MS
Limo argilloso marnoso e argilla limoso marnosa con tasche e livelli millimetrici di sabbia limosa
Limo e limo argilloso a luoghi sabbioso
Depositi marini del Pliocene med. e Pleistocene inf.
Limo argilloso marnoso, argilla limoso marnosa e marna argilloso limosa con tasche e livelli millimetrici e centimetrici di sabbia limosa
Figura 5.11 a – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 2 MS e 7 MS
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Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
9 MS
Limo da debolmente argilloso ad argilloso, a luoghi sabbioso, con sabbia limosa a luoghi argillosa
Sabbia limosa a luoghi argillosa con tasche e livelli millimetrici e centimetrici di limo argilloso a luoghi sabbioso
Depositi marini del Pliocene med. e Pleistocene inf.
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Vs (m/s)
Prof
ondi
tà (m
)
Terreno di riporto
10 MS
Argilla limosa plastica con screziature
Argilla limosa plastica con concrezioni carbonatiche e zone ricche di materia organica
Marna argilloso limosa e marna
Argilla limosa e argilla limoso marnosa tendente a marna argilloso limosa
Meteriale eluvio colluviale
Depositi marini del Pliocene med. e Pleistocene inf.
Figura 5.11 b – Stratigrafie e andamento dei valori della velocità delle onde S, VS, con la profondità per i sondaggi 9 MS e 10 MS
5.5.3 Prove di laboratorio
Il Laboratorio Geotecnico del DIC ha eseguito prove di classificazione (misura del peso di volume,
γ, del contenuto naturale d’ acqua, w, dei limiti di Atterberg, wl e wp), una prova di colonna
risonante (RC) e una prova di taglio torsionale ciclico (TTC) su ciascuno dei tre campioni
indisturbati S2C1, S3C1 e S10C1, estratti rispettivamente dai sondaggi 2 MS (tra 15.30 e 15.80 m),
3 MS (tra 8.00 e 8.50 m) e 10 MS (tra 4.30 e 4.80 m), in corrispondenza dello strato di materiale
eluvio-colluviale, una prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL) limitatamente ai campioni
S2C1 e S10C1.
Descrizione sintetica dei campioni
Al momento dell’apertura, da un’analisi descrittiva preliminare, è risultato per ciascun campione
quanto segue:
Campione S2C2: limitandosi alla sola porzione di materiale estrusa dal contenitore (la parte
superiore), si tratta di “limo argilloso di colore marrone verdastro con venature grigie , di
consistenza medio-alta, caratterizzato da presenza diffusa ed abbondante di strati millimetrici di
sabbia finissima di colore grigio, che conferisce al terreno una certa friabilità”. Da tale porzione del
campione sono stati estratti due provini: uno nella parte alta, su cui è stata eseguita la prova
edometrica (EDOIL) e uno nella parte bassa, su cui sono state eseguite la prova di taglio torsionale
ciclico e di colonna risonante (TTC/RC).
Campione S3C1: è stata estrusa solo la porzione superiore del campione descritto come “argilla
limosa di colore marrone verdastro con venature grigie, molto consistente, con sporadica presenza
di ossidazioni a ferro e di elementi ghiaiosi di origine arenacea, che si presentano alterati e con
dimensione millimetrica”. Da tale porzione del campione è stato estratto un solo provino dalla parte
bassa su cui è stata eseguita la prova di taglio torsionale ciclico e di colonna risonante (TTC/RC).
Campione S10C1: il materiale è stato descritto come “argilla limosa di colore marrone verdastro
con venature grigie, consistente, con presenza diffusa di punti torbosi e sporadici elementi ghiaiosi
di origine arenacea, alterati”. Da tale porzione del campione sono stati estratti due provini dalla
parte inferiore del campione, su cui sono state eseguite rispettivamente la prova edometrica ad
incrementi di carico (EDOIL) e la prova di taglio torsionale ciclico e di colonna risonante
(TTC/RC).
Proprietà fisiche
Nelle Tabelle 5.19-5.21 sono riportati i valori delle proprietà indici e dei parametri fisici
caratteristici del materiale costituente i campione analizzati, riportando per ogni parametro le
singole determinazioni ottenute su ciascuno dei provini durante le diverse prove (specificate tra
parentesi) o su singoli tratti della carota (senza nessuna specifica).
Come valori rappresentativi di ciascun campione sono stati considerati i valori ottenuti dalla media
delle singole determinazioni. Il valore medio del contenuto d’acqua, w, è del 21 % per i campioni
S2C2 e S10C1 e 18.8 % per il campione S3C1 (sono stati esclusi i valori più lontani dalla media) e
il peso di volume, γ, varia tra 20.4 e 21.4 kN/m3, con densità, ρ, comprese tra 2.08 e 2.18 g/cm3.
Dall’esame delle caratteristiche di plasticità del materiale (l’indice di plasticità decresce con la
profondità per i tre campioni e varia tra 22 e 29 %) si deduce che il terreno è classificabile come
plastico. Secondo la classificazione U.S.C.S. il materiale risulta appartenente alla classe CL, delle
argille inorganiche a bassa plasticità.
