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PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.1 Inquadramento generale

8 PIAZZA AL SERCHIO

8.1 INQUADRAMENTO GENERALE: GEOLOGIA E MORFOLOGIA LOCALE Il centro urbano di Piazza al Serchio, ubicato tra il fiume Serchio e il torrente Acqua Calda, è edificato sulle argilliti del Complesso di base (Brecce di Santa Maria) inglobanti diabasi e brecce prevalentemente ofiolitiche e sorge in parte su una valle stretta (classificata con la sigla C1 secondo la legenda adottata per la classificazione morfologica dei centri urbani della Garfagnana e schematizzata in Figura 8.1 a) e in parte su un versante parallelo (indicato con B2 e rappresentato in Figura 8.1 b); la zona di espansione sorge invece su un versante parallelo.

Nell'area del centro urbano sono stati individuati una serie di fenomeni franosi attivi e quiescenti, tra i quali è possibile individuarne uno particolarmente esteso proprio in corrispondenza del centro urbano a ridosso della ferrovia. Sebbene in quest’area vi sia anche un problema legato alla stabilità di alcune aree in frana che interessano direttamente il centro abitato, la valutazione degli effetti sismici locali in questo sito, come negli altri, è stata ugualmente finalizzata alla definizione della risposta sismica delle differenti litologie presenti (con particolare riferimento alla geometria e alle proprietà fisico-meccaniche), per utilizzarne i risultati in un secondo tempo come base per una analisi di stabilità in condizioni sismiche.

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Figura 8.1 – Schematizzazione delle morfologie rilevate nel Comune di Piazza al Serchio: valle stretta (a) e versante in parallelo (b)

Nell’area è presente l'Unità di Ottone–Santo Stefano (o Successione Ligure), all’interno della quale si possono distinguere le seguenti formazioni, riportate nella carta relativa alla geologia superficiale di Figura 8.2 (Nardi et al. 1983-1985), a partire dalla più recente: − SUCCESSIONE LIGURE: Complesso di Monte Penna –Casanova (Brecce di Santa

Maria (cb) o complesso di base, Brecce ad elementi ofiolitici (bo o br), Arenarie di Casanova (aCs) o Arenarie ofiolitiche (arf), Basalti (∆).

− DEPOSITI QUATERNARI: Depositi detritici (dt); Depositi alluvionali recenti e attuali (all); Terreni di riporto (rp).

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Figura 8.2 – Carta della geologia superficiale relativa al Comune Piazza al Serchio con relativa legenda (riportata limitatamente alle formazioni di interesse) e l’ubicazione dei siti e delle prove

Tali formazioni geologiche sono poi state classificate, dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche in campo statico e dinamico come Unità Litologico-Tecniche, che per l’area in oggetto risultano essere: ULT C: materiali granulari cementati (substrato) costituiti da basalti,

Arenarie di Casanova, brecce a prevalenti elementi ofiolitici (Vs = 900 m/s; D0 = 0.02; ρ = 2 t/m3);

ULT D: materiali coesivi consolidati (substrato) costituiti da Brecce di Santa Maria (Vs = 700 m/s; D0 = 0.02; ρ = 2 t/m3);

ULT E: materiali granulari non cementati o debolmente cementati (copertura) costituiti da depositi detritici, depositi alluvionali, corpi di frana;

ULT F: materiali coesivi non consolidati (copertura) costituiti dai terreni di riporto.

Dal punto di vista dell’analisi della risposta sismica locale nei siti di Piazza al Serchio il bedrock è in generale costituito dalle brecce di S. Maria o altrimenti detto Complesso di base, cb (complesso eterogeneo

0 250 metri

Terreni di riporto (rp)

Detriti e terreni di coperturaQuaternario (dt)

Rp

dt

all

Alluvioni recenti e attuali (ghiaie e sabbieprevalenti). Quaternario (all)

cbgComplesso di baseCretaceo-Eocene (cb)

Sondaggio e prova down-hole (S)

Prova sismica a rifrazione (ST)

