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Progettisti:
Resp. del progetto - Prog. arch. e coordinam.
Von Gerkan, Marg und Partner - gmp GmbH
Arch. Volkwin Marg
Progettazione strutture
Werner Sobek Stuttgart GmbH e Co.
Ing. Michael Duder
Progettazione impianti
Studio TI Soc. Cooperativa
Ing. Ennio Menotti
Progettazione del verde
LAND Milano srl
Arch. Andreas Kipar
Geologo
Dott. Aldo Antoniazzi
Coordinam. operativo
Arch. Clemens Kusch
10.04.2015
PROGETTO DEFINITIVO - 1° LOTTO
RELAZIONE METODOLOGICA
B.11B11_REL_METODOL
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elletipi s.r.l. Sede legale, operativa ed amm.va: Via Annibale Zucchini, 69 - 44122 FERRARA tel. 0532/56771 – fax 0532/56119 P IVA e Codice Fiscale n. 00174600387 e-mail: info@elletipi.it sito web: www.elletipi.it
Laboratorio aut. dal Ministero Infrastrutture e Trasporti P.C.S. LL.PP. S.T.C. in base alla legge 5 nov.1971 n. 1086 Dec. n° 56300 del 14/03/2007 Laboratorio aut. dal Ministero Infrastrutture e Trasporti P.C.S. LL.PP. S.T.C. in base al D.P.R. n. 380/01 art. 59 circ. n. 349/99 Dec. n° 53362 del 06/05/2005 Organismo Notificato n° 1308 (Decreto 826149 del 22 Marzo 2004 del Ministero delle Attività Produttive) ai sensi della Direttiva 89/106/CEE, Decreto del Presidente della Repubblica n° 246/1993, Decreto Ministeriale 156/2003
Committente:
FINANZIARIA BOLOGNA METROPOLITANA S.p.A.
P.zza Costituzione 5c – 40128 Bologna
Oggetto:
Indagini in sito per la caratterizzazione sismica e geotecnica del sottosuolo della
ex Manifattura Tabacchi di Bologna.
Titolo:
RELAZIONE METODOLOGICA
Emesso:
dott. geol. Massimo Romagnoli
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INDICE
1. PREMESSA................................................................................................................................... 3
2. INQUADRAMENTO DELL’AREA ............................................................................................. 3
3. GEOTECNICA IN SITO ............................................................................................................... 4
4. PROVE DI LABORATORIO GEOTECNICO ......................................................................... 14
5. GEOFISICA DI SUPERFICIE ................................................................................................... 19
6. RILIEVI TOPOGRAFICO .......................................................................................................... 26
7. RILIEVI GEOARCHEOLOGICI ................................................................................................ 28
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1. PREMESSA
Su incarico della committenza, la Finanziaria Bologna Metropolitana S.p.A. con sede in via
Costituzione 5c a Bologna, la scrivente ha eseguito una estesa campagna geognostica attraverso la
realizzazione di indagini geofisiche, geoarcheologiche, sondaggi, prove in sito ed in laboratorio,
finalizzata alla caratterizzazione sismica e geotecnica dei terreni di sedime su cui è edificato il
complesso della ex Manifattura Tabacchi di Bologna, il cui sito è destinato alla realizzazione del
Tecnopolo di Bologna.
2. INQUADRAMENTO DELL’AREA
2.1. UBICAZIONE
Figura 1: Area di intervento
L’area oggetto di indagine è ubicata nella periferia settentrionale della città di Bologna, nel quartiere
fiera, tra via Stalingrado, via Ferrarese e la Tangenziale Nord.
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Il complesso ha una forma approssimativamente rettangolare e si estende per una superficie
complessiva di circa 10 ettari. Le indagini si sono concentrate nella parte settentrionale del sito -
bordata di rosso nella figura 1, mentre nella restante parte del complesso – contornata in giallo – sono
state eseguite solo le indagini geofisiche da utilizzare nell’analisi sismica di III Livello.
L’ubicazione delle indagini eseguite è riportata nella planimetria e nei files allegati.
3. GEOTECNICA IN SITO
La campagna di indagine ha avuto come obbiettivo la definizione dei caratteri geologici, geotecnici e
sismici dei terreni su cui verranno edificati i fabbricati in progetto.
Essa si è articolata nell’esecuzione di:
n. 10 Penetrometrie Statiche con Piezocono, spinte fino a rifiuto strumentale (profondità massima
raggiunta 30 m da p.c.);
n. 5 Sondaggi a Carotaggio Continuo con prelievo di campioni indisturbati, spinti fino alla
profondità di 30 m da p.c.;
n. 15 Campioni Indisturbati su cui sono state eseguite le Prove di Laboratorio Geotecnico;
n. 2 Prospezioni Geofisiche Down Hole a 30 m di profondità da p.c.;
n. 6 Profili Geofisici di 80 m di lunghezza su cui sono stata eseguite: Rifrazione P ed S, Re.Mi., e
M.A.S.W.;
n. 10 Rilievi di Microtremori Sismici con metodica H/V Spectral Ratio (Nakamura);
n. 1 Rilievo Geoarcheologico sulle carote di terreno prelevate nei fori di sondaggio.
3.1. CAROTAGGIO STRATIGRAFICO Il carotaggio è stato eseguito a rotazione verticale a secco con recupero integrale e rappresentativo
dei terreni attraversati, comunque non inferiore all’90 %.
Sono stati utilizzati carotieri semplici di diametro 101 mm e lunghezza 1500 mm, con corone e scarpe
taglienti al widia, azionati ad aste di manovra di diametro 76 mm. Le pareti del foro sono state
sostenute da tubazione metallica provvisoria di diametro 127 mm, infissa con circolazione di acqua
potabile, senza l’ausilio di additivi di alcun tipo.
In ogni foro di sondaggio, in corrispondenza dei livelli più coesivi, sono stati prelevati 3 campioni
indisturbati per l’esecuzione delle prove di laboratorio geotecnico previste.
I campioni indisturbati sono stati prelevati con campionatori a pareti sottili di acciaio inox tipo Shelby
di diametro 88.9 mm, tramite infissione a pressione della fustella.
La perforazione è stata eseguita con la supervisione di geologi a tempo pieno, responsabili
dell'esecuzione dei lavori, delle misure in situ, delle quote di fondo foro, della compilazione dei dati
stratigrafici, ecc.
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La descrizione stratigrafica dei terreni attraversati è stata restituita graficamente sulle schede
stratigrafiche allegate.
ELLETTARI EK 200 B
Coppia torcente: 750 kgm
Velocità di rotazione: 0 – 490 rpm
Corsa continua: 180 cm
Spinta: 4000 kg
Trazione: 4000 kg
Portata argano manovra: 1500 kg
Pompa fanghi: C.M.O. ps 60/2 da 200 l/min
Figura 2: Sonda Ellettari EK 200
La tabella sottostante riassume le perforazioni eseguite e le strumentazioni installate inforo.
VERTICALE PROFONDITA’ QUOTA
POZZETTO
STRUMENTAZIONE
INSTALLATA
DATA
INSTALLAZIONE
S1 30.00 37.62 m s.l.m.m. D.H. – 30 m 02/04/14
S2 30.00 38.39 m s.l.m.m. Piezometro T.A. 15 m 25/03/14
S3 30.00 37.06 m s.l.m.m. Piezometro T.A. 15 m 04/04/14
S4 30.00 37.51 m s.l.m.m D.H. – 30 m 31/03/14
S5 30.00 37.70 m s.l.m.m Piezometro T.A. 15 m 27/03/14
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3.2. PROVA SPT
In ogni foro di sondaggio, in corrispondenza dei livelli incoerenti (sabbie e ghiaia), sono state eseguite
delle prove S.P.T..
La prova SPT (standard penetration test), consente di determinare la resistenza che un terreno offre
alla penetrazione dinamica di un campionatore infisso nel terreno, a partire dal fondo del foro di
sondaggio che si sta effettuando. La resistenza offerta dal terreno attraversato è funzione delle sue
caratteristiche fisico-meccaniche (granulometria e addensamento/consistenza).
Con la prova viene anche prelevato un campioncino (rimaneggiato di qualità Q2-Q3).
Le modalità e le attrezzature di prova sono normate dallo standard ASTM 1586-99 e dalle
Raccomandazioni per le Indagini Geotecniche dell’ AGI 1977.