Tabella 5.19 – Valori delle proprietà indici e dei parametri fisici del campione S2C2
Campione S2C2
Valore medio
Profondità Z [m] 15.30 – 15.80 15.55
Contenuto naturale in acqua w [%] 24.1 parte alta
16.9 parte bassa
22.4 (EDOIL)
19.6 (TTC\RC)
21
Peso di volume γ [kN/m3] 20.4
20.1 (EDOIL)
20.7 (TTC\RC)
20.4
Indice dei vuoti e [-] 0.557 (EDOIL)
0.478 (TTC\RC)
0.517
Peso specifico dei costituenti solidi γs [kN/m3] 25.58 (EDOIL)
25.6 (TTC/RC)
25.59
Limiti di Atterberg wL [%]
wP [%]
IP [%]
45
23
22
45
23
22
Indice di consistenza Ic [-] 1.09 1.09
Tabella 5.20 – Valori delle proprietà indici e dei parametri fisici del campione S3C1
Campione S3C1
Valore medio
Profondità Z [m] 8.00 – 8.50 8.25
Contenuto naturale in acqua w [%] 21.0 parte alta
18.6 parte bassa
18.9 (TTC\RC)
18.8
Peso di volume γ [kN/m3] 21.39
21.4 (TTC\RC)
21.4
Indice dei vuoti e [-] 0.469 (TTC\RC) 0.469
Peso specifico dei costituenti solidi γs [kN/m3] 26.49
26.50 (TTC/RC)
26.5
Limiti di Atterberg wL [%]
wP [%]
IP [%]
46
20
26
46
20
26
Indice di consistenza Ic [-] 1.05 1.05
Tabella 5.21 – Valori delle proprietà indici e dei parametri fisici del campione S10C1
Campione S10C1
Valore medio
Profondità Z [m] 4.30 – 4.80 4.55
Contenuto naturale in acqua w [%] 20.5 parte alta
21.4 parte bassa
21.4 (EDOIL)
21.0 (TTC\RC)
21.1
Peso di volume γ [kN/m3] 20.7
20.6 (EDOIL)
20.8 (TTC\RC)
20.70
Indice dei vuoti e [-] 0.573 (EDOIL)
0.555 (TTC\RC)
0.564
Peso specifico dei costituenti solidi γs [kN/m3] 26.75 (EDOIL)
26.80 (TTC/RC)
26.78
Limiti di Atterberg wL [%]
wP [%]
IP [%]
48
19
29
48
19
29
Indice di consistenza Ic [-] 0.93 0.93
Proprietà meccaniche da prove statiche: prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL)
Sui campioni S2C2 e S10C1 è stata eseguita una prova di consolidazione edometrica ad incrementi
di carico. Il programma di carico ha previsto un ciclo di carico e scarico; il percorso di carico e i
corrispondenti valori dell’indice dei vuoti misurati sono riportati in Tabella 5.22, per ciascuno dei
due campioni, mentre le corrispondenti curve di compressione edometrica rappresentate sul piano e
- σ’v sono riportate in Figura 5.12. I parametri che definiscono le caratteristiche di deformabilità del
terreno da esse ricavati sono riportati in Tabella 5.23.
Da un’analisi della curva sperimentale di compressione edometrica si può ricavare una stima del
valore della pressione di preconsolidazione , σ’p, che risulta compreso tra 200 e 300 kPa, per il
campione S10C1 (dove, probabilmente a causa di un disturbo di campionamento, i tratti di
compressione e ricompressione e quindi il punto di ginocchio non sono facilmente identificabili), e
pari circa a 170 kPa, per il campione S2C2. I valori corrispondenti del grado di sovraconsolidazione
OCR per il materiale in esame risultano variabili tra 2.1 e 3.2 a circa 4.5 m di profondità e tendenti
a 1 per profondità superiori (15.5 m).
Tabella 5.22 – Percorso tensionale applicato ai campioni S2C2 e S10C1 durante le prove EDOIL
σ’v
[kPa] 25 50 99 198 396 793 1586 3172 793 198 50
0.550 0.549 0.532 0.503 0.464 0.422 0.373 0.316 0.329 0.372 0.424 S2C2 e
[-] 0.572 0.563 0.543 0.514 0.471 0.424 0.367 0.399 0.447 0.497 S10C1
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
10 100 1000 10000σ'v [kPa]
indi
ce d
ei v
uoti,
e
S2C2S10C1
Figura 5.12 – Curve di compressione edometrica relative ai campioni S2C2 e S10C1
Tabella 5.23 – Parametri di deformabilità ricavati dalla prova edometrica sui campioni S2C2 e S10C1
Indice di ricompressione
Cr [%]
Indice di compressione
Cc [%]
Indice di rigonfiamento
Cs [%]
Pressione di preconsolidazione
σ’v [kPa]
S2C2
0.003 0.189 0.060 170
S10C1
0.056 0.189 0.0721 200 ÷ 300
In Tabella 5.24 sono riportati i parametri indicativi dello stato tensionale del terreno in sito alle
profondità a cui sono stati estratti i campioni, i valori del coefficiente di spinta a riposo, k0, sono
stati determinati utilizzando le correlazioni empiriche (5.1) e (5.2).
Tabella 5.24 – Parametri ricavati dalla prova edometrica sul campione S2C1
Pressione litostatica effettiva
σ’v [kPa]
Grado di sovraconsolidazione
OCR [-]
Coefficiente di spinta a riposo
k0 [-]
S2C2
322 1 -
S10C1
94 2.1 ÷ 3.2 1.1 ÷ 1.4
Proprietà meccaniche da prove dinamiche: prova di colonna risonante (RC) e di taglio torsionale
ciclico (TTC)
Le prove dinamiche e cicliche, eseguite su ciascuno dei tre campioni, sono state finalizzate alla
determinazione del modulo di taglio, G0, e del rapporto di smorzamento iniziali, D0, e della loro
legge di variazione con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ, rispettivamente G(γ) e D(γ).
Le modalità operative seguite durante l’esecuzione delle prove sono quelle già riportate
sinteticamente nel Paragrafo 5.2.3 e più dettagliatamente in Appendice 5.1.
I valori della pressione di consolidazione, i valori iniziali dell’indice dei vuoti e i corrispondenti
valori iniziali del modulo di taglio, G0, e del rapporto di smorzamento, D0, sono riportati per
ciascuna prova e relativamente a ciascun campione nella Tabella 5.25, mentre nella Tabella 5.26
sono riportati i valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D in corrispondenza dei
differenti valori dell’ampiezza della deformazione di taglio raggiunta, γ. I grafici corrispondenti
sono invece riportati in Figura 5.13.
