Caratterizzazione Geotecnica dell’area portuale di Ravenna · Risultati della campagna di...

Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali

Master di II livello in Analisi e mitigazione del rischio idrogeologico

Direttore Prof.ssa Francesca Bozzano

a.a. 2013/2014

Caratterizzazione Geotecnica dell’area portuale di Ravenna

Angelo Piras1622151

Relazione finale attività di tirocinio

Centro di Ricerca CERIPrevisione, Prevenzione e Controllo dei Rischi Geolo gici

Prof. Giuseppe ScarpelliUNIVPM - Università Politecnica delle Marche

Titolo ridotto tirocinio candidato 2

Premessa

Caratterizzazione Geotecnicadell’area portuale di Ravenna

Angelo Piras

STRUTTURE-SERVIZI ADEGUATI E SCALI PORTUALI COMPETITIVI

BANCHINE ALTO FONDALE E NAVI GRANDI DIMENSIONI

MANUFATTI PORTUALI E LORO INTERAZIONE CON I TERRENI

CONOSCENZA TERRENI E CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA


Sommario caratterizzazione geotecnica


Angelo Piras

• NORMATIVA E DOCUMENTI RIFERIMENTO

• AREA DI STUDIO E MEZZI DI INDAGINE GEOGNOSTICA

• INTERPRETAZIONE RISULTATI

• INQUADRAMENTO GEOLOGICO-STRATIGRAFICO DELL’AREA

• DEPOSITO SABBIOSO (LITOTIPO S)

• DEPOSITO COESIVO (LITOTIPO M)

• DEPOSITO DI FASE TRASGRESSIVA (LITOTIPO T)

• DEPOSITO ALLUVIONALI (LITOTIPO A)

• ESEMPIO ELABORAZIONE DATI STAZIONE A

• SUSCETTIVITA’ ALLA LIQUEFAZIONE IN CONDIZIONI SISMICHE


Normativa e documenti di riferimentoD.M. Infrastrutture 14 gennaio 2008 “Approvazione delle nuove norme tecniche per le costruzioni”(Suppl. Ord. alla G.U. 4-02-2008, n.29).

Circolare 2 febbraio 2009 n.617 C.S.LL.PP “Istruzioni per l’applicazione delle «Nuove norme tecnicheper le costruzioni» di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008”.

Risultati della campagna di indagine 2014 svolta lungo tutto il porto canale per la progettazione delleopere in attuazione del PRP vigente

Risultati campagne di indagini esistenti messe a disposizione dall’AP di Ravenna.

Relazione Geologica relativa alla progettazione dell’Hub portuale di Ravenna – “Approfondimento canaliCandiano e Baiona, adeguamento banchine operative esistenti, nuovo terminal in penisola Trattaroli e riutilizzo materialeestratto in attuazione al PRP vigente 2007”; redatta dal dott. geol. Maria Bruno – Geostudi S.r.l. (2015).

.Caratterizzazione Geotecnicadell’area portuale di Ravenna

Angelo Piras


Area di indagine [m]

Larghezza fascia di indagine 20

Profondità riferimento 45

Perimetro area interesse 17780

Estensione volume influenza e ubicazione indagini geogn ostiche


Angelo Piras

La campagna d’indagine in termini di profondità ed estensione èfinalizzata ad indagare il volume di influenza delle opere in progettonell’area portuale industriale di Ravenna.

Le stazioni di indagine (blu) contengono indagini puntuali, glistendimenti geofisici (giallo) indagano piani verticali.

L’elaborazione e l’interpretazione di queste indagini, permette dideterminare le successioni stratigrafiche e ricavarne unacaratterizzazione geotecnica.


Indagini in sito


Descrizione

Sondaggion°

Lunghezza

(m)Sondaggi a carotaggio

continuo24 35

Sondaggi distruzione di nucleo

1 35

Prelievo campioni indisturbati

73 0.6

Prelievo campioni rimaneggiati

46 -

CPTu33 35

11 45

CPTu mare 22 15

DMT 27 30

Down Hole 11 35

Cross Hole 1 35

Inadagini StendimentiRe.Mi.