La prova consiste nel far cadere un maglio del peso di 63.5 kg da un’altezza di 760 mm, su una testa
di battuta fissata alla sommità di una batteria di aste (del diametro di 50 mm ed un peso per metro
lineare di circa 7,2 kg) alla cui estremità inferiore è fissato un campionatore (Raymond) di dimensioni
standardizzate.
Il numero di colpi (N) necessario per una penetrazione del campionatore pari a 300 mm (dopo una
infissione preparatoria di 150 mm – di cui si prende nota ma non si considera nei calcoli) è il dato
assunto come indice della resistenza alla penetrazione (NSPT).
Elletipi utilizza sempre un dispositivo di prova standard, tipo Pilcon-Nenzi che ha un rendimento
medio del 60%, pari al rendimento di riferimento: NSPT = N60.
La tabella sottostante riassume le prove S.P.T. eseguite in foro.
PROVA PROFONDITA’ (m) NUMERO COLPI
SP1 SPT1 9.00 – 9.45 3 – 4 – 6
SP1 SPT2 18.00 – 18.45 15 – 18 – 21
SP1 SPT3 21.00 – 21.45 13 – 26 – 29
SP1 SPT4 28.50 – 28.95 14 – 16 – 21
SP2 SPT1 6.00 – 6.45 5 – 5 – 8
SP2 SPT2 15.00 – 15.45 8 – 8 – 11
SP2 SPT3 22.50 – 22.95 13 – 20 – 17
SP2 SPT4 27.00 – 27.45 12 – 13 – 18
SP3 SPT1 5.00 – 5.45 3 – 5 – 6
SP3 SPT2 9.00 – 9.45 4 – 6 – 10
SP3 SPT3 21.00 – 21.45 20 – 18 – 17
SP3 SPT4 28.50 – 28.95 12 – 15 – 17
SP4 SPT1 9.00 – 9.45 5 – 8 – 9
SP4 SPT2 10.50 – 10.95 8 – 9 – 12
SP4 SPT3 15.00 – 15.45 10 – 11 – 16
SP4 SPT4 21.00 – 21.45 22 – 25 – 35
SP5 SPT1 6.50 – 6.95 2 – 4 – 4
SP5 SPT2 15.00 – 15.45 9 – 12 – 14
SP5 SPT3 19.50 – 19.95 19 – 27 – 34
SP5 SPT4 26.50 – 26.95 12 – 13 – 15
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3.3. PENETROMETRIA CON PIEZOCONO
In accordo con la Direzione Lavori, e senza aggravi di costo per la Committenza, in luogo delle
penetrometrie con punta meccanica originariamente previste, tutte le penetrometrie eseguite sono
state svolte con punta elettrica con piezocono (CPTU). Questa modalità di prova consente una più
precisa, affidabile e ripetibile determinazione della caratteristiche meccaniche dei terreni attraversati,
senza penalizzare la capacità operativa del penetrometro anche in presenza di terreni molto
consistenti. In un caso infatti (CPT2/New) è stato attraversato il banco di ghiaie profonde, presenti
ubiquitariamente nell’area oggetto di indagine a circa 20 metri di profondità.
Nei rimanenti casi la penetrazione si è dovuta arrestare poco dopo il tetto del suddetto banco di
ghiaie, perché si è raggiunto il fondo scala (50 MPa) della cella di carico della resistenza ala punta e/o
perché si sono rilevate deviazioni repentine della traiettoria di penetrazione, entrambe tali da mettere
a repentaglio la sicurezza della strumentazione impiegata.
Si è mantenuta la denominazione delle prove penetrometriche indicata dal piano dei lavori.
La tabella sotto riportata riassume le attività di penetrometria svolte:
PROVA PROFONDITA’ DATA QUOTA
CPTU1/New 19.82 14/03/14 37.96
CPTU2/New 19.02 20/03/14 37.31
CPTU3/New 19.52 13/03/14 37.61
CPT1/New 19.14 20/03/14 39.72
CPT2/New 30.30 14/03/14 36.81
CPT3/New 19.20 19/03/14 37.51
CPT4/New 20.31 13/03/14 37.56
CPT5/New 18.58 13/03/14 37.66
CPT6/New 19.72 19/03/14 37.70
CPT7/New 19.56 19/03/14 37.69
Le modalità di preparazione ed esecuzione della prova hanno seguito le indicazioni delle Norma ISO
22476-1 “Geotechnical investigation testing – Field testing – Electrical cone and piezocone
penetration test”.
La prova penetrometrica statica CPTU consiste nella misura della resistenza alla penetrazione di una
punta elettrica dotata di piezocono, di dimensioni e caratteristiche standardizzate, infissa nel terreno a
velocità costante (V = 2 cm/s ± 0.5 cm/s), i cui dati vengono registrati ogni 2 cm di avanzamento.
La penetrazione avviene attraverso un dispositivo di spinta, un penetrometro GeoMill da 200 kN di
spinta massima montato su autocarro Mercedes Unimog 4 X 4, che agisce su una batteria di aste
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(aste cave con il cavo di trasmissione dati all’interno) alla cui estremità inferiore è collegata la punta
con piezocono.
Figura 3: Interno penetrometro Geo Mill 20 ton, con strumentazione punta elettrica
Il piezocono è una punta penetrometrica elettrica, dotata di un trasduttore di pressione per la misura
della pressione interstiziale dei pori, cioè del carico idraulico istantaneo presente nell’intorno della
punta. La pressione dell’acqua interstiziale del terremo viene trasmessa al trasduttore attraverso un
filtro opportunamente saturato e disareato, che è posto tra la base dell’estremità conica della punta ed
il manicotto di attrito. Il range di misura del trasduttore di pressione va da 0 a 3500 kPa.
I trasduttori di forza per la misura della resistenza alla punta (Qc) e dell'attrito laterale (Fs), sono
realizzati con ponti estensimetrici studiati per ridurre gli effetti prodotti da eccentricità del carico.
Le due celle di misura sono meccanicamente indipendenti, in tal modo l'applicazione del carico sulla
punta non da luogo a letture apparenti sul carico del manicotto.
Un termometro misura la temperatura degli elementi sottoposti a sforzo e permette, per mezzo
d’algoritmi di calcolo, la compensazione termica delle grandezze in misura.
Il sistema di misura d’avanzamento delle aste è costituito da un trasduttore di spostamento lineare.
Un sottile cavetto in acciaio che esce dal dispositivo, è collegato alla testa di spinta e, durante la fase
d’infissione delle aste, provoca la rotazione di un potenziometro multigiro. La corsa utile di misura può
arrivare a 150 cm.
L'inclinazione assunta dal piezocono durante la sua infissione, è misurata per mezzo di un
inclinometro biassale . Le derive termiche sono compensate sia per mezzo d’opportuni dispositivi
presenti sui sensori sia via software.
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I dati delle resistenze alla punta, al manicotto laterale, della pressione dei pori e dell’inclinazione della
punta vengono registrati dal computer di pilotaggio della prova e successivamente elaborati.
Nei diagrammi e tabelle allegate sono riportati i seguenti valori di resistenza (rilevati dalle letture di
campagna, durante l'infissione dello strumento):
− qc (kg/cm2) = resistenza alla punta (conica);
- fs (kg/cm2) = resistenza laterale (manicotto);
- U (kg/cm2) = pressione dei pori (setto poroso);
- fs/qc (%) = rapporto attrito laterale / resistenza alla punta;
- ∆U/qc = variazione pressione dei pori in funzione della resistenza alla punta.
I parametri sopra descritti sono rilevati ad intervalli regolari di 2 cm.
Oltre all'elaborazione dei valori di resistenza del sottosuolo, vengono fornite utili informazioni per il
riconoscimento di massima dei terreni attraversati (stratigrafia), in base al rapporto qc/fs fra la
resistenza alla punta e la resistenza laterale del penetrometro, ovvero in base ai valori di qc e del
rapporto FR = (fs/qc) %.
Sempre con riferimento alle prove penetrometriche statiche con piezocono CPTU, nelle tavole
allegate sono riportate indicazioni concernenti i principali parametri geotecnici (coesione non drenata
Cu, angolo di attrito interno efficace , densità relativa Dr, peso di volume Y, ecc).
Figura 4: Punta penetrometrica: Piezocono.