Tabella 5.25 – Valori iniziali nelle prove di TTC e RC
Campione Prova
Pressione di
consolidazione isotropa
σ’0 [kPa]
Indice dei
vuoti iniziale
e [-]
Modulo di taglio
massimo
G0 [MPa]
Rapporto di
smorzamento minimo
D0 [%]
TTC 300 0.478 105.0 1.29 (γ =2.1 x 10-3 %) S2C2
RC 300 0.435 112.0 1.66 (γ =3.2 x 10-4 %)
TTC 200 0.469 83.9 1.60 (γ =2.7 x 10-3 %) S3C1
RC 200 0.425 81.2 2.62 (γ =1.3 x 10-3 %)
TTC 100 0.555 46.4 1.80 (γ =5.7 x 10-3 %) S10C1
RC 100 0.539 50.8 2.81 (γ =7 x 10-4 %)
Tabella 5.26 a – Valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della
deformazione di taglio γ, determinati da prove TTC e RC, per il campione S2C2
RC TTC
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
0,000076 111,94 - - - -
0,000155 111,95 2,73 - - -
0,000324 111,94 1,66 - - -
0,00064 111,94 2,13 - - -
0,00096 111,97 2,04 - - -
0,001593 111,99 2,09 - - -
0,002125 111,99 2,15 0,0021 104,9 1,29
0,003281 110,88 2,08 0,0042 105 1,73
0,00512 108,92 2,28 0,0085 104 1,84
0,007236 106,91 2,43 0,0178 99,1 2,23
0,010306 102,93 2,52 0,0413 85,2 4,03
0,013283 99,15 2,82 0,1269 55,3 8,34
0,02068 89,96 3,54 - - -
0,033276 76,52 4,57 - - -
0,045048 67,63 5,7 - - -
0,078423 51,1 7,84 - - -
0,158391 33,14 12,08 - - -
0,353491 18,57 14,52 - - -
Tabella 5.26 b – Valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della
deformazione di taglio γ, determinati da prove TTC e RC, per il campione S3C1
RC TTC
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
0,0001 81,1 - - - -
0,0002 81,2 2,75 - - -
0,0005 81,1 2,71 - - -
0,0009 81,1 2,80 - - -
0,0013 81,1 2,62 - - -
0,0019 81,1 2,92 - - -
0,0027 80,7 2,89 0,0027 83,1 1,6
0,0032 80,5 2,87 0,0053 83,90 1,60
0,0051 79,5 2,97 0,0116 76,40 1,80
0,0067 78,7 2,86 0,0246 72,00 2,10
0,0098 76,0 3,18 0,0579 61,30 3,83
0,013258 74,31 3,35 0,1872 37,9 8,04
0,01748 70,45 3,58 - - -
0,02522 62,96 4,96 - - -
0,036536 56,22 5,16 - - -
0,053073 48,62 5,78 - - -
0,085025 39,27 8,01 - - -
0,142827 29,18 11,21 - - -
0,308945 17,58 15,4 - - -
0,543753 11,55 21,28 - - -
Come si può vedere in Tabella 5.26 i valori sperimentali determinati inizialmente del modulo di
taglio massimo, G0, sullo stesso provino, a parità di pressione di consolidazione, con i due tipi di
prova sono tra loro confrontabili, così come molto simili sono gli andamenti con il livello
deformativo, come mostrato dalla Figura 5.13, per i vari campioni, e, quindi, per diverse pressioni
di confinamento.
I valori del rapporto di smorzamento D, misurati con la prova TTC, mostrano, fin dalle piccole
deformazioni un andamento abbastanza differente rispetto a quello osservato a partire dai valori
determinati con la prova RC, con valori sempre inferiori per tutto il campo deformativo esplorato
dalle due prove. Mentre tutti i valori nel loro complesso, relativamente a tutti e tre i campioni
esaminati, sembrano comunque essere in buon accordo tra di loro.
Tabella 5.26 c – Valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della
deformazione di taglio γ, determinati da prove TTC e RC, per il campione S10C1
RC TTC
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
γ
[%]
G
[MPa]
D
[%]
0,000161 50,8 - - - -
0,000326 50,81 - - - -
0,000703 50,82 2,81 - - -
0,001396 50,82 2,91 - - -
0,002186 50,83 2,91 - - -
0,003838 50,83 2,88 - - -
0,005773 50,13 3,27 0,0047 46,4 1,8
0,008532 49,43 3,09 0,0095 46 1,93
0,013825 47,45 3,23 0,0194 44,6 1,85
0,02147 44,57 3,63 0,0434 40,1 2,67
0,027997 42,26 3,7 0,1103 31,7 4,75
0,051157 35,67 4,82 0,3406 17,9 8,92
0,091717 27,06 6,21 - - -
0,129873 22,79 7,11 - - -
0,249625 15,69 10,62 - - -
0,435145 10,49 16,55 - - -
0,619615 7,22 - - -
In Tabella 5.27 sono riportati i valori della soglia di deformazione lineare, γl, e volumetrica, γp,
stimati con le due prove, da cui si può osservare come il materiale sia in generale caratterizzato da
un campo elastico lineare piuttosto ristretto e da un rapido decadimento.
Tabella 5.27 – Valori indicativi delle soglie di deformazione determinati con le prove TTC e RC
Campione Prova Soglia di deformazione lineare
γl [%]
Soglia di deformazione
volumetrica γp [%]
TTC 0,01 0,04 S2C2
RC 0,002 0,03
TTC 0,006 0,06 S3C1
RC 0,006 0,05
TTC 0,01 0,11 S10C1
RC 0,004 0,09
0
20
40
60
80
100
120
0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio, γ [%]
Mod
ulo
di ta
glio
G [M
pa]
S2C2-RC
S2C2-TTC
S3C1-RC
S3C1-TTC
S10C1-RC
S10C1-TTC
0
5
10
15
20
25
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
Deformazione di taglio,γ [%]
Rap
port
o di
sm
orza
men
to, D
[%]
S2C2-RC
S2C2-TTC
S3C1-RC
S3C1-TTC
S10C1-RC
S10C1-TTC
σ’v = 300 kPa
σ’v = 200 kPa
σ’v = 100 kPa
Figura 5.13 – Valori sperimentali del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D determinati con le prove TTC e RC in funzione del livello deformativo γ sui campioni S2C2, S3C1 e S10C1
I punti sperimentali di G in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove per ciascun
campione, sembrano essere in buon accordo per l’intero campo deformativo di interesse, come è
possibile vedere in Figura 5.13, mentre riportando i valori a tutti i campioni in forma normalizzata
rispetto al valore massimo iniziale, si osserva una certa dispersione; nel tentativo di ottenere
comunque una curva media la legge di variazione (5.3) è stata comunque adattata a tutti i punti
sperimentali. I parametri α e β, pari rispettivamente a 23 e 1.398, sono stati determinati eseguendo
una regressione lineare su variabili logaritmiche, basata sul criterio dei minimi quadrati. La curva
risultante è riportata insieme ai punti sperimentali in Figura 5.14 e confrontata con una serie di
curve di letteratura, ricavate per terreni coesivi italiani. La curva relativa al presente lavoro, come si
può vedere, si colloca in una posizione intermedia rispetto ai punti sperimentali piuttosto dispersi e
fornisce quindi una stima media dei valori di G/G0 ottenuti in laboratorio, inoltre si colloca al di
sopra di gran parte delle curve di letteratura considerate per i terreni coesivi dell’Italia centrale.