6 670

La campagna di indagini deve rappresentare la situazione realedei terreni e per non trascurare aspetti importanti sono stateeffettuate: i

• Carotaggi continui per stratigrafia e prelievo campioni.• Verticali d’indagine per determinare empiricamente le

caratteristiche meccaniche e fisiche dei terreni in sito;• Prospezioni geofisiche.

Angelo Piras


Prove Laboratorio


Angelo Piras

Campioni argillosiTipo Prova n°°°°

Contenuto d’acqua 48Peso specifico 8Peso di volume 32Limiti Atterberg 48

Analisi granulometrica 48Prove edometriche 12

Triassiali Consolidate Isotropicamente Drenate

11

Triassiali Consolidate Isotropicamente non Drenate

10

Triassiali non Consolidate Isotropicamente non Drenate

11

Colonna risonante 2

Campioni sabbiosi

Tipo Prova n°°°°

Contenuto d’acqua 16Peso specifico 4Peso di volume 16

Analisi granulometrica 46Triassiali Consolidate Isotropicamente

non Drenate 14

Taglio torsionale ciclico 2Taglio Diretto 2

Densità massima 29Densità minima 29

I test di laboratorio consentono di definire le caratteristiche diresistenza, compressibilità e permeabilità dei terreni ricostruendomediante appropriate tecnologie condizioni fisiche e statotensionale originario esistenti in sito. Tra le prove eseguite troviamo:

• campioni indisturbati (prove resistenza meccanica eclassificazione, fig.8).

• campioni rimaneggiati (prove classificazione, fig.9-10);


Contesto geologico dell’area


Angelo Piras

L’area della piana costiera romagnola appartiene al bacino di avanfossa di età plio-quaternaria racchiusoa Nord dalle Alpi e ad Ovest dalla Catena Appenninica, poi riempito in età olocenica durante un ciclotrasgressivo-regressivo.

Modello di sequenza stratigrafica delle facies proposta da Amorosi et al. (1999) relativa alla sezionegeologica del CARG del litorale Ravenna (foglio 223) e sintetizzata in tabella.

Disposizione Stratigrafica Facies

Depositi di palude salmastra (P)

Sabbie fini di cordone litorale (S)

Depositi di prodelta (M)

Strati sabbiosi trasgressivi (T)

Depositi di piana alluvionale pleistocenici (A)

Anni Eventi18000 Ultima glaciazione del Quaternario. Regressione marina che porta all’avanzamento della piana alluvionale del Po fino all’altezza di Pescara.

10000Rapida trasgressione marina. Il delta del Po arretra fino quasi alla posizione attuale. L’estesa pianura venne rapidamente allagata dataanche la sua modesta inclinazione, tutti i sedimenti precedentemente deposti e sommersi vennero rimaneggiati e rideposti.

6000Massimo arretramento della linea di costa fino a raggiungere l’entroterra di Ravenna. In corrispondenza dell’attuale fascia costiera ladeposizione avviene in condizioni di mare basso (ambiente di prodelta).

da 6000 ad oggi

Stabilizzazione del livello del mare. Progressivo accrescimento e spostamento verso mare della linea di costa ad opera dell’apporto fluviale.Raggiungimento dell’attuale configurazione delle aree emerse. Formazione delle zone lagunari della Pialassa del Piombone.

Titolo ridotto tirocinio candidato 9Caratterizzazione Geotecnicadell’area portuale di Ravenna

Angelo Piras

Ben distinti sono i passaggi tra le diverse facies dei sedimenti (fini e grossolani) del Ravennate:, inparticolare i passaggi tra i depositi palustri superficiali (facies P), le sabbie di cordone (facies S) esoprattutto fra queste ultime e i depositi fini di prodelta (facies M).

Variabilità stratigrafica lungo il canale

I profili penetrometrici delle CPTu evidenziano chiaramente la variazione della litologia con laprofondità attraverso una corrispondente variazione dei caratteri meccanici medi. Si possonodistinguere in figura gli intervalli litologici.