Il dispositivo utilizzato per le prove è il piezocono sismico G1- CPL2IN di Tecnopenta, con le seguenti
caratteristiche tecniche:
GEOMETRIA
Diametro : 35,7 mm
Altezza nominale : 30.9 mm
Angolo d’apertura : 60°
Area nominale : 1000 mm2
Altezza : base cilindro – filtro : 10 mm
SETTO POROSO
MANICOTTO DI ATTRITO PUNTA
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Altezza quadring : 3.5 mm
Area netta : 6.6 cm2
Superficie manicotto : 150.0 cm2
Lunghezza manicotto : 133.7 mm
Area superiore manicotto : 2.22 cm2
Area inferiore manicotto : 3.31 cm2
CARATTERISTICHE ELETTRICHE
Sensori di Resistenza alla punta (Qc)
Sensori : 8 estensimetri da 350 ohm a ponte completo con bilanciamento di zero
Fondo Scala : 50 Mpa
Risoluzione : 10 kPa
Precisione : < ± 1% F.S.
Valore minimo misurabile : -100 kPa
Deriva termica di zero : < 0.05% F.S./°C
Sensori di Cella Resistenza laterale (Rl)
Sensori : 8 estensimetri da 350 ohm a ponte completo con bilanciamento di zero
F.S. : 500 kPa ( or 800 kPa on request)
Risoluzione : 0.1 kPa
Precisione : < ± 2% F.S.
Valore minimo misurabile : -20 kPa
Deriva termica di zero : < 0.05% F.S./°C
Influenza di Rp su Rl : < 1.5% F.S. di Fs
Sensori di Pressione neutrale (Pn)
Sensore : Trasduttore di pressione piezoresistivo
F.S. : 3500 kPa
Risoluzione : 1 kPa
Precisione : <0.25% F.S
Deriva termica di zero : < ± 0.005 % F.s./°C
Valore minimo misurabile : - 100 kPa
Filtro : bronzo poroso (sinterizzazione di granuli di bronzo diametro 5 micron)
Altezza filtro : 5 mm
Diametro : 35.7 mm
Olio siliconico di saturazione : 100 cS
Sensori di Inclinazione (I)
Sensore : Inclinometro biassiale
F.S. : ± 10 gradi
Risoluzione : 0.1 grado
Precisione : ± 0.25 % della lettura
Deriva termica dello zero : <0.05% F.S. /°C
Sensori di Temperatura
Sensore : Monolitico con condizionatore inserito
Capo di misura : - 50 + 150 °C
Risoluzione : 0.1°C
Precisione : ± 2% della scala
Avanzamento
Sensore : Potenziometro 10 giri da 10 Kohm
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Risoluzione : 1 mm
Precisione : < ± 1% della lettura
Corsa : 190 mm ( o altra a richiesta)
I certificati delle prove eseguite ed i files di acquisizione, sono riportati negli allegati.
3.4. PROVE DOWN HOLE Al termine della perforazione dei sondaggi S1 ed S4, i fori sono stati completati con l’installazione di
tubi in PVC del diametro di 80 mm fino a fondo foro (30 m da p.c. circa), per l’esecuzione delle
previste prove geofisiche tipo Down Hole.
Figura 5: Geofono da pozzo G1-GEO 3D.
Le prove sismiche Down Hole vengono eseguite con lo scopo di misurare la velocità delle onde dirette
che si propagano dalla superficie del terreno in profondità. Il terreno viene energizzato in superficie, in
prossimità di testa foro e la registrazione avviene in foro grazie ad un geofono triassiale ancorato a
profondità crescenti. Tale geofono registra gli spostamenti (tradotti sotto forma di impulsi elettrici)
lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x, y, z). Le onde sismiche vengono generate energizzando il
terreno in direzione verticale e in direzione trasversale (parallelamente al suolo).
Nel primo caso verranno generate prevalentemente onde compressive (onde P) che si propagano in
profondità e vengono registrate al meglio dal geofono verticale (asse z). Nel secondo caso verranno
generate prevalentemente onde di taglio (onde S) visibili principalmente sui geofoni con l’asse posto
orizzontalmente (assi x e y). Le onde di taglio hanno velocità inferiori rispetto a quelle compressive,
solitamente intorno al 60-70%, ma anche molto meno in caso di terreni sedimentari recenti in falda,
quindi raggiungono il geofono quando il primo fronte d’onda compressiva è già transitato. Questo
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passaggio, purtroppo, costituisce un disturbo per la misura delle onde trasversali in quanto i geofoni
orizzontali si trovano ancora in movimento all’arrivo dell’onda S. Per migliorare il rapporto fra l’energia
dell’onda compressiva P e l’energia dell’onda trasversale S a favore di quest’ultima, si realizza una
doppia energizzazione orizzontale con verso opposto. La sottrazione delle forme d’onda relative a
queste due acquisizioni, riduce sensibilmente la componente compressiva presente nel segnale. Tali
prove forniscono una dettagliata stratigrafia di velocità delle onde compressive (Vp) e delle onde di
taglio (Vs).
L’attrezzatura per prove Down Hole in dotazione della Elletipi S.r.l. si compone di:
• Geofono da pozzo G1-GEO 3D;
• centralina D1-SISMI USB a 8 canali, al quale è collegato un dispositivo di trigger (intervallo minimo
di acquisizione ms 0.017);
• Sistema di energizzazione per onde di compressione P costituito da mazza (del peso di 10 Kg)
lasciato cadere con violenza su una piastra in alluminio adagiata in superficie ad una distanza di
circa 2.0 m dal foro dopo averne opportunamente predisposto il piano di appoggio e dopo averla
orientata in direzione ortogonale ad un raggio uscente dall’asse del foro;
• Sistema di energizzazione per onde di taglio S costituito dalla medesima massa battente manovrata
a mano e agente a percussione sul piano orizzontale in modo coniugato (180°) su di due travi di
legno lunga 1.0 m poste a circa 2.0 m dall’asse del foro, rinforzata da piastre metalliche.
Caratteristiche tecniche dei Geofoni Sensore ( a 24°C) 4.5-10 Hz Distorsione Minore del 0.075% Frequenze spurie > 160 Hz Resistenza della bobina 395ohm Massa 8.4g Spostamento della bobina 1.78 mm Diametro 27.4 mm Altezza 31.5 mm Peso 76.4 g Temperatura operativa -40°C +90°C
Una volta raggiunta la profondità di prova i ricevitori vengono assicurati alla parete del tubo di
rivestimento mediante un packer azionato dalla superficie, la sorgente viene colpita in senso verticale
(per generare onde di compressione P) e lateralmente (per generare onde di taglio SH) facendo
partire, per mezzo del trigger, la registrazione del segnale.
La misura dei tempi dei primi arrivi delle onde sismiche deve essere realizzata con precisione e con
un dettaglio pari a meno di due centesimi di millisecondo. La prima fase dell'elaborazione consiste
nella determinazione dei primi arrivi sia delle onde P che delle onde S. Il picking dei tempi delle onde
P è una operazione relativamente semplice, mentre per la corretta individuazione dei tempi di arrivo
delle onde S è necessario evidenziare l’inversione di fase dell’onda di taglio: per tale scopo si effettua
la sovrapposizione dei sismogrammi ricavati per la stessa profondità dai due punti di battuta;
sovrapponendo le tracce si avrà la corretta localizzazione delle onde S quando si noterà il movimento
uguale ed opposto della fase d’onda.
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-15
-10
-5
0
5
10
15
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
T (m/s)
Seg
nale
(m
V)
Arrivi onde "S"
Figura 6: Grafico degli arrivi coniugati delle onde S.
Le velocità Vp e Vs misurate ed i parametri correlati sono riportati nei certificati allegati.
Il boccaforo dei tubi Down Hole è stato completato con pozzetto carrabile e chiusino con lucchetto di
sicurezza.
3.5. PIEZOMETRI I piezometri a tubo aperto consentono il rilievo della profondità della superficie piezometrica, mediante
misurazione con apposita sondina elettrica (freatimetro).
Al termine della perforazione dei sondaggi S2, S3 ed S5, i fori sono stati completati con l’installazione
di tubi in PVC del diametro di circa 80 mm fino a profondità sufficiente da garantire il monitoraggio
dell’escursione massima della falda freatica.