LEGENDA

Sito 1:spessore e proprietàdinamiche delcomplesso di base(cb)

PIAZZA AL SERCHIO

Sezioni precedentemente investigate

Sito 2:1.andamento delcontatto tra br e cb2. spessore eproprietà dinamichedelle brecceofiolitiche (br)

S2

ST2

ST3

S1ST1

Sez. 1

Sez. 2

br

Brecce ad elementi ofiolitici (br)Arenarie ofiolitiche (arf). Cretaceo

arf

500 metri

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prevalentemente argillitico, ad assetto caotico, con strati e blocchi di arenarie, calcareniti, calcari marnosi e calcari silicei) che in alcune zone, soprattutto in corrispondenza del centro storico, include zolle di brecce a prevalenti elementi ofiolitici (br); la copertura è invece costituita dai depositi alluvionali, composti da: terreni di riporto (rp), depositi detritici (dt) e depositi alluvionali recenti e attuali, con ghiaie e sabbie prevalenti (all).

8.2 ANALISI E RICERCHE PRECEDENTEMENTE EFFETTUATE

8.2.1 Analisi di maggiore pericolosità sismica locale

Sulla base della carta geologica, geomorfologica e litotecnica disponibili per il Comune di Piazza al Serchio, sono state delimitate le aree classificate come pericolose dal punto di vista sismico (carta delle zone a maggiore pericolosità sismica locale, riportata in Figura 8.3, C.N.R, 1998). In questo centro sono state riconosciute le seguenti tipologie: •

• • •

•

zone caratterizzate da movimenti franosi attivi e quiescenti (zona 1 e zona 2); zone con acclività > 35% associate alla copertura detritica (zona 4); zone di fondovalle con presenza di alluvioni incoerenti (zona 8); zone di contatto tra litotipi con caratteristiche fisico-meccaniche diverse (zona 10); zone con terreni di fondazione particolarmente scadenti (zona 11).

Nelle zone 1, 2 e 4 gli effetti attesi riguardano le possibili accentuazioni dei fenomeni di instabilità in atto e potenziali a seguito di un evento sismico; in particolare la zona 1, con fenomeni franosi attivi, interessa direttamente il centro abitato nei pressi della stazione e la variante di S. Donnino immediatamente al di fuori del centro abitato; la zona 2, con fenomeni franosi quiescenti, interessa in parte il centro abitato, in parte la zona di espansione e la viabilità principale; la zona 4 non interessa direttamente il centro abitato, ma la viabilità principale di collegamento.

Nella zona 8 gli effetti attesi sono dovuti alla differenza di risposta sismica tra substrato e copertura ed eventuali cedimenti; in particolare tali zone (depositi alluvionali del Torrente Acqua Bianca e del Fiume Serchio) non interessano direttamente il centro abitato.

Nella zona 10 gli effetti attesi riguardano amplificazioni differenziate del moto del suolo, dove potrebbero verificarsi dei cedimenti dovuti al contatto tra differenti litologie (brecce ofiolitiche e complesso di base); tali zone interessano direttamente il centro abitato.

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PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.2 Analisi e ricerche precedentemente effettuate

Nella zona 11 gli effetti attesi consistono in possibili cedimenti diffusi, localizzabili nell’area circostante la linea ferroviaria, immediatamente a sud del centro abitato.

Figura 8.3 – Carta delle zone a maggiore pericolosità sismica relativa al Comune di Piazza al Serchio

Avendo deciso di focalizzare le indagini e le sperimentazioni sullo studio dei fenomeni di amplificazione del moto sismico legati alla caratteristiche meccaniche delle differenti litologie presenti e di rinviare lo studio dei seppur numerosi fenomeni d’instabilità ad altri programmi, le zone che sulla base di tale studio sono state considerate sono quelle indicate in Figura 8.3 come zona 8, 10 e 11.

8.2.2 Analisi di amplificazione locale Per valutare la funzione di amplificazione rispetto ad un sisma atteso è stata effettuata una modellazione numerica dell'area di Piazza al Serchio (CNR-IRRS, 1993) attraverso due sezioni rappresentative (riportate in Figura 8.2 e indicate come Sez. 1 e 2), ortogonali tra di loro e intersecantesi in corrispondenza del centro urbano.