I punti sperimentali di D in funzione della deformazione γ, determinati con le due prove per ciascun
campione, sono abbastanza in accordo tra loro, così come sembrano collocarsi in una medesima
fascia i valori relativi a tutti i campioni analizzati (relativi allo stesso materiale). Per tale motivo la
legge di variazione (5.4) è stata adattata anche in questo caso a tutti i punti sperimentali, con λ e
Dmax, determinati eseguendo una regressione lineare su variabili logaritmiche, basata sul criterio dei
minimi quadrati, pari rispettivamente a –2.213 e 23%. La curva risultante è riportata insieme ai
punti sperimentali in Figura 5.15 e confrontata con le curve di letteratura. La curva determinata dal
modello, come si può vedere, si colloca in una posizione intermedia rispetto ai dati sperimentali,
mentre si colloca generalmente al di sopra della maggior parte delle curve di letteratura considerate
per i terreni coesivi dell’Italia centrale.
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
G/G
0
RC-S3C1
RC-S10C1
Presente lavoro
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al. 1989
Maugeri et al. (1998)
Crespellani et al., 1997
Madiai et al., 2001
RC-S2C2
TTC-S3C1
TTC-S10C1
TTC-S2C2
Figura 5.14 – Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore iniziale, G0, e confronto del modello sperimentale con alcune curve di letteratura
0
5
10
15
20
25
30
35
0,0001 0,001 0,01 0,1 1
γ [%]
D [%
]RC-S3C1
RC-S10C1
Presente lavoro
Carrubba and Maugeri (1988)
Crespellani et al. (1989)
Maugeri et al. (1998)
Crespellani et al., 1997
Madiai et al., 2001
RC-S2C2
TTC-S3C1
TTC-S10C1
TTC-S2C2
Figura 5.15 – Valori sperimentali del rapporto di smorzamento D, e confronto del modello sperimentale con alcune curve di letteratura.
5.5.4 Sintesi
Le misure sperimentali condotte in sito e in laboratorio, sia pure nei limiti dell’esiguità del numero
di osservazioni effettuate, e delle incertezze legate, ad esempio, agli eventuali disturbi in fase di
campionamento, indicano che :
1. il materiale attraversato dai sondaggi 2 MS, 3 MS e 10 MS, rispettivamente a profondità
comprese tra 15.30 e 15.80 m, 8.00 e 8.50 m, 4.30 e 4.80, classificato come detrito eluvio-
colluviale, è costituito prevalentemente da argilla limosa nella parte più superficiale
(campioni S3C1 e S10C1) e da limo argilloso a profondità più elevate (campione S2C2),
secondo la classificazione AGI (1977), da argilla inorganica a bassa plasticità (CL) secondo
la classificazione USCS; tale materiale risulta plastico, con indice di plasticità decrescente
con la profondità (Ip = 22 ÷ 29 %) e di consistenza medio alta, plastico, nella parte
superficiale dello strato (campione S10C1), e semisolido a maggiori profondità (campioni
S3C1 e S2C2) (Ic = 0.93 ÷ 1.09), leggermente sovraconsolidato (OCR ≈ 2.1 ÷ 3.2) nella
parte più superficiale (campioni S3C1 e S10C1) e normalconsolidato a profondità più
elevate (campione S2C2). É inoltre caratterizzato da una bassa deformabilità (Cc = 0.189);
2. le proprietà indici del materiale (densità, contenuto d’acqua, limiti di Atterberg) sono
mediamente confrontabili con quelle rilevate, nell’ambito del presente studio, per altri
materiali eluvio-colluviali presenti nella zona;
3. i valori del modulo di taglio iniziale e del rapporto di smorzamento minimo, misurati con le
prove TTC e RC, sono tra loro confrontabili e, tenendo conto della profondità a cui sono
stati estratti i campioni, e quindi della pressione di sovraconsolidazione, consentono di
affermare che si tratta di materiale di rigidezza medio-bassa e basso smorzamento;
4. la legge di decadimento del modulo di taglio e la legge di variazione del rapporto di
smorzamento con l’ampiezza della deformazione di taglio, ottenute sulla base dei dati
sperimentali, si collocano rispettivamente al di sopra e al di sotto delle corrispondenti curve
di letteratura ricavate per terreni coesivi dell’Italia centrale;
5. lo strato di materiale eluvio-colluviale presenta un andamento piuttosto irregolare della
velocità delle onde S, che oscilla per l’intera profondità tra valori compresi tra 350 e 400
m/s (salvo qualche locale e brusco incremento) e non sempre risulta evidente il passaggio ai
depositi marini sottostanti, dove la velocità, pur variando in maniera piuttosto irregolare,
mostra un trend generalmente crescente, ma con valori che comunque non superano i 700 ÷
800 m/s. Anche laddove i depositi marini affiorano si può osservare sempre un andamento
estremamente irregolare con la profondità nei valori della velocità che si mantiene sempre
comunque su valori abbastanza bassi (inferiore a 600 m/s), anche alle profondità più elevate,
laddove si raggiunge il materiale più duro (argille marnose e marne argillose).
6. Il rapporto tra il modulo di taglio iniziale misurato in sito e in laboratorio risulta abbastanza
elevato, rispetto ai valori di letteratura (a causa del disturbo in fase di campionamento) e
varia tra 4 e 6.
APPENDICE 5.1
DESCRIZIONE DELLE PROVE ESEGUITE DAL LABORATORIO GEOTECNICO DEL
DIC
Prove di classificazione
Apertura dei campioni indisturbati. I campioni indisturbati da sottoporre a prova, contraddistinti
dalla sigla del sondaggio, dal numero progressivo e dalla profondità, sono stati aperti con estrusione
orizzontale; successivamente è stata eseguita la descrizione geotecnica del terreno secondo la
normativa AGI (1977); in particolare sono state descritte le principali caratteristiche quali
dimensioni, omogeneità, colore, presenza di intrusioni e/o di materia organica. Sul campione inoltre
sono state effettuate stime della resistenza al taglio in condizioni non drenate utilizzando
scissometro e penetrometro tascabili.
Determinazione del contenuto d’acqua (w). La determinazione è stata eseguita secondo la norma
CNR-UNI 10008, ricorrendo all’essiccamento in forno alla temperatura costante di 105° fino al
raggiungimento del peso costante.
Determinazione del peso di volume umido (γ). La determinazione è stata effettuata mediante la
misura delle dimensioni e del peso del terreno contenuto in una fustella di dimensioni regolari.
Determinazione del peso specifico dei costituenti solidi (γs). La prova è stata eseguita secondo la
norma CNR-UNI 10010, che prevede l’utilizzo di un campione di terreno finemente polverizzato
introdotto in un picnometro riempito di acqua distillata.