La specifica di riferimento seguita per il’installazione della suddetta strumentazione sono le
“Raccomandazioni sulla Programmazione ed Esecuzione delle Indagini Geotecniche” dell’AGI
Associazione Geotecnica Italiana (1977).
La strumentazione installata nel foro è costituita da un tubo piezometrico in PVC, del diametro di circa
80 mm, costituito da una serie di spezzoni ciechi e filtranti di lunghezza variabile tra 1.5 e 3 m; gli
spezzoni filtranti del tubo sono fenestrati orizzontalmente e rivestiti con apposita calza in tessuto non
tessuto; i diversi spezzoni di tubo sono giuntati attraverso appositi manicotti incollati.
L'installazione del piezometro è avvenuta nelle seguenti fasi:
− posa di sabbia grossa o ghiaietto pulito ( Ø = 4÷8 mm) da fondo fora fino alla profondità desiderata;
− discesa a quota del tubo piezometrico, precedentemente assemblato secondo la sequenza di tratti
ciechi e fenestrati (ricoperti di filtro di geotessuto); i singoli spezzoni di tubo sono collegati tra loro
mediante appositi manicotti di giunzione, opportunamente sigillati (lo spezzone di piezometro più
profondo è stato chiuso con apposito tappo di fondo);
− posa di sabbia grossa o ghiaietto pulito ( Ø = 1 ÷ 4 mm) attorno al tratto fenestrato del tubo
piezometrico, ritirando man mano il rivestimento, senza l'ausilio della rotazione, con l'avvertenza di
controllare che il tubo piezometrico non risalga assieme al rivestimento;
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− posa di un tampone impermeabile di bentonite a pallini (compactonite) dello spessore complessivo
di circa 1 m al di sopra del tratto fenestrato;
− riempimento del foro al di sopra del tampone impermeabile con una miscela plastica acqua-
cemento-bentonite (con proporzioni in peso rispettivamente di 100, 30 e 5), calata attraverso appositi
tubi sul fondo del foro;
− spurgo/lavaggio del piezometro.
Di seguito è riportata la tabella con la profondità della falda rispetto al piano campagna, rilevata il
giorno 16/04/14.
PIEZOMETRO PROFONDITA’ FALDA QUOTA P.C.
S2 2.85 m da p.c.. 38.39 m s.l.m.m.
S3 2.05 m da p.c.. 37.06 m s.l.m.m.
S5 2.30 m da p.c.. 37.70 m s.l.m.m
Il boccaforo dei piezometri è stato completato con pozzetto carrabile e chiusino con lucchetto di
sicurezza.
4. PROVE DI LABORATORIO GEOTECNICO
Allo scopo di valutare correttamente i parametri geotecnici dei terreni incontrati, in particolare l’entità
dei cedimenti possibili, e per verificare la corretta interpretazione dei dati penetrometrici, durante
l’esecuzione del sondaggio sono stati prelevati dei campioni indisturbati di terreno, da sottoporre a
prove geotecniche in laboratorio, come indicato nella tabella seguente.
Campione Profondità Limiti Granulometria Peso specifico Taglio CD Edometria
S1SH1 4.40 - 4.60 X X X X X
S1SH2 15.50 - 15.80 X X X X X
S1SH3 26.50 - 27.00 X X X X X
S2SH1 5.60 - 6.00 X X X X X
S2SH2 12.00 - 12.50 X X X X
S2SH3 24.00 - 24.50 X X X X
S3SH1 7.50 - 8.10 X X X X X
S3SH2 13.50 - 14.00 X X X X X
S3SH3 24.00 - 24.40 X X X X X
S4SH1 3.60 - 4.10 X X X X X
S4SH2 13.50 - 14.00 X X X X X
S4SH3 22.50 - 23.00 X X X X X
S5SH1 3.00 - 3.50 X X X X X
S5SH2 10.80 - 1.30 X X X X X
S5SH3 22.50 - 23.00 X X X X X
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4.1. APERTURA DEI CAMPIONI E DETERMINAZIONI DEI PARAMETRI DEL TERRENO
I campioni indisturbati ricevuti in laboratorio sono contenuti dentro fustelle di acciaio inox del diametro
interno di 88.9 mm e di lunghezza variabile. Il terreno all’interno delle fustelle viene estratto
lentamente tramite un estrusore a pistone azionato oleodinamicamente.
Sul campione estratto dalla fustella di campionamento viene eseguita immediatamente la misurazione
della lunghezza, la descrizione litologica e la misura della resistenza alla penetrazione con pocket
penetrometer e della resistenza al taglio con scissometro tascabile, la determinazione del contenuto
d’acqua, del peso di volume e del peso specifico.
I parametri direttamente determinati e quelli calcolati tramite i precedenti, vengono presentati nelle
schede allegate.
4.2. LIMITI DI CONSISTENZA
La determinazione dei limiti di consistenza, detti anche limiti di Atterberg, ha lo scopo di indagare il
comportamento della frazione fine dei terreni (passante al setaccio 0.425 mm), dove i minerali argillosi
che la costituiscono in parte, sono estremamente sensibili a variazioni del contenuto di acqua.
L’acqua fa assumere al terreno comportamenti diversi a seconda della sua percentuale.
Un terreno con un contenuto di acqua molto alto è privo di consistenza, e si comporta come un fluido.
Diminuendo il contenuto aumenta la consistenza del terreno fino al punto in cui esso diviene
plasmabile. Il contenuto percentuale di acqua che individua questo cambiamento di comportamento è
detto limite liquido. Se si diminuisce ulteriormente il contenuto di acqua il terreno diventa friabile. Il
contenuto percentuale di acqua che individua questo cambiamento di comportamento è detto limite
plastico. Diminuendo ancora l’umidità il terreno diminuisce di volume. Il contenuto percentuale di
acqua al di sotto del quale il terreno non si riduce più di volume è detto limite di ritiro.
La differenza tra il limite liquido e limite plastico è detta indice plastico. Più l’indice plastico è grande,
più il terreno è sensibile alle variazioni del contenuto di acqua.
Il valore dell’indice liquido viene estrapolato in corrispondenza dell’ascissa 25 colpi, dal diagramma
semilogaritmico in cui si inseriscono i tre o più valori di umidità con i corrispondenti colpi necessari alla
chiusura del solco tracciato nel provino. L’umidità così individuata è per definizione il limite dello stato
liquido.
Il limite plastico è l’umidità determinata in un cilindretto di terreno impastato e manipolato fino al
diametro di tre millimetri, quando in corrispondenza del quale il terreno si rompe perdendo la sua
capacità di essere modellato. L’umidità così determinata indica il limite dello stato plastico della terra.
La differenza wL – wP è detta indice di plasticità Ip. Per terre non plastiche si considera
convenzionalmente Ip = 0.
4.3. GRANULOMETRIE
La granulometria è una proprietà fisica del terreno chiamata anche tessitura. Essa identifica, in base
alle dimensioni, le singole particelle che compongono una roccia sedimentaria, un suolo o un terreno.
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Le particelle sono distinte in classi granulometriche. In generale, a prescindere dai parametri
dimensionali adottati dai diversi sistemi di classificazione, le classi granulometriche prese in
considerazione in sono sei, in ordine di dimensione crescente: argilla, limo, sabbia, ghiaia, ciottoli. In
questo lavoro si utilizza la classificazione granulometria è quella suggerita dall’ Associazione
Geotecnica Italiana, dove:
argilla < 2 µm < limo < 0.060 mm < sabbia < 2 mm < ghiaia < 60 mm < ciottoli
Sui materiali medio grossi, sabbie e ghiaie viene eseguita una granulometria per setacciatura, sulla
frazione più fine viene eseguita per decantazione.
4.4. EDOMETRIE
Le prove edometriche sono state eseguite seguendo le Raccomandazioni A.G.I. 1994, e
specificamente la norma ASTM D – 2435 method A.
Esse consistono nell’applicare una sequenza di carichi, ciascuno dei quali mantenuto costante per un
periodo di tempo (normalmente 24 ore) sufficiente a garantire la completa dissipazione delle sovra-
pressioni dell’acqua interstiziale generate dal carico stesso.
Nel corso del processo ci consolidazione viene rilevata l’altezza del provino a vari istanti di tempo, e i
dati così ottenuti sono utilizzati per determinare i parametri di compressibilità e la velocità di
consolidazione.
L’apparecchiatura utilizzata consiste in un anello rigido fisso del diametro di 50 mm e di altezza 20
mm che contiene il provino, una base ed una testa di carico e due piastre porose poste tra queste ed il
provino.
L’insieme provino – anello rigido – pietre porose, è posto in un contenitore pieno d’acqua, in modo da
prevenire l’essiccamento del materiale nel corso della prova ed a fornire l’acqua di assorbimento
durante la fase di scarico (rigonfiamento).
La misura delle deformazioni verticali viene rilevata da un trasduttore di spostamento centesimale
LDVT e registrata dal sistema di acquisizione automatico computerizzato.
Dopo avere posizionato il provino nell’apparecchiatura edometrica, si inizia ad applicare i carichi. Gli
incrementi di pressione verticale ∆σv sono applicati in progressione geometrica, secondo la sequenza
12.5 , 25, 50, 100, 200, 400, 800 e 1600 kN/m2. Terminata la sequenza di carico si procede ad
eseguire la fase di scarico, passando da 1600 a 400 ed infine a 100 kN/m2.
Data la bassa permeabilità dei terreni coesivi, i cedimenti (rilevata con una precisione di 1.0x10-6 m)
conseguenti all’applicazione di ogni gradino di carico si sviluppano lentamente nel tempo. Ogni
incremento di carico quindi viene mantenuto per un periodo di tempo di 24 ore, sufficiente
all’assestamento del provino. L’entità del consolidamento provocata da ogni incremento di carico è
rilevata dopo le 24 ore.
Durante i consolidamenti conseguenti a due incrementi diversi di carico (es.: da 50 a 100 kN/m2 e da
100 a 200 kN/m2) vengono misurati gli abbassamenti ad intervalli di tempo prima ad intervalli
ravvicinati, poi via via distanziati: 5, 10, 15, 20”; 1, 2, 4, 8, 15, 30’;1, 2, 4, 8 e 24 ore.
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Per la corretta determinazione dei parametri individuati dalla prova edometrica vengono individuati e
riportati i dati di umidità naturale (ad inizio e a fine prova), massa volumica, e peso specifico del
provino.
I parametri calcolati e presentati nel certificato sono i seguenti:
- peso specifico (kN/m3);
- massa volumica apparente ad inizio e fine prova (kN/m3);
- massa volumica apparente secca ad inizio e fine prova (kN/m3);
- umidità ad inizio e fine prova (%);
- indice dei vuoti ad inizio prova;
- grado di saturazione iniziale e finale (%):
- coefficiente di consolidazione Cv (cm2/sec);
- permeabilità (cm/sec);
- pressione di preconsolidazione (kPa);
- indice di compressione Cc;
- rapporto di compressione CR;
Gi elaborati grafici presentati nel certificato sono:
- curva ∆H (mm) – log t (mm);
- curva εv% - log σv (kPa).
I coefficienti Cc, Cv e la pressione di preconsolidazione vengono ricavari da costruzioni geometrico -
grafiche sulle curve riportate nel certificato secondo i metodi di Casagrande. I parametri di massa
volumica, indice dei vuoti, grado di saturazione, modulo edometrico, coefficiente di compressibilità,
vengono ricavati attraverso varie relazioni tra grandezze misurate durante la prova (abbassamenti,
carico) e caratteristiche determinate del campione: umidità, massa volumica apparente, peso
specifico. La permeabilità è calcolata per via indiretta con la seguente relazione: k = mv x γw x Cv.
5.1. PROVA DI TAGLIO DIRETTO
Le prove di taglio diretto previste dal programma lavori erano da eseguirsi in modalità taglio residuo,
per la determinazione sia dei parametri di picco che residui. Dato che tale modalità è applicabile solo
ai materiali argillosi, essendo il concetto di resistenza residua (ed anche la determinazione pratica) per
i terreni granulari non applicabile, sui campioni prelevati in cui si è rilevata la presenza di terreni
sabbiosi, si è proceduto all’ esecuzioni di prove di taglio semplice con estensione massima possibile
della deformazione del provino, al fine di determinare l’attrito ultimo, a volume costante, o come a
volte impropriamente definito, allo stato critico.
Le prove di taglio diretto sono state eseguite seguendo la norma ASTM D – 3080.
La prova consiste ne determinare i parametri di coesione ed angolo di attrito del campione sottoposto
a prova in termini di sforzi efficaci (c’ e φ’).
Il provino viene ricavato dal campione indisturbato prelevato nel foro di sondaggio. La dimensione dei
provini sottoposti a prova è di un quadrato di 60 mm di lato per 30 mm di altezza.
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La prova avviene ad una velocità di deformazione sufficientemente lenta tale da garantire la
dissipazione della pressione interstiziale, cioè in condizioni drenate.
Attrezzatura di prova
L’attrezzatura di prova utilizzata si compone di.
1. una scatola di taglio quadrata dalle pareti rigide contenente un foro porta campione a sezione
quadrata o circolare, divisibile trasversalmente in due parti;
2. una macchina di taglio (mod. Controls T 206 Electronic o T 207 Digital), che agisce come una
pressa orizzontale che fa avanzare una delle due metà della scatola a velocità controllata e
sufficientemente bassa tale da impedire la creazione di sovrappressioni interstiziali. La macchina è
anche dotata di un sistema di leve per l’applicazione del carico verticale di consolidazione;
3. da un sistema di misura ed acquisizione automatica computerizzata, composto da due
trasduttori di spostamento LDVT per la misura del consolidamento verticale e della deformazione
orizzontale, e da una cella di carico per la misura della forza di taglio.
Procedura di prova
La prova si svolge con la consolidazione e la rottura di tre provini dello stesso campione, fatti
consolidare a carichi diversi.
Nella fase di consolidazione il provino sottoposto a prova viene consolidato mediante l’applicazione di
un carico, di entità variabile in funzione della consistenza del provino. La consolidazione viene
protratta fino a quando il cedimento primario non è concluso.
La fase di taglio inizia al termine della fase di consolidazione. In questa fase la parte inferiore della
scatola di taglio viene fatta scorrere rispetto a quella superiore che è fissata in contrasto alla cella di
carico che così misura la forza necessaria all’avanzamento della parte inferiore dalla scatola.
Come già detto la velocità di avanzamento della metà inferiore della scatola di taglio deve essere tale
da consentire il mantenimento delle condizioni drenate. La velocità di avanzamento può variare da
0.001 – 0.003 mm/min per le argille a 1 mm/min per le sabbie.
La fase di rottura si protrae fino a quando non si registrano decrementi del carico, o fino al 20 % della
deformazione del provino (20% del diametro o del lato).
Procedimento di calcolo e presentazione dei risultati
Lo sforzo di taglio viene calcolato con la seguente relazione:
dove:
A0 = sezione iniziale del provino (cm2);
K = costante di taratura della cella di carico (N/µm)
t = tensione di taglio unitaria (kPa)
Nel certificato di prova vengono rappresentate le curve sforzi - deformazione per ciascun provino e
l’inviluppo di rottura dei tre provini.
Oltre ai diagrammi indicati, viene riportate le seguenti determinazioni per ciascun provino:
• contenuto d’acqua iniziale e finale;
• peso i volume umido e secco;
• dimensioni iniziali;
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• carico verticale applicato;
• cedimento in consolidazione;
• cedimento a rottura;
• deformazione a rottura;
• velocità della fase di taglio;
• resistenza al taglio.
I certificati delle prove eseguite e la tabella riassuntiva dei principali parametri geotecnici determinati
nelle prove di laboratorio, sono riportati in allegato.
5. GEOFISICA DI SUPERFICIE
La campagna di indagini geofisiche ha previsto l’esecuzione di n° 6 profili di sismica a rifrazione da 80
m cadauno (offset inclusi), n ° 6 profili Masw da 80 m cadauno (offset inclusi), e n° 6 indagini tipo
REMI da 80 m cadauno. L’ ubicazione dei profili è riportata in allegato. Nonostante l ‘estrema
rumorosità del sito si è riusciti ad ottenere dei risultati che ben si correlano alle altre indagini
geognostiche presenti.
5.1. SIMICA A RIFRAZIONE
Per sismica a rifrazione si indicano una serie di tecniche basate sul principio fisico del fenomeno della
rifrazione di un'onda sismica che incide su una discontinuità individuata fra due corpi aventi proprietà
meccaniche diverse (orizzonte rifrattorio). Sulla superficie da investigare si posizionano i trasduttori
del moto del suolo (velocimetri o accelerometri) ad una certa distanza dalla sorgente sismica che può
essere una massa battente (diversamente applicata e guidata) o una carica esplosiva a seconda della
lunghezza dello stendimento e della profondità di indagine richiesta.