Per ciascuna sezione sono state considerate due Unità litologico-tecniche: ULT C (materiali granulari cementati: brecce a prevalenti elementi ofiolitici)

con valore del peso di volume di 2 t/m3 e con valore di Vs di 900 m/s;

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PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.2 Analisi e ricerche precedentemente effettuate

ULT D (materiali coesivi consolidati: Brecce di Santa Maria) con valore del peso di volume di 2 t/m3 e con valore di Vs di 700m/s.

In Figura 8.4 e 8.5 sono riportati i valori del coefficiente di amplificazione relativi alle due sezioni, mentre in Figura 8.6 sono rappresentati i risultati in modo areale, interpolando i dati delle due sezioni analizzate.

Il modello ha mostrato che l’area in questione sia caratterizzata da un'amplificazione generalizzata rispetto al sisma atteso sull'ipotetico sito di riferimento, con valori maggiori in corrispondenza della cresta e dei versanti e valori minori in corrispondenza degli avvallamenti.

Figura 8.4 – Funzione di amplificazione determinata con un modello ad elementi finiti (Quad4) per la sezione 1 nel Comune di Piazza al Serchio

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PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.3 Programmazione delle indagini

Figura 8.5 – Funzione di amplificazione determinata con un modello ad elementi finiti (Quad4) per la sezione 2 nel Comune di Piazza al Serchio

8.2.3 Analisi di vulnerabilità Per il capoluogo di Piazza al Serchio è stata effettuata un’analisi di vulnerabilità (CNR-IRRS, 1995) basata sulla valutazione di una serie di informazioni riguardanti le caratteristiche degli elementi costruttivi degli edifici. L’analisi ha mostrato che solo pochi edifici rientrano nella classe a vulnerabilità elevata.

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Figura 8.6 – Distribuzione areale dei valori del coefficiente di amplificazione determinati con un modello ad elementi finiti (Quad4) nel Comune di Piazza al Serchio

8.3 PROGRAMMAZIONE DELLE INDAGINI

8.3.1 Problematiche individuate Sulla base dell’analisi delle zone a maggiore pericolosità sismica locale e degli altri studi appena descritti sono dunque emerse le seguenti esigenze: a) definire la geometria del contatto (tipo, direzione e inclinazione) tra le

brecce prevalentemente ofiolitiche (br) e le Brecce di Santa Maria (cb); b) definire il comportamento dinamico delle formazioni presenti nel centro

storico e nella zona di espansione a nord-ovest (brecce prevalentemente ofiolitiche e le Brecce di Santa Maria);

c) definire gli spessori e la geometria delle brecce prevalentemente ofiolitiche.

8.3.2 Scelta dei siti Per la risoluzione delle problematiche e per il conseguimento degli obiettivi sopra elencati sono stati individuati due siti, rappresentati in Figura 8.2, insieme all’ubicazione delle indagini in sito (sia di sismica superficiale che geotecniche), alla geologia superficiale e alle tracce delle sezioni investigate nelle precedenti modellazioni: Sito 1: tale sito è stato scelto per caratterizzare dinamicamente le Brecce di Santa Maria (cb), affioranti anche in altri centri urbani della Garfagnana e

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posizionato in una zona vicina al centro abitato, in corrispondenza della zona di vecchia espansione. Sito 2: questo sito è stato scelto per caratterizzare dinamicamente le brecce prevalentemente ofiolitiche (br) sulle quali è stato edificato in passato gran parte del centro urbano, per definire la loro geometria e i relativi spessori, e per caratterizzare l’andamento del contatto tra complesso di base e brecce.