Nella figura a sinistra è rappresentata la sovrapposizione dei profili ricavati dalle CPTu alla sezionegeologica riportata nel foglio 223 in cui si riconosce il Subsintema di Ravenna (CGI – Foglio 223).

Si è ritenuto utile individuare 3 modelli stratigrafici di riferimento lungo il canale, coerenti con i tre diversiprofili penetrometrici. La figura a destra rappresenta planimetricamente la suddivisione scelta,descrivendo la variazione della profondità del tetto delle sabbie (CARG) e correlando tale suddivisionecon l’andamento planimetrico del Canale Candiano.


Angelo Piras

Zone stratigrafiche: Darsena San Vitale (sett. ovest )ll profilo stratigrafico rappresentativo dei settori è statointerpretato dalle CPTu con il riconoscimento litologico in basealla correlazione empirica proposta da Robertson e Wride(1993).

Nome Codiceda m su l.m.m.

a m su l.m.m.

Riporto antropico - +1 0

Depositi di palude salmastra

P 0 -2÷-3

Sabbie fini di cordone litorale

S -4÷-5 -9

Depositi di prodelta M -15 -25

Strati sabbiosi trasgressivi

T -25 -26

Depositi di piana alluvionale

A -26 -

Il parametro di riferimento scelto per definire la natura e lospessore dei depositi e l’indice di comportamento Ic.


Zone stratigrafiche: Canale Candiano (sett. centrale)

Nome Codiceda m su l.m.m.

a m su l.m.m.


Depositi di palude salmastra

P 0 -4÷-5


S -4÷-5 -9



T -29 -30


A -30 -

Angelo PirasCaratterizzazione Geotecnicadell’area portuale di Ravenna

Classifica

zione

Terre

ni

orga

nici

Argille

Terreni a

matrice

limosa

Terreni a

matrice

sabbiosa

SabbieSabbie

ghiaie

Valore di Ic Ic>3,60 2,95<Ic<3,60 2,60 < Ic < 2,95 2,05 < Ic < 2,60 1,31 < Ic < 2,05 Ic < 1,31

Dal valore dell’indice di comportamento Ic si determina laclassificazione dei depositi incontrati dalle CPTu procedendolungo le verticali di indagine.


Zone stratigrafiche: Marina Ravenna (sett. est)


Nome Codiceda m

su l.m.m.

a m su

l.m.m.



S 0 -8



T -29 -30


A -30 -

A differenza delle successioni stratigrafiche degli altri settori èassente il deposito di palude salmastra P.

Angelo Piras

Il deposito di palude salmastra P si è formato in seguito alledinamiche intradunali del deposito sabbioso di cordone litorale

Essendo il deposito più superficiale, ha subito più di tutti l’effettodella forte antropizzazione che ha interessato tutta l’areaportuale.


Elaborazione dati Stazione A (Settore Centrale)


Angelo Piras

La stazione A viene individuata come stazione campione per confrontare i risultati. La stazione è un area incui sono concentrate indagini tra loro diverse che garantiscano una efficace ridondanza dei dati. Dalleprove eseguite (vedi tabella) si sino elaborate curva granulometrica e carta di plasticità.

Sondaggi e Prove effettuate per stazione A n°

sondaggio a carotaggio continuo (S6/14) 1

sondaggio a distruzione (S6 a/14) 1

verticale cross-hole S6CH/14 1

verticale penetrometrica statica a terra (CPTU11/14) 1

verticale penetrometrica a mare (CPTU11m/14) 1

verticale dilatometrica (DMT7/14) 1

campioni rimaneggiati (S6/14) 25

campioni indisturbati (S6/14) 3


Angelo Piras

Elaborazione dati Stazione A (Settore Centrale)Una visione unitaria dell’andamento delle proprietà dei terreni presenti è proposta in figura. Sonorappresentati i risultati delle elaborazioni (qc, u2, Id, Ic) delle diverse prove (CPTu, DMT) in funzione diprofondità, granulometria e natura mineralogica.


Angelo Piras

Elaborazione dati Stazione A (Settore Centrale)Una visione unitaria dell’andamento delle proprietà dei terreni presenti è proposta in figura. Sonorappresentati i risultati delle elaborazioni (cu, Vs, φ’, Vs) delle diverse prove (CPTu, DMT, CH) in funzione diprofondità, granulometria e natura mineralogica.