Determinazione del limite di liquidità (wl) e di plasticità (wp). Le prove sono state eseguite secondo
la norma CNR-UNI 10014 sul terreno passante al vaglio n. 40 ASTM (0.425 mm). Per il limite di
liquidità sono state eseguite tre determinazioni utilizzando il cucchiaio di Casagrande; per il limite
plastico sono state fatte cinque determinazioni operando su cilindretti di terreno di diametro pari a 3
mm e rullati con le mani finché non appaiono le screpolature. Il risultato finale è dato, in entrambi i
casi, dai rispettivi valori medi. E’ inoltre fornito il valore dell’indice di plasticità (Ip) e la
classificazione USCS del terreno, ottenuta utilizzando la carta di plasticità di Casagrande ed i
risultati dell’analisi granulometrica.
Analisi granulometrica. La prova è stata eseguita secondo le “Raccomandazioni sulle prove
geotecniche di laboratorio”, AGI (1994), determinando la distribuzione percentuale in peso dei
grani secondo le loro dimensioni, diagrammando i risultati nel caratteristico piano semilogaritmico.
Generalmente si preferisce l’analisi granulometrica effettuata sul materiale preparato per via umida,
cioè provvedendo ad un lavaggio (preventivo alla setacciatura) del materiale essiccato e pesato, che
sarà nuovamente essiccato prima di effettuare la vagliatura finale. Nell’analisi granulometrica sono
stati utilizzati vagli tarati della serie ASTM.
La descrizione del terreno è stata eseguita sulla base della terminologia e dei criteri riportati nelle
“Raccomandazioni per l’esecuzione e la interpretazione delle indagini geotecniche”, AGI (1977),
punto 4.2.
Prove per la caratterizzazione del terreno in campo statico
Prova edometrica ad incrementi di carico (EDOIL).
La prova edometrica riproduce in laboratorio il comportamento del terreno sottoposto ad incrementi
di pressione in condizioni di deformazioni laterali impedite. Nell’ambito delle prove a carico
controllato è stata effettuata quella ad incrementi di carico.
Apparecchiatura. La prova è stata eseguita utilizzando l’apparecchio edometrico di Bishop a fulcro
fisso e caricamento posteriore, creando, con l’aggiunta di pesi calibrati, degli incrementi di carico
applicati ad un provino di sezione circolare avente diametro pari a 71 mm e altezza di 20 mm. La
massima pressione verticale raggiungibile è pari a circa 3200 kPa.
Modalità di esecuzione.La prova è stata eseguita secondo le “Raccomandazioni sulle prove
geotecniche di laboratorio”, AGI (1994). Utilizzando l’anello edometrico il provino di terreno è
preparato mediante fustellazione e successivamente inserito all’interno della cella edometrica,
posizionando in corrispondenza di ciascuna delle sue estremità una pietra porosa coperta da un
disco di carta filtro, per evitare eventuali intasamenti dei pori della pietra stessa. E’ stato applicato il
primo carico previsto dal programma sperimentale di prova, aggiungendo in cella acqua
demineralizzata solo dopo avere raggiunto il carico al quale il provino manifesta la chiara tendenza
alla compressione. Ciascun carico è stato mantenuto per 24 h rilevando le variazioni dell’altezza del
provino (in corrispondenza dei fine-settimana il carico è stato mantenuto per 72 h). Gli incrementi
di pressione verticale sono stati applicati in progressione geometrica. La sequenza degli incrementi
di carico adottata secondo la procedura standard è stata la seguente: 25, 50, 99 198, 396, 793, 1586,
3172 kPa. La sequenza dei decrementi ha seguito la regola 1:4 e quindi: 793, 198, 50 kPa.
Prove per la caratterizzazione del terreno in campo dinamico
Prova di taglio torsionale ciclico (TTC) e di colonna risonante(CR).
Tali prove consentono di determinare principalmente:
• il modulo di taglio iniziale G0 a piccoli livelli deformativi;
• la legge di decadimento del modulo di taglio, G, con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ;
• l’andamento del rapporto di smorzamento D con l’ampiezza della deformazione di taglio, γ.
Il procedimento di colonna risonante opera in alta frequenza (maggiore di 10 Hz), mentre la
modalità di taglio torsionale ciclico opera in bassa frequenza (minore di 2 Hz).
Apparecchiatura.
L’apparecchiatura utilizzata (la stessa per entrambe le modalità di prova) è quella di Stokoe del tipo
“fixed-free” dove la base del provino è fissa e la testa è libera di ruotare torsionalmente, essendo
infatti eccitata da un motore torsionale fissatovi direttamente. Tale motore, fornito dalla Ditta SBEL
(Arizona, USA), utilizza quattro magneti permanenti e quattro coppie di avvolgimenti (bobine) ed è
capace di fornire una coppia torcente massima pari a circa a 1.1 N m. Per eseguire la prova in
modalità di TTC sono utilizzati anche una coppia di trasduttori di spostamento di non contatto
posizionati in corrispondenza della testa del provino, che consentono di misurare direttamente
l’angolo di torsione del provino eccitato. Tali trasduttori (KAMAN, modello KD-2300-2S) hanno
sensibilità pari a 0.5 micron ed una corsa di 2.5 mm. Fanno poi parte dell’apparecchiatura una
catena accelerometrica con accelerometro piezoelettrico (Columbia), un oscilloscopio (Tektronix),
un generatore di funzioni programmabili Philips (sono state utilizzate onde di tipo sinusoidale), un
multimetro (Fluke), un amplificatore di potenza (Hp), un frequenzimetro (Fluke), un misuratore di
spostamenti verticali LVDT (Schaevitz), un acquisitore dati (4 canali, Yokogawa).
Modalità di esecuzione.
Il provino di terreno da analizzare (diametro 38.1 mm, altezza 76.2 mm) è stato preventivamente
saturato utilizzando la procedura di back pressare fino al raggiungimento di valori del parametro B
di Skempton soddisfacenti, quindi sottoposto a consolidazione isotropa fino a circa il valore della
pressione litostatica, che è stata raggiunta con modalità multistage.
La prova di colonna risonante è stata eseguita sullo stesso provino di terreno già assoggettato alla
prova di taglio torsionale ciclico, dopo un intervallo di 24 ore a drenaggio aperto. Le due prove
sono state eseguite a drenaggio chiuso e svolte continuativamente senza soste intermedie.