8.3.3 Scelta del tipo di indagini In corrispondenza dei siti individuati sono state effettuate le seguenti indagini in sito: − due sondaggi geotecnici con prova down-hole in corrispondenza di

ciascuno dei due siti (indicati in Figura 8.2 rispettivamente con S1 e S2) di profondità paria a 34.6 m (S1) e 33.3 m (S2);

− tre prove di sismiche a rifrazione (i cui stendimenti sono indicati in Figura 8.2 rispettivamente con ST1, ST2 e ST3), di cui due (ST1 e ST2) “agganciate” ai sondaggi e le altre due per meglio caratterizzare la geometria del contatto tra complesso di base e brecce ofiolitiche;

Sugli 11 campioni estratti durante i sondaggi sono state eseguite solo prove di classificazione (peso di volume, contenuto d’acqua, limiti di Atterberg, analisi granulometriche), mentre non è stato possibile eseguire prove dinamiche data la scarsa qualità di tali campioni e le difficoltà di costituire dei provini, dovute alla particolare durezza del materiale.

8.4 ELABORAZIONE ED ANALISI DEI RISULTATI DELLE PROVE IN SITO

8.4.1 Caratterizzazione stratigrafica Le caratteristiche stratigrafiche dei due siti esplorati, tenendo conto anche dei risultati di alcuni sondaggi eseguiti nel passato, possono essere così sinteticamente descritte.

In corrispondenza del sito 1, superato un primo strato di riporto dello spessore di 1 m, vengono subito incontrate le argilliti del complesso di base (cb) in una forma molto alterata, che dalla profondità di circa 4.5 m contengono in misura sempre più frequente inclusi poligenici di dimensioni centimetriche, fino ad incontrare, alla profondità di circa 9 m, un primo incluso ofiolitico (br) dello spessore di 2 m, che si alterna con le argilliti del complesso di base, sempre di debole consistenza e in alcuni casi parzialmente plasticizzate, fino alla profondità di 16 m dove è stato rilevato lo strato più consistente (dello spessore di circa 6 m) di brecce ad elementi poligenici. Da 22 m di profondità, fino a 35 m si trovano solo argilliti del

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PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.4 Elaborazione e analisi dei risultati delle prove in sito

complesso di base che tendono a diventare, con la profondità, sempre più integre e compatte .

Anche in corrispondenza del sito 2 vengono incontrate subito le argilliti del complesso di base, ancora più superficiali, dato il minore spessore dello strato di riporto, e senza inclusi ofiolitici. Tali argilliti, sebbene presenti fino alla massima profondità investigata di 33 m, presentano caratteristiche piuttosto variabili con la profondità: inizialmente (nei primi 6 m) si può osservare un elevato stato di alterazione, con fratturazioni legate alla struttura “fogliettata” di questo materiale. Anche a profondità maggiori il materiale si presenta piuttosto fratturato e con inclusi calcareo-marnosi, alternando strati di maggiore resistenza a strati più deboli fino a diventare integro alla profondità di 33 m.

Le stratigrafie rilevate durante l’esecuzione dei sondaggi S1 e S2 sono riportate in Figura 8.7, con l’indicazione delle quote di prelievo dei campioni ed evidenziando la posizione e lo spessore relativo a ciascuna delle formazioni incontrate.

8.4.2 Caratterizzazione dinamica: misura della velocità delle onde S e confronti tra i risultati ottenuti con le varie procedure di prova

A parte uno strato superficiale, riconducibile alla parte sommitale del complesso di base (classificata come complesso di base superficiale), i materiali incontrati sono risultati particolarmente duri e rigidi, come già sperimentato durante l’esecuzione dei sondaggi, il prelievo dei campioni e le misure SPT (che per la gran parte hanno dato rifiuto). Tale risultato è stato confermato anche dalle misure dinamiche in sito, in particolare dai profili delle velocità delle onde S con la profondità ottenuti dalle prove down-hole (e riportati in Figura 8.7), che hanno dato, per tutti i materiali, dei valori mediamente elevati e comunque caratteristici di terreni duri.

Le prove down-hole sono state eseguite in corrispondenza dei due

sondaggi utilizzando un sistema di ricezione a due geofoni e i valori di velocità delle onde S, VS, sono stati ottenuti sia col metodo dell’intervallo che dello pseudo-intervallo (con risultati abbastanza simili). In Figura 8.7 sono riportati al variare della profondità i valori di velocità ottenuti col metodo dello pseudo-intervallo insieme alle stratigrafie.

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211

Argilliti molto alterate di colore dal marrone al grigio con rari inclusi poligenici

Incluso ofiolitico di colore grigio-verdastro

Argilliti di colore grigio con frequenti inclusi poligenici

Brecce di colore grigio-scuro ad elementi poligenici in matrice argillitica grigia

Argilliti di colore grigio scuro con elementi poligenici poco frequenti

Terreno di riporto

Argilliti e siltiti integre varicolori

C1

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C4

Argilliti fissili deboli con pochi inclusi alternate a brecce ad elementi poligenici in matrice argillitica

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Vs (m/s)

prof

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tà (m

)

Cb(int.)

br

Cbsup.

Cb(int.)

Figura 8.7 a – Stratigrafia e profilo di VS relativi al sondaggio S1 di Piazza al Serchio


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Figura 8.7 b – Stratigrafia e profilo di VS relativi al sondaggio S2 di Piazza al Serchio

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Vs (m/s)

prof

ondi

tà (m

)

Argilliti di colore grigio-scuro con inclusi poligenici marnoso-calcarei, alterate nella parte superficialeArgilliti fogliettate molto fratturate di colore grigio con inclusi marnoso-calcareiArgilliti fogliettate di colore grigio-scuro con rari inclusi marnoso-calcarei

Argilliti quasi integre di colore grigio-scuro

Argilliti grigio-nerastre con inclusi calcareo-marnosi

Argilliti fogliettate di colore grigio coninclusi calcareo-marnosi

C3C2

Terreno di riportoArgilliti molto alterate di colore dal marrone al grigio con intercalazioni di marne argillose

Argilliti grigio-nerastre integre con inclusi calcareo-marnosi

C1

C4

C5C6

C7

Cb(int.)

Cbsup.

Cbalt.


In corrispondenza di entrambi i sondaggi, la velocità delle onde S cresce progressivamente con la profondità, mantenendosi inizialmente su valori mediamente bassi, compresi tra 250 e 550 m/s, in corrispondenza dei primi metri di profondità (6m, per il sondaggio S1, e 9 m, per il sondaggio S2) riconducibili alla parte più superficiale della formazione del complesso di base; successivamente nel sondaggio S1 vengono raggiunti valori molto più elevati (superiori a 800 m/s e quindi con un elevato contrasto d’impedenza) in corrispondenza della parte più integra e compatta del complesso di base (classificato come complesso di base integro). Nel sondaggio S2 tale passaggio tra la parte più superficiale del complesso di base e quella integra avviene in maniera molto più graduale, attraverso uno strato intermedio caratterizzato da valori della velocità compresi tra 700 e 750 m/s e riconducibile alla parte alterata del complesso di base (classificato come complesso di base alterato).

Gli inclusi ofiolitici, osservati durante l’esecuzione del sondaggio S1 e che dovrebbero presentare una maggiore rigidezza rispetto al materiale circostante e quindi valori maggiori di velocità, non vengono rilevati durante la prova down-hole a causa della tendenza di tale prova a mediare i valori di velocità con la profondità e quindi a non apprezzare variazioni anche se sensibili però su piccoli spessori. Solo all’interno dello strato del complesso di base considerato come integro, a profondità comprese tra 12 e 20 m, si rileva un valore decisamente più elevato rispetto a quello del materiale sovrastante o sottostante, attribuibile probabilmente a un incluso ofiolitico di spessore più consistente.

Le prove di sismica a rifrazione che, come è noto, forniscono dei valori di velocità delle sole onde P e mediati su più ampi volumi di terreno (rispetto alle prove sismiche in foro), più estesi in direzione areale che in profondità, hanno in parte confermato i risultati delle altre prove sismiche per quanto riguarda la distribuzione e lo spessore degli strati, in più hanno consentito di avere un’idea sulla geometria spaziale degli strati (piani orizzontali o inclