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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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Cod Doc N° Commessa Revisione Data Riferimento segreteria

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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: [email protected] 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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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

intestazione elaborato 11 model (1)servizissiir.regione.emilia-romagna.it/...organismo notificato...

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