Nell'indagine sismica a rifrazione i trasduttori situati più vicino alla sorgente rilevano prima l'onda
diretta che arriva con velocità legata alle caratteristiche meccaniche dello strato di terreno più
superficiale, mentre quelli più lontani rilevano le onde rifratte che viaggiano a velocità più elevata.
Conoscendo i tempi di primo arrivo e la distanza geofono-sorgente, tramite l'analisi delle curve dei
primi arrivi ad ogni trasduttore (dromocrone) si può determinare la velocità dei vari strati; da qui
produrre una stratigrafia sismica da correlare alle formazioni geologiche o discontinuità presenti nella
serie investigata nel sottosuolo.
Per il processing dei dati sismici in onda P è stato utilizzato il Software RAYFRACT della Intelligent
Resources Inc. (Canada), studiato per l'elaborazione di dati relativi ad indagini sismiche eseguite in
superficie, realizzate sia con onde P che S, per scopi geotecnico-ingegneristici, ambientali, nonché
per l'esplorazione nel campo delle georisorse. Rayfract consente sia la ricostruzione della geometria
dei rifrattori con la sismica a rifrazione tradizionale, che la realizzazione di dettagliati modelli di velocità
del sottosuolo con le più evolute tecniche tomografiche, soprattutto nel caso di strutture profonde.
Lo schema di interpretazione utilizzato nel presente lavoro è basato sulla creazione di un modello
iniziale ottenuto mediante interpretazione con una tecnica sofisticata di processo dei tempi di primo
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arrivo basata sui metodi dei “Fronti d’onda” (Brückl 1987; Jones and Jovanovich 1985) e del Plus-
minus (Hagedoorn 1959), fondata su una regressione del campo dei tempi di primo arrivo (Brückl
1987). Tale metodo può essere considerato un ottimizzazione dell’algoritmo del GRM, capace di
risolvere l’immagine dei rifrattori con andamenti topografici molto accidentati. A partire dal modello
sopraccitato è stato quindi utilizzato il codice di calcolo per la modellazione tomografica che utilizza,
nell’algoritmo d’inversione, un “raytracing” con raggi curvilinei e metodi di calcolo ai minimi quadrati
attraverso il metodo Delta t-v (Gebrande and Miller 1985), al fine di migliorare il riconoscimento e la
localizzazione di strutture di forma anomala, stabilizzando la soluzione dell’algoritmo d’iterazione.
In generale, il tempo di percorrenza di un’onda sismica lungo un percorso S attraverso un mezzo
bidimensionale (2D) può essere scritto come
∫=S
yxut )],([r (1)
dove u(r) è il campo delle lentezze (l’inverso delle velocità) e r è il vettore posizione. Discretizzando il
campo di lentezze u(r) con m celle equidimensionali ognuna caratterizzata da una lentezza costante
uk (k=1, 2, …, m) la dromocrona i-esima delle n disponibili può essere scritta come
∑=
⋅=m
k
kiki ult1
(2)
dove lik rappresenta la porzione dell’i-esima dromocrona nella cella k-esima. Considerando tutte le
dromocrone disponibili si ottiene il seguente sistema
uMt ⋅= (3)
dove t è il vettore dei dati sperimentali (tempi di primo arrivo letti sui sismogrammi), M è la matrice
rettangolare contenente le porzioni dei percorsi nelle varie celle, u è il vettore delle lentezze (incognite
del problema). Il problema inverso da risolvere è pertanto
tMu1 ⋅= −~
(4)
dove è la matrice inversa generalizzata. Poiché i percorsi sismici dipendono dalle lentezze, la matrice
M dipende anche dalle lentezze e quindi il problema inverso (5) è un problema non-lineare che deve
essere risolto iterativamente partendo da una soluzione iniziale (modello di partenza). L’equazione da
considerare è pertanto la seguente
∆t∆uJ =⋅ (5)
dove )t(ut∆t 0−= è la differenza tra i tempi sperimentali e i tempi calcolati per il modello di
lentezze iniziale u0; ∆u è la perturbazione del modello iniziale; e J è la matrice jacobiana contenente
le derivate parziali delle dromocrone rispetto alle lentezze nelle celle k
i
u
t
∂∂
.
Poiché il problema è parzialmente sovradeterminato (per alcune celle si hanno molti percorsi) e
parzialmente sottodeterminato (per alcune celle non è disponibile nessun percorso) esso è stato
risolto con la tecnica dei minimi quadrati smorzati, cioè è stata minimizzata con la seguente funzione
errore
(6)
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dove è il fattore di smorzamento e la matrice L2 è una matrice derivata seconda (operatore
laplaciano) che forza la soluzione verso la soluzione più regolare possibile (smoothest solution).
L’affinamento della soluzione supportata con il metodo Delta t-v è stato ottenuto attraverso un ulteriore
processo finale tomografico.
5.2. METODO MASW Il metodo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) è una tecnica di indagine non invasiva,
che individua il profilo di velocità delle onde di taglio verticali Vs, basandosi sulla misura delle onde
superficiali fatta in corrispondenza di diversi sensori (accelerometri o geofoni) posti sulla superficie del
suolo. La determinazione delle Vs viene ottenuta tramite inversione delle curve di dispersione delle
onde di Rayleigh.
Fig. 7: Distribuzione delle onde sismiche nel sottosuolo
In un mezzo stratificato le onde di Rayleigh sono dispersive, cioè onde con diverse lunghezze d’onda
si propagano con diverse velocità di fase e velocità di gruppo (Achenbach, J.D., 1999, Aki, K. and
Richards, P.G., 1980 ) o detto in maniera equivalente la velocità di fase (o di gruppo) apparente delle
onde di Rayleigh dipende dalla frequenza di propagazione. La natura dispersiva delle onde superficiali
è correlabile al fatto che onde ad alta frequenza con lunghezza d’onda corta si propagano negli strati
più superficiali e quindi danno informazioni sulla parte più superficiale del suolo, invece onde a bassa
frequenza si propagano negli strati più profondi e quindi interessano gli strati più profondi del suolo.
Le indagini MASW si distinguono in attive e passive o in una combinazione di entrambi.
Nel metodo attivo le onde superficiali generate in un punto sulla superficie del suolo sono misurate da
uno stendimento lineare di sensori. Nel metodo passivo lo stendimento dei sensori può essere sia
lineare, sia circolare e si misura il rumore ambientale di fondo esistente.
Facendo riferimento al metodo attivo da noi utilizzato possiamo dire che, una generica acquisizione di
segnali sismici lungo uno stendimento lineare, con sorgente esterna alla linea sismica, può essere
rappresentata come una funzione u(x, t) dove x è lo spazio e t il tempo.
Applicando ai segnali la trasformata di Fourier lungo l’asse dei tempi otteniamo la funzione U(x,f):
∫= dtetxufxUift
),(),( (7)
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La funzione U(x, f) può essere espressa come la moltiplicazione di due termini separati:
),(),(),( fxAfxPfxU = (8)
dove P(x,f) e A(x,f) rappresentano rispettivamente lo spettro di fase e di ampiezza.
Nella funzione U(x,f) ogni componente in frequenza è completamente separata dalle altre e
l’informazione del tempo di arrivo è preservata nello spettro di fase P(x, f).
Nella funzione P(x, f) sono contenute inoltre tutte le informazioni relative alla dispersione delle onde
superficiali di Rayleigh mentre la funzione A(x, f) contiene tutte le informazioni inerenti l’attenuazione e
la divergenza sferica.
Tenendo conto della rappresentazione esponenziale dello spettro di fase la (8) può essere espressa
come:
),(),( fxAefxU xiθ−= (9)
Dove F=f/cf con f = frequenza angolare e cf = velocità di fase per ogni frequenza.
Operando un integrale di linea in dx e normalizzando per il modulo della funzione |U(x,f)|, otteniamo la
funzione V(f, φ):
[ ] [ ]∫ ∫ −Φ−== dxfxAfxAedxfxUfxUefV
xixi|),(|/),(|),(|/),(),(
)( φφϕ (10)
La funzione V(f, φ), ottenuta dalla trasformazione integrale, può essere pensata come la somma,
lungo tutto lo stendimento, del campo d’onda relativo ad ogni frequenza, applicando uno shift di fase
dipendente dall’offset, al campo d’onda, per un’assunta velocità di fase
cf = f/φ.
La normalizzazione al modulo della funzione |U(x, f)|, minimizza i fenomeni di attenuazione e di
divergenza sferica.
Risulta ovvio che la funzione V(f, φ) avrà un massimo in corrispondenza di un valore:
φ = F = f / cf (11)
Per un dato valore di φ dove si verifica un massimo della funzione V(f, φ), la velocità di fase cf può
essere determinata.
Tenendo conto che cf = f/φ la funzione V(f, φ) può essere trasformata nella funzione I(f, cf) che viene
definita spettro di velocità di fase. In essa lungo l’asse cf appariranno dei picchi che soddisferanno,
per ogni frequenza, l’equazione (11). Il luogo dei punti lungo questi massimi, per differenti valori di
frequenza f, permettono di identificare le curve di dispersione delle velocità di fase dei modi di
oscillazione dell’onda superficiale di Rayleigh.
La curva di dispersione media delle velocità di fase dell’onda di Rayleigh, estratta con la metodologia
MASW, è invertita al fine ottenere un profilo dettagliato di onde di taglio.
Per l’analisi dei dati masw è stato utilizzato il softwer SEISIMAGER_SW (GEOMETRICS). Per il
calcolo della curva di dispersione sono state eseguite prima delle operazioni preliminari di denoising
(filtraggio); in seguito poi è stato calcolato lo spettro F-k per i gruppi di sismogrammi scelti. Unendo i
massimi della curva dello spettro si è ottenuta una curva di dispersione. La curva di dispersione è
stata così utilizzata per l’ inversione del modello di sottosuolo in modo da ottenere un profilo di Vs –
profondità.
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5.3. METODO REMI
La tecnica di analisi del sottosuolo mediante l’uso di microtremori (Refraction Microtremor ) prende
origine dagli studi e dalle sperimentazioni condotte da J. Louie presso la Nevada University e fornisce
una caratterizzazione semplificata di volumi relativamente ampi del sottosuolo in profili verticali 1D
sino alla profondità di 100 metri.
Il metodo ReMi può caratterizzare un orizzonte meno veloce che è sottostante ad uno più veloce (
velocity reversal ) che rappresenta una condizione non distinguibile con il metodo tradizionale della
sismica a rifrazione. In situazioni dove un terreno più “competente” è sovrapposto a una zona più
debole legata a subsidenza o al collasso di materiali più deboli sottostanti o a spazi vuoti, ReMi ha la
capacità di individuare la velocità delle onde S dell’orizzonte debole sottostante. E’ inoltre efficace
come metodo nella caratterizzazione rapida e generale del sottosuolo, specialmente se abbinata alla
sismica a rifrazione, con lo scopo di definire il contatto roccia / terreno o il contrasto tra materiali più
deboli / più compatti I dati di campagna ( analisi dei microtremori ) possono essere acquisiti con un
equipaggiamento standard di sismica a rifrazione, usando geofoni ad alta frequenza per stendimenti
corti, con profondità di investigazione limitata e geofoni a bassa frequenza per applicazioni
geotecniche tipiche con profondità di indagine elevata. La fonte di energia delle onde di superficie per
il ReMi può essere il rumore ambientale o i semplici passi per stendimenti che indagano profondità
limitate o rumore di veicoli per lunghezze maggiori. I profili ReMi si eseguono con successo in aree
urbane con attività considerevole, usando il rumore ambientale come fonte di energia. Per indagini
presso autostrade, il passaggio dei veicoli può servire da sorgente di energia. Le velocità delle onde S
( onde di taglio ), il tipico parametro misurato dei materiali geologici, sono una funzione dei moduli dei
vari materiali nel profilo del sottosuolo. Le basi della teoria sono le stesse dell’analisi spettrale delle
onde di superficie ( SASW ) e della multi analisi delle onde di superficie ( MASW).
Le indagini sono state eseguite in accordo con quanto descritto da Louie per sviluppare profili verticali
1D delle onde di taglio. La spaziatura geofonica rappresenta una sorta di filtro di frequenza per il
segnale che può arrivare da tutte le direzioni. Pertanto è implicito che maggiore è la spaziatura minore
è la frequenza del segnale utile campionabile e conseguentemente maggiore è la profondità di
investigazione. L’acquisizione dati è consistita nel campionamento dell’ambiente e/o delle onde di
superficie generate (un evento di campionamento ) in corrispondenza della stesa sismica per diversi
secondi. I parametri di acquisizione adottati sono i seguenti : sample rate 2 ms; record lenght 32 s ;
numero di misure acquisite = 10.
L’apparecchiatura utilizzata per questo tipo di prove si compone delle seguenti parti:
− sistema energizzante;
− sistema di ricezione;
− trigger;
− sistema di acquisizione dati.
sistema energizzante: Per generare le onde di compressione P e di Rayleigh, è stata utilizzata una
mazza del peso di 8 Kg.
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sistema di ricezione: per l’indagine sono stati utilizzati 24 geofoni del tipo elettromagnetico a bobina
mobile (oscillazione verticale), con frequenza caratteristica di 4.5 Hz.
Sistema di acquisizione dati: E’ stato utilizzato un sismografo costituito da un sistema a multicanale a
conversione digitale. Il modello è denominato GEODE (GEOMETRICS) con risoluzione di
acquisizione pari a 24 bit (Tecnologia Delta Sigma). Tale sistema è in grado di registrare su ciascun
canale in forma digitale le forme d’onda e di conservarle su memoria di massa dinamica minima a 24
bit.
Esso è collegato a ciascuno dei geofoni in foro ed al sensore del trigger e consente quindi di registrare
in forma numerica e visualizzare come tracce su un apposito monitor le vibrazioni a partire
dall’impulso inviato dal trigger.
Trigger: entrambe le metodologie utilizzate, in quanto attive, prevedono che l’inizio della registrazione
sia individuato mediante un trigger che consiste in un circuito elettrico che viene chiuso nell’istante in
cui la massa battente colpisce la piastra o la trave (nel nostro casi si è usato quello un geofono
starter) e l’impulso generato, inviato al sistema di acquisizione, consentendo di fissare il tempo zero di
riferimento per il calcolo dei tempi di percorso delle onde generate
L’acquisizione dei dati sismici relativi alle indagini Sismiche, Masw e REMI effettuate è stata condotta
rispettivamente secondo la seguente configurazione:
Rifrazione Tomografica
• n° geofoni: 24
• distanza intergeofonica variabile da 3.2 m
• n° 7 punti di energizzazione offset inclusi
• n° 7/11 shot per ogni punto di energizzazione tempo di acquisizione: 0.8 s
• intervallo di campionamento 0,25 µs.
Masw
• n° geofoni: 24
• distanza intergeofonica pari a 3.2 m
• n° 1 punti di energizzazione con offset da 10 m
• n° 8/13 shot per ogni punto di energizzazione
• tempo di acquisizione: 32 s
• intervallo di campionamento 2 ms.
Remi
• n° geofoni: 24
• distanza intergeofonica pari a 3.2 m
• tempo di acquisizione: 30 s
• intervallo di campionamento 0,25 µs.
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5.4. TROMOGRAFIA H/V SPECRAL RATIO
La metodologia tromografica si basa sulla misura diretta delle frequenze di naturale vibrazione dei
suoli (e/o di altri oggetti poggianti direttamente o indirettamente sul suolo), sfruttando in pratica l’effetto
pendolo. Nel dominio della frequenza vengono coinvolti quattro spettri rappresentati dalle componenti
orizzontali e verticali del moto in superficie (HS e VS) e alla base dello strato (HB e VB). La tecnica di
Nakamura si basa sulle seguenti ipotesi: le sorgenti dei microtremori sono locali, trascurando qualsiasi
contributo dovuto a sorgenti profonde; le sorgenti dei microtremori in superficie non influenzano i
microtremori alla base; la componente verticale del moto non risente di effetti di amplificazione locale.
Sotto queste ipotesi, il rapporto fra le componenti verticali del moto in superficie ed alla base contiene
solo termini delle sorgenti locali AS(f) e delle sorgenti alla base AB( f ), ed è pari a: Rv(f) =
Vs(f)/VB(fω) = As(f)/AB(f). mentre il rapporto fra l’ampiezza dello spettro della componente orizzontale
del moto in superficie (HS) e alla base dello strato (HB), contiene oltre che il termine di sorgente
anche il termine di amplificazione di sito in superficie S( f ) e può essere espresso nel seguente modo:
Rh(f) = Hs(f)/HB(f) = As(f) * Ss (f) /Ab(f). Per rimuovere l’effetto di sorgente dai segnali, Nakamura
divide i due rapporti R fra loro ottenendo così la seguente espressione per la funzione trasferimento di
sito: Rh(f)/Rv(f) = Ss(ω) = Hs(f)/HB(f) * VB(f)/Vs(f). Ipotizzando infine che alla base dei sedimenti
l’ampiezza spettrale della componente verticale e di quella orizzontale siano uguali e cioè: VB(f)/HB(f)
= 1. il fattore di amplificazione del moto orizzontale in superficie potrà essere valutato direttamente nel
seguente modo: S(f) = Hs(f9/Vs(f). Le varie ipotesi sono state verificate dallo stesso Nakamura (1989)
con misure di microtremori in superficie e in pozzo. Le stesse assunzioni sono state verificate anche
da altri autori confrontando i risultati ottenuti con modelli di propagazione di onde di Rayleigh, modelli
di propagazione 1-D di onde S e con modelli di generazione sintetica di rumore. Le conclusioni a cui
sono giunti gli studi suddetti sono che il picco visibile nei rapporti H/V ottenuti con il rumore simulato è
indipendente dalle caratteristiche della sorgente del rumore e che dipende invece fortemente dalla
stratigrafia del terreno. Tale picco è inoltre ben correlato con la frequenza fondamentale di risonanza
del terreno soggetto alla propagazione di onde S verticali e con il picco fondamentale delle curve di
dispersione delle onde di Rayleigh. Le misure sono state eseguite con un apparecchio portatile
compatto (TROMINO MICROMED) che alloggia in un unico contenitore rigido metallico tre sensori
sismometrici, un digitalizzatore a 24 bit ed il sistema di archiviazione su flash memory. Per il punto di
misura si è acquisita una registrazione della durata di 20 minuti, campionata ad una frequenza di 128
Hz. Il segnale acquisito è stato quindi: corretto per la linea di base (sottraendo a ciascun punto la
media effettuata sull'intera traccia); corretto da andamenti (trend) anomali (sottraendo la retta della
regressione lineare effettuata su tutti i punti della traccia); filtrato con un passa banda tra 0.1 e 64 Hz,
Per ogni segnale si è calcolata quindi la trasformata di Fourier e successivamente si è effettuato il
rapporto spettrale fra le componenti orizzontale e verticale. Tale rapporto è stato smussato con una
finestra triangolare al 10% ed il risultato di tale operazione è stato assunto come stima delle funzioni di
amplificazione locale di Nakamura. Tutte le operazioni descritte sono state fatte prevalentemente in
campagna, mediante un programma applicativo appositamente implementato. Questo ha permesso di
avere già al sito la possibilità di verificare le misure effettuate ed eventualmente ripeterle. La misura di
microtremori è infatti soggetta ad influenze ambientali (vento, pioggia, copertura artificiale dei terreni,
ecc.): per una descrizione dettagliata dei problemi legati alla corretta effettuazione delle misure si
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veda Mucciarelli (1998). Di seguito si riporta una succinta bibliografia di riferimento circa metodologia,
utilizzo e restituzione della metodologia tromografica: Mucciarelli, M. (1998). Reliability and
applicability range of Nakamura’s technique using microtremors: an experimental approach, J.
Earthquake Engin., Vol. 2, n. 4, 1-14. Nakamura, Y. (1989). A method for dynamic characteristics
estimation of subsurface using microtremor on the ground surface. QR Railway Tech. Res. Inst. 30, 1.
L’indagine tromografica deve essere supportata dalle conoscenze stratigrafiche locali derivanti dalle
indagini dirette condotte in sito. Ciò è indispensabile data la natura della strumentazione utilizzata e
date le possibilità offerte dalle esperienze di Nakamura (et Alii), di cui si è sopra già ampiamente
riportato. È importante far osservare come uno strumento tromografico sia l’unica strumentazione in
grado di misurare la frequenza propria di oscillazione dei terreni. Da tali dati si possono poi ricostruire
tutte le altre componenti caratterizzanti dal punto di vista sismico i terreni di un’area (e sopra indicati).
La possibilità di stimare grossolanamente i valori di Vs30 conoscendo le frequenze tipiche di un suolo
e gli spessori (profondità) dei suoi riflettori sismici, discende dalle esperienze di Nakamura e del
derivato metodo HSVR precedentemente descritto. Il metodo di indagine utilizzato presuppone alcune
approssimazioni legate ad esempio al fatto che le velocità di propagazione delle onde sismiche
provocate aumentano dall’alto verso il basso (per questo il metodo consente la determinazione delle
velocità intese come medie del volume di terra indagato non avendo un grado di definizione elevato);
le velocità Vs così misurate sono comunque significative, trattandosi pur sempre di una misura diretta.
Nei grafici H/V – f, che verranno in seguito riportati, si individuano le varie frequenze tipiche dei terreni
di fondazione, dato di notevole importanza per una accurata progettazione delle strutture da
realizzarsi sull’area in esame. Soprattutto in considerazione della tipologia strutturale da realizzarsi, si
dovranno evitare accoppiamenti fra le modalità di vibrazione delle strutture (prevedibili in fase di
progettazione) e le modalità di vibrazione dei terreni di fondazione, di cui sopra.
6. RILIEVI TOPOGRAFICO
Il giorno 7 aprile 2014 è stato eseguito un rilievo celerimetrico al fine di individuare la posizione plano
altimetrica dei punti di prova, per mezzo della terna di coordinate (x, y, z) riferite ad un’origine nota.
Nel caso dell’area in oggetto, l’origine rispetto alla quale sono state calcolate tutte le coordinate dei
punti di prova è stata fatta coincidere con il punto di riferimento del rilievo eseguito in passato
all’interno dell’Ex Manifattura Tabacchi, ubicato in corrispondenza di una aiuola in via Stalingrado.
In allegato 01-01 è riportata la posizione del vertice di riferimento e di tutti i punti di prova.
In allegato 01-02 sono riportate le coordinate dei punti rilevati
Il rilievo celerimetrico è stato realizzato utilizzando una stazione totale modello Topcon GPT 7001, le
cui specifiche tecniche sono allegate, ed un prisma retroriflettente dedicato dotato di mira e montato
su palina telescopica.
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In considerazione dell’estensione dell’area indagata e della presenza al suo interno di ostacoli e di
numerosi fabbricati, si sono eseguite le misure da diversi punti di stazione; di conseguenza, in seguito
alle misure effettuate in cantiere, si sono calcolate le coordinate dei punti rilevati nei diversi sistemi di
riferimento, ognuno centrato nel corrispondente punto di stazione. Per unificare il sistema di
riferimento, si sono poi rototraslate le coordinate dei punti rilevati dai vari punti di stazione, così da
ricondurle al sistema di riferimento generale.
Le precisioni raggiunte nel posizionamento dei punti sia in planimetria, sia in altimetria, sono
dell’ordine del centimetro.
Fig. 8: Stazione totale modello Topcon GPT 7001 in cantiere
La tabella sotto riportata riassume le posizioni delle indagini eseguite.
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7. RILIEVI GEOARCHEOLOGICI
Sulle carote prelevate nei fori di sondaggio sono stati eseguiti dei rilievi geoarchieologici dalla ditta
ARCHESISTEMI Soc. coop., di cui si riporta in allegato l’elaborato completo.
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Allegato 1 Planimetria con ubicazione indagini
Allegato 2 Certificati di prova Penetrometrica
Allegato 3 Certificato Sondaggio
Allegato 4 Certificati di Prove Geotecniche di Laboratorio
Allegato 5 Tabella riassuntiva Parametri Geotecnici
Allegato 5 Certificati di prova Down Hole
Allegato 7 Elaborati Geofisica Rifrazione, MASW, Re.Mi.
Allegato 8 Elaborati Geofisica H/V SR
Allegato 9 Report Geoarcheologico
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