Angelo Piras

Elaborazione dati Stazione A (Settore Centrale)Ancora elaborazioni sul deposito M in cui si confronta l’indice di plasticità (Ip) con l’angolo di attrito(relazione di Kenney, 1959). Nel grafico a destra si ha la stima di cu partendo dall’indice di plasticità.


Quadro sinottico parametri geotecnici


Angelo Piras

I parametri riguardano siala classificazione che laresistenza meccanica deiterreni.

L’interpretazione delleelaborazioni consente difissare un limite inferiore esuperiore dei valori.

I singoli parametri sono statielaborati in modo diretto,indiretto o empirico e ovepossibile in più modi.

I valori sono elaborati daindagini in sito o da prove inlaboratorio oppure dalconfronto di entrambe.

Litotipo

S e T

Litotipo

P

Litotipo

M

Litotipo A

Porzione

fine

porzione

granulare

Peso di volume γγγγ[kN/m3] 17,5-19,5 17,0-18,0 17,5-19,5 18,5-20,5

Contenuto d’acqua w [%] 22-30 40 25-40 22-33 n.d.

Indice di plasticità IP [%] - n.d. 10-30 12-33 n.d.

Grado di

sovraconsolidazioneOCR - 1 1 1 - 2

Parametri di resistenza

in tensioni efficaci

c ′ϕ′′ϕ′′ϕ′′ϕ′

[kPa][ °]

T.DL.I.

L.S.

0 30

0 38n.d. 0 30

0 28

-

CU-CDL.I.

L.S.

0 34

0 39n.d.

0 28

0 32-

ϕ′ϕ′ϕ′ϕ′[°]DMT 34-36 - - - n.d.

CPTu 35-38 n.d. 25-30 - 32-35

Parametri di resistenza

in tensioni totalicu[kPa]

UU - n.d. 20-60 60-110 -

DMTL.I.

L.S.- 5-30

0,15σ′′′′v

0,22σ′′′′v 0,15σ′′′′v

0,30σ′′′′v

-

CPTuL.I.

L.S.- 10-20

0,12σ′′′′v

0,26σ′′′′v-

Modulo di taglio

a piccole deformazioniG0 [MPa]

DH 27-63 n.d. 47-100 110-195

CH 45 25 35-60 90

Moduli elastici operativi Es [MPa] CPTu 20-50 n.d. n.d. n.d . 50-70

Moduli edometrici

M [MPa] σ′σ′σ′σ′v:100–200kPa - n.d. 2,0-7,0 6,0 - 9,0 -

MDTM[MPa] DMT 20-45 1-4 4-10 - -

M [MPa] CPTu - 1-3 2-6 5-10 -

Coeff. di compressibilità Cc [-] - n.d. 0,17-0,35 0,20 - 0,30 -

Coeff, di rigonfiamento Cs [-] - n.d. 0,02-0,09 0,02 - 0, 06 -

Coeff. di

consolidazione verticalecv[m2/s] - n.d.

2·10-8

7·10-7n.d. -


Suscettività alla liquefazione e prescrizioni NTC 200 8

0

20

40

60

80

100

0,001 0,01 0,1 1 10 100

P [

%]

d [mm]

S2 CR 2 S2 CR 1 S2 CR 3 S2 CR 8 S2 CR 9 S11 CR 2 S11 CR 5 S6 CR 6

0

5

10

15

20

25

0 100 200

Prof

ondi

tà (m

da

p.c)

qc1N

CPTu_4

0

5

10

15

20

25

0 100 200

Prof

ondi

tà (m

a p

.c.)

qc1N

CPTu_20

0

5

10

15

20

25

0 100 200

Prof

ondi

tà (m

da

p.c.