In modalità standard la prova TTC ha previsto l’esecuzione di sei determinazioni di G e D a valori
di deformazioni crescenti ma non particolarmente elevati, così da conservare una certa integrità al
provino che deve essere successivamente assoggettato alla prova di CR. Quest’ultima è invece
proseguita fino a valori di deformazione possibili, compatibilmente con la massima potenza
erogabile dall’apparecchiatura.
Per valutare gli effetti del degrado del materiale si è misurato il valore del modulo iniziale a piccole
deformazioni subito prima e subito dopo la prova di TTC ed immediatamente dopo la fine della
prova CR.
Nella prova CR l’ampiezza della sollecitazione torsionale è preventivamente fissata e la frequenza è
variata di volta in volta. La condizione di risonanza è stata verificata osservando un fuori fase di 90°
fra azione eccitante e forze inerziali, componendo sull’oscilloscopio la coppia eccitatrice e l’output
dell’accelerometro (che dà luogo ad una configurazione ellittica). Il valore della frequenza di
risonanza e dell’accelerazione indotta sono stati utilizzati per il calcolo del modulo di taglio e delle
deformazioni. Lo smorzamento è stato determinato con il procedimento del decremento logaritmico
delle oscillazioni libere.
Nella prova TTC la sollecitazione torsionale ha una frequenza prefissata e costante (nella fattispecie
è stata posta pari a 0.5 Hz), mentre l’ampiezza è variata di volta in volta. I valori della deformazione
γ sono determinati a partire dalle misure di spostamento dei trasduttori di non contatto; i valori dello
sforzo τ del provino sono determinati attraverso la misura della tensione di sollecitazione delle
bobine.
Dalla misura sia della pendenza sia dell’area dei cicli sforzi-deformazione sul piano τ-γ, sono stati
ricavati direttamente i valori del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D.
Per ogni livello di sollecitazione (step) sono stati applicati al campione 28 cicli di carico.
La deformazione a taglio si riferisce al valore in semplice ampiezza.
RIFERIMENTI BIBILOGRAFICI
Associazione Geotecnica Italiana, 1977. Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione
delle indagini geotecniche, Roma
Associazione Geotecnica Italiana, 1994. Raccomandazioni sulle prove geotecniche di laboratorio,
Roma
Carruba, P. & Maugeri, M. (1988) "Determinazione delle proprietà dinamiche di un'argilla
mediante la prova di colonna risonante. Riv.It.Geotecnica, n. 2
Crespellani, T., Ciulli, B., T, Madiai, C., Vannucchi, G. (2000) "Indagini geotecniche in sito e in
laboratorio per la caratterizzazione dinamica di alcuni terreni di Fabriano, In Marcellini A.
e Tiberi, P.: Microzonazione sismica di Fabriano, ed. Regione Marche, Ancona
Crespellani, T., Ghinelli, A..,Vannucchi, G. (1989)" An evaluation of the dynamic shear modulus of
a cohesive deposit near Florence, Italy", Proc. 12th ICSMFE, Rio de Janeiro
Norme CNR – UNI 10008, 1963. Prove sui materiali stradali. Umidità di una terra. Milano.
Norme CNR – UNI 10010, 1964. Prove sulle terre. Peso specifico di una terra. Milano.
Norme CNR – UNI 10014, 1964. Prove sulle terre. Determinazione dei limiti di consistenza (o di
Atterberg) di una terra. Milano.
Rollins et al. (1999) Personal Communication
Saada, A.S. & Macky, T.A. (1985) "Integrated testing and properies of a Gulf of Mexico clay.
Strength of marine sediments:laboratory and in situ measurements" ASTM STP 883,
Philadelphia
Yokota, K., Imai, T., Konno, M. (1981) "Dynamic deformation characteristics of soils determined
by laboratory tests" OYO Technical Report, N. 3
8.4 Analisi della risposta sismica locale in un sito di Cagli mediante l’applicazione di un
modello monodimensionale
A cura di:
T. Crespellani1, J. Facciorusso1, C. Madiai1 e S. Vasarri1
1 Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università degli Studi di Firenze
8.4.1 Introduzione
A Cagli, i risultati delle analisi dei dati strumentali, illustrati nei capitoli 6 e 7, evidenziano marcati
fenomeni di amplificazione locale soprattutto in corrispondenza del sito posto in prossimità del
sondaggio 4 MS (Caserma Vigili del Fuoco). Le funzioni di amplificazione ricavate sulla base delle
registrazioni dei microtremori, con la tecnica di Nakamura o utilizzando il sito di riferimento,
presentano infatti picchi elevati, con valori superiori a 3 in campi di frequenze 3-7Hz o 4-6Hz e
valori massimi compresi tra 4.5 e 7, in relazione alla metodologia di elaborazione impiegata.
Anche i rapporti tra le intensità spettrali calcolate sugli spettri di risposta elastici nei campi di
frequenze 0.5-5Hz e 0.5-10 Hz risultano particolarmente elevati con valori massimi intorno a 5.
Alla luce di questi risultati, si è ritenuto perciò opportuno procedere ad una verifica dei possibili
fenomeni di amplificazione locale nel sito anche mediante l’impiego di modelli numerici.
Le analisi numeriche sono state effettuate con il codice di calcolo SHAKE (Schnabel et al., 1972),
che utilizza un modello monodimensionale ed esegue l’analisi in termini di tensioni totali,
assumendo per il terreno un legame sforzi-deformazioni di tipo lineare equivalente. Come input
sismico sono state adottate le registrazioni accelerometriche delle componenti orizzontali di due
terremoti reali.
I risultati ottenuti sono stati elaborati nel dominio del tempo e delle frequenze, determinando
l’andamento delle accelerazioni e deformazioni massime lungo la verticale esaminata, gli spettri
elastici in superficie e le funzioni di amplificazione. Per ogni spettro elastico ottenuto in superficie è
stata calcolata l’intensità spettrale (definita come integrale della funzione spettrale in un dato
intervallo di frequenze) negli intervalli 0.5-5 Hz e 0.5-10 Hz e successivamente il rapporto tra il
valore così ottenuto e l’analogo parametro dell’accelerogramma di input su roccia affiorante. I
valori di tale rapporto, che sintetizza il fattore di amplificazione legato agli effetti di sito, e le
funzioni di amplificazione sono stati infine messi a confronto con quelli ricavati dall’analisi dei dati
strumentali.
8.4.2 Modellazione e definizione dei parametri del modello
L’analisi della risposta sismica locale è stata effettuata con il codice di calcolo SHAKE, nella più
recente versione PROSHAKE, largamente diffuso e utilizzato e ritenuto a tutt’oggi dalla comunità
scientifica tra i più collaudati e affidabili.