)

qc1N

CPTu_30


Angelo Piras

La Norma Tecnica nazionale (DM 2008) impone che la verifica nei confronti del fenomeno dellaliquefazione possa essere omessa nei casi in cui si verifichi almeno una di 5 condizioni:

• l’accelerazione massima orizzontale amax attesa in sito non deve essere superiore ai 0,100g;

• la norma impone che la falda deve essere oltre i 15m di profondità da l.m.m, mentre dalleindagini risulta in media entro i 2m metri dal p.c.. La condizione non è verificata;

• l’assortimento granulometrico dei materiali sabbiosi interessati deve ricadere all’esterno diprefissati fusi granulometrici che caratterizzano il campo della liquefazione. Le elaborazionimostrano che le curve rientrano all’interno, la condizione non è rispettata;

• i depositi sabbiosi devono essere costituiti da grani puliti con resistenza qc1N>180. Nelleelaborazioni la normalizzazione è stata effettuata mediante la formulazione di Robertson eWride. L’andamento della qc1N, verticali CPTu per ogni settore, non rispetta la normativa.

• La norma impone valori di magnitudo dei terremoti interessanti l’area in oggetto inferiori a 5;


Magnitudo di riferimento Dal confronto con la NTC 2008 occorre verificare la massima magnitudo storica. La procedura discelta del valore di magnitudo non è fissata da normativa per cui la ricerca, in termini di MagnitudoMomento, nell’area in cui ricade il Porto di Ravenna ha interessato anche le banche dati storiche e latettonica.

Si sono adottati 2 valori distinti della magnitudo di riferimento; la massima magnitudo derivante dalcatalogo storico per l’area in esame con un valore di 5,88, e la massima magnitudo associata allasorgente ITCS012. In particolare l’area in esame è prossima alla fascia sismogenetica di Malalbergo-Ravenna a cui viene attribuita un valore pari a 5,60. In conclusione l’analisi delle magnitudo attesedell’area in oggetto riporta valori di magnitudo superiori a 5, mentre la norma impone valori inferiori a 5.La condizione non è rispettata.

Angelo PirasCaratterizzazione Geotecnicadell’area portuale di Ravenna


Angelo Piras

Determinazione accelerazione su suolo rigidoL’accelerazione massima di progetto si ottiene mediante l’analisi di pericolosità sismica a partiredall’accelerazione orizzontale massima ag in campo libero, sito rigido, superficie topografica orizzontale,e con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza PVR nel periodo di riferimento VR. Le ipotesi fattesul periodo di riferimento portano a considerare un evento sismico per SLV con i seguenti parametri:

In figura è mostrato il reticolo di riferimento per la pericolosità sismica con 10% di probabilità disuperamento in 50 anni per il porto di Ravenna. L’estensione dell’area richiede una valutazionedifferenziata della pericolosità sismica mediante le maglie del reticolo di riferimento adottato dalle NTC2008. Sono rappresentati anche i 3 punti relativi alle 3 zone in cui è stato suddivisa l’area portuale. Perognuno nella tabella, sono forniti i valori di base dello scuotimento sismico su suolo rigido in termini diag, F0, TC*, interpolando i valori dei quattro nodi del reticolo adiacenti al punto selezionato.

• Vita nominale opera VN e periodo riferimento VN pari a 50 anni;

• Coefficiente d’uso dell’opera (classe II) con Cu pari ad 1;

• Tempo ritorno evento sismico TR per SLV pari a 475 anni;

Parametri di base delle scuotimento sismico atteso s u suolo rigido

Porto Ravenna – SLV (V R=50 anni)

Settore longitudine latitudine ag /g F0 [-] TC* [s]

Ovest 12,242631 44,448133 0,153 2,571 0,278

Centrale 12,259883 44,470723 0,146 2,578 0,278

Est 12,277645 44,491312 0,138 2,587 0,279


Determinazione accelerazione massima attesa in superfi cie

In tabella sono presentate le accelerazioni base per le tre zone ed i relativi coefficienti amplificativistratigrafici e topografici che permettono di determinare l’accelerazione massima attesa in superficie. Ilporto di Ravenna è contraddistinto da un’accelerazione massima orizzontale amax superiori ai 0,200g,mentre la norma impone valori <0,100g. Tutte le 5 condizioni di normativa non sono rispettate occorreprocedere con la verifica a liquefazione.

Per ottenere l’accelerazione massima di progetto è necessario considerare l’amplificazione delsegnale negli strati di terreno superficiali. In via semplificata tale parametro è legato alla categoria disottosuolo prevista dalla norma identificabile attraverso la velocità di propagazione delle onde di taglioVS30 nei primi 30 m. Tale intervallo risulta a cavallo di 2 categorie di sottosuolo, C e D, come indicanella tabella. Riportando in pianta le aree a categoria di sottosuolo omogenea si riconoscono gli stessi3 settori individuati in precedenza sulla base delle successioni stratigrafiche tipo: settore Ovest (C),settore Centrale (D) e settore Est (C).

Coefficienti sismici orizzontali

Porto Ravenna – SLV (V R=50 anni)

Settore longitudine latitudine Cat. ag /g Ss ST amax /g

Ovest 12,242631 44,448133 C 0,153 1,464 1,00 0,224

Centrale 12,259883 44,470723 D 0,145 1,800 1,00 0,262

Est 12,277645 44,491312 C 0,138 1,486 1,00 0,205


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Valutazione suscettività alla liquefazioneLa forma di verifica non è fissa, per questa verifica sisono scelte le correlazioni empiriche, applicate alleCPTu, di Robertson e Wride (1998). La procedura ècomposta da 2 fasi:

2. La determinazione della resistenza alla liquefazioneofferta dal terreno CRR7,5 è in funzione dellaresistenza alla penetrazione qc normalizzata rispettoun sisma di magnitudo 7,5. Il valore si ottieneseguendo la procedura iterativa indicata neldiagramma di flusso rappresentata in figura.

σσ

σσ

KMSF

rg

a

KMSF

CSRCSR

dv

v

⋅

⋅

⋅=

⋅=

'max65,0

*

1. Calcolo della sollecitazione di taglio indotta dal sismadi progetto alla varie profondità (CSR*), mediante laformula di Robertson e Wride.

Il coefficiente di sicurezza alla liquefazione (FSL) allediverse profondità è ottenuto dal rapporto tra laresistenza offerta dal terreno (CRR7,5) e lasollecitazione sismica alle varie profondità (CSR*).


Valutazione potenziale liquefazioneI risultati delle elaborazioni del potenziale di liquefazione per i primi 20m dal p.c., tramite laformulazione di Iwasaki (1982), per le verticali ricadenti nei tre settori analizzati, mostrano chesuscettività alla liquefazione si mantiene bassa per magnitudo e le accelerazioni sono minime (SettoreOvest e Est), mentre arriva a valori alti per accelerazione e magnitudo massime (Settore Centrale).

LPI=0 : suscettività liquefazione molto bassa;0 < LPI <5 : suscettività liquefazione bassa;

5 < LPI <15 : suscettività liquefazione alta;LPI > 15 : suscettività liquefazione molto alta.


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Sett.Ovest Sett.EstSett.Centrale


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Considerazioni finaliL’analisi dei risultati della campagna geognostica 2014, integrata grazie alle campagne precedenti,ha permesso di stilare una stratigrafia di riferimento per le tre zone dell’area portuale e caratterizzarei terreni appartenenti a tali successioni stratigrafiche. Vista la mole di dati, tali aspetti sono statidapprima analizzati separatamente.Poiché stratigrafia e determinazione dei parametri geotecnici sono strettamente interconnessi (comemostrato nel diagramma di flusso) l’approccio di analisi mostrato per la stazione A è stato di utilitàper giungere ad una corretta caratterizzazione stratigrafica e geotecnica.

RELAZIONE GEOLOGICA 2015

DATABASE INDAGINI PRP 2007

D.M. INFRASTRUTTURE 2008

CIRCOLARE C.S.LL.PP 2009

SUCCESSIONE STRATIGRAFICA

CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA

CAMPAGNA GEOGNOSTICA 2014

ELABORAZIONE DIRETTA, INDIRETTA

ED EMPIRICA

INTERPRETAZIONE ELABORAZIONI


Angelo Piras

Grazie per l’attenzione!

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