SHAKE esegue l’analisi della risposta sismica, in termini di tensioni totali, di un deposito
stratificato orizzontalmente, posto su bedrock orizzontale, e attraversato da onde di taglio
orizzontali che si propagano in direzione verticale. Il deposito è schematizzato come un modello
monodimensionale continuo, in cui ogni strato, considerato costituito da materiale omogeneo,
isotropo, visco-elastico, è caratterizzato dai seguenti parametri:
- spessore, H
- densità, ρ
- modulo di taglio, G (valore iniziale, Go, e legge di variazione con la deformazione, G(γ))
- rapporto di smorzamento, D (valore iniziale Do, e legge di variazione con la deformazione,
D(γ)).
Il substrato roccioso è considerato elastico e caratterizzato mediante i valori della densità e del
modulo di taglio iniziale.
Il comportamento non lineare del terreno è approssimato con un modello lineare equivalente, per
mezzo di una procedura iterativa.
Dati stratigrafici e geotecnici
Lo schema stratigrafico assunto nelle analisi è stato ricavato dal profilo relativo al sondaggio 4 MS
(cap. 5) ed è riportato nella Figura 8.1; le caratteristiche geometriche e le proprietà geotecniche dei
diversi strati, ricavate sulla base delle indagini in sito e in laboratorio, i cui risultati sono riportati
nel capitolo 5, sono riassunte nella Tabella 8.1.
Per quanto riguarda l’andamento del modulo di taglio e del rapporto di smorzamento al variare della
deformazione di taglio, sono state assunte le leggi determinate sulla base dei dati sperimentali
ricavati in laboratorio da prove di colonna risonante e di taglio torsionale ciclico, secondo i criteri
già illustrati nel capitolo 5. Nella Figura 8.2 e 8.3 sono rappresentati, per i diversi strati, gli
andamenti delle funzioni G(γ) e D(γ) assunti nelle analisi.
Input sismico
Sono stati assunti quattro diversi accelerogrammi di input, scelti tra le registrazioni su roccia di
eventi reali. In particolare, sono state selezionate le componenti NS ed EW delle registrazioni
effettuate nella stazione accelerometrica di Cagli durante l’evento del 02.05.1984 e in quella del
Pollino durante l’evento del 09.09.1998. Seppure di entità modesta, le registrazioni della stazione di
Cagli sono state ritenute significative per la sismicità della zona e il loro contenuto in frequenza è
stato considerato rappresentativo di quello degli eventi che possono verificarsi nell’area. Il valore
del picco di accelerazione delle registrazioni del Pollino appare invece più prossimo a quello su
roccia durante l’evento atteso con periodo di ritorno di 475 anni.
Gli accelerogrammi utilizzati e i rispettivi spettri di Fourier sono riportati nelle Figure da 8.4 a 8.7,
ove è indicato anche per ciascuna registrazione il valore del picco massimo di accelerazione e della
frequenza fondamentale.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0 200 400 600 800 1000
Vs (m/s)Pr
ofon
dità
(m)
Argilla limosa
4 MS
Limo argilloso
Ghiaia in matrice argilloso limosa
Argilla limosa
Marna limoso argillosa
Ghiaia in matrice limoso argillosa
N° strato
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Figura 8.1 – Schema stratigrafico del sondaggio 4 MS adottato per la modellazione con Shake
Tabella 8.1 - Caratteristiche geometriche e proprietà geotecniche dei diversi strati di Fig. 8.1
N° Strato Descrizione dello strato H [m] ρ [Mg/m3] Go [MPa] Do [%]
1 Limo argilloso 1 2.018 34.2 1.19
2 Limo argilloso 1 2.018 45.5 1.19
3 Limo argilloso 1 2.018 58.4 1.19
4 Limo argilloso 1 2.018 89.1 1.19
5 Limo argilloso 1 2.018 73.0 1.19
6 Argilla limosa 1 2.140 42.0 1.19
7 Argilla limosa 2 2.140 94.4 1.19
8 Argilla limosa 2 2.140 167.9 1.19
9 Ghiaia argilloso limosa 2 2.243 259.3 0.95
10 Ghiaia argilloso limosa 2 2.243 323.9 0.95
11 Argilla limosa 1 2.140 309.2 1.19
12 Ghiaia argilloso limosa 4 2.243 595.0 0.95
13 Marna limoso argillosa Infinito 2.304 1512.0 0.5
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
0.0001 0.0010 0.0100 0.1000 1.0000Deformazione (%)
G/G
o
Terreni ghiaiosi - Rollins et All(1998)Limo argilloso e Argilla limosaCagli (presente studio)Bedrock (CNR-GNDT 2000)
Figura 8.2 – Curve di decadimento del modulo di taglio normalizzato in funzione dell’ampiezza della deformazione di taglio.
0.02.04.06.08.0
10.012.014.016.018.020.0
0.0001 0.0010 0.0100 0.1000 1.0000Deformazione (%)
D (%
)Terreni ghiaiosi - Rollins et All.(1998)
Limo argilloso e Argilla limosaCagli (presente studio)
Bedrock (CNR-GNDT 2000)
Figura 8.3 – Curve di variazione del rapporto di smorzamento in funzione dell’ampiezza della deformazione di taglio.
Cagli NS
-0.006
-0.004
-0.002
0
0.002
0.004
0.006
0 5 10 15 20
Tempo (s)
Acce
lera
zion
e (g
)
Cagli NS
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0 5 10 15 20 25 30
Frequency (Hz)
Four
ier
ampl
itude
(cm
/s) f0= 17.55 Hz amax= 0.0057 g
Figura 8.4 – Componente NS del terremoto di Cagli (02.05.1984)
Cagli EW
-0.004-0.003-0.002-0.001
00.0010.0020.0030.0040.005
0 5 10 15 20
Acce
lera
zion
e (g
)
-0.006-0.005
Tempo (s)
amax= 0.0049 g
Cagli EW
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
Four
ier
ampl
itude
(cm
/s)
0.000 5 10 15 20 25 30
Frequency (Hz)
f0= 19.45 Hz
Figura 8.5 – Componente EW del terremoto di Cagli (02.05.1984)
Pollino NS
0.05
0.1
0.15
0.2
one
(g)
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
00 5 10 15 20 25
Tempo (s)
Acce
llera
zi
amax= 0.173 g
Pollino NS
30.0035.0040.0045.0050.00
itude
(cm
/s)
0.005.00
10.0015.0020.0025.00
0 5 10 15 20 25 30
Frequency (Hz)
Four
ier a
mpl
f0= 1.56 Hz
Figura 8.6 – Componente NS Pollino del terremoto del Pollino (09.09.1998)
Pollino EW
0.15
0.2
-0.2
-0.15
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0 5 10 15 20 25
Tempo (s)
Acce
lera
zion
e (g
)
amax= 0.165 g
Pollino EW
25.00
/s)
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
0 5 10 15 20 25 30
Frequency (Hz)
Four
ier
ampl
itude
(cm
f0= 2.8 Hz
Figura 8.7 – Componente EW del terremoto del Pollino (09.09.1998)
8.4.3 Analisi dei risultati e confronti
I risultati delle analisi sono stati elaborati nel dominio del tempo e nel dominio della frequenze. I
valori dei profili di accelerazione massima e di deformazione massima ottenuti lungo la verticale
esaminata sono riportati nella Figura 8.8. In questi è possibile osservare che qualitativamente gli
andamenti del picco di amplificazione e della deformazione massima sono molto simili. Tuttavia è
da sottolineare che mentre nel caso delle registrazioni di Cagli il terreno rimane del dominio
elastico, nel caso di quella del Pollino, nella fascia di terreno tra i 2 metri e i 10 metri, l’ampiezza
della deformazione di taglio è molto maggiore della soglia volumetrica (γv≅ 0.02%), indicando
quindi un comportamento non lineare e dissipativo.
Figura 8.8 – Profili dell’accelerazione massima e della deformazione massima ottenuti lungo la verticale esaminata con i 4 input sismici.
Cagli NS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.0005 0.001 0.0015 0.002
γ max (%)
Pro
fond
ità(m
)
Cagli EW
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.0005 0.001 0.0015 0.002
γ max (%)
Pro
fond
ità(m
)
Pollino NS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.1 0.2 0.3
γ max (%)
Pro
fond
ità(m
)
Pollino EW
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.1 0.2 0.3
γ max (%)
Pro
fond
ità(m
)
Cagli NS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.005 0.01 0.015A max (g)
Pro
fond
ità(m
)
Cagli EW
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.005 0.01 0.015A max (g)
Pro
fond
ità(m
)
Pollino NS
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.1 0.2 0.3 0.4A max (g)
Pro
fond
ità(m
)
Pollino EW
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 0.1 0.2 0.3 0.4A max (g)
Pro
fond
ità(m
)
Le funzioni di amplificazione ottenute per i quattro terremoti di progetto sono state messe a
confronto con quelle ricavate dall’analisi dei dati strumentali (Capitolo 6 e 7). Tale confronto,
rappresentato nel grafico di Figura 8.9 evidenzia il buon accordo, nel campo delle frequenze di
interesse, tra l’andamento ottenuto con il metodo di Nakamura e quello relativo alle registrazioni di
Cagli. L’andamento della funzione di amplificazione ottenuta con le registrazioni del Pollino mostra
picchi meno accentuati e spostati verso frequenze più basse, in accordo con i livelli deformativi
raggiunti in tale caso.
Cagli 4 Vigili del Fuoco
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0.10 1.00 10.00 100.00Frequency (Hz)
Am
plifi
catio
n
media HV terremotimedia_EW_SSRmedia_NS_SSRCagli NSCagli EWPollino NSPollino EW
Figura 8.9 – Confronto tra le funzioni di amplificazione calcolate con SHAKE per i vari eventi considerati e quelle ottenute dall’analisi dei dati strumentali (media HV terremoti e media_EW e NS_SSR)
Gli spettri di risposta elastici ottenuti in superficie, per un rapporto di smorzamento del 5%, sono
rappresentati in Figura 8.10 e 8.11. E’ possibile osservare che le forme di tali spettri sono coerenti
con le caratteristiche degli input sismici utilizzati.
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Periodo (sec)
Acc
eler
azio
ne s
pettr
ale,
Sa
(g)
Cagli_nsCagli_ew
Figura 8.10 – Spettri di risposta elastici in termini di accelerazione (Cagli).
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
Periodo (sec)
Acc
eler
azio
ne s
pettr
ale,
Sa
(g)
Pollino NSPollino EW
Figura 8.11 – Spettri di risposta elastici in termini di accelerazione (Pollino).
In termini di spettri normalizzati (Figura 8.12) si osservano valori confrontabili del picco massimo
di amplificazione per i due eventi. Si osserva inoltre che le ordinate spettrali ottenute con le
registrazioni del Pollino sono elevate per un intervallo di periodi più ampio.
0
1
2
3
4
5
6
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3Periodo (sec)
Sa/S
a m
axCagli NS
Cagli EW
Pollino NS
Pollino EW
Figura 8.12 – Spettri di risposta elastici normalizzati in termini di accelerazione ottenuti in superficie in corrispondenza di ciascuno degli eventi considerati
Ai fini del confronto con i dati strumentali (Capitolo 7) sono state eseguite le seguenti operazioni.
Dei quattro spettri ottenuti in superficie è stata calcolata, in termini di velocità, l’intensità spettrale
negli intervalli 0.5-5 Hz e 0.5-10 Hz. Analogamente sono state calcolate le intensità spettrali negli
stessi intervalli di frequenza degli spettri (sempre in termini di velocità) su roccia affiorante relativi
agli stessi terremoti. È stato quindi valutato per ogni componente il fattore di amplificazione Fa,
cioè il rapporto tra le intensità spettrali su deposito e le rispettive intensità su roccia. I valori di tali
rapporti sono mostrati nella Tabella 8.2.
Tabella 8.2 – Valori del fattore di amplificazione, in termini di intensità spettrale, calcolati per ciascuno degli
input sismici adottati
Cagli NS Cagli EW Pollino NS Pollino EW
0.5 – 5 Hz 3.13 4.40 1.95 2.36
0.5 – 10 Hz 3.08 3.89 1.87 2.12
Si evidenzia che con le registrazioni di Cagli si ottengono valori del fattore di amplificazione Fa più
elevati di quelli ottenuti con le registrazioni del Pollino. Questo fatto trova spiegazione nei diversi
livelli di deformazione indotti che, nel caso dell’evento del Pollino, superano la soglia volumetrica,
cioè la soglia deformativa oltre la quale il comportamento del terreno diventa non lineare e
dissipativo.
Rispetto agli analoghi valori del fattore di amplificazione Fa ottenuti con le misure strumentali
mediante l’analisi numerica si raggiungono valori complessivamente più bassi ma confrontabili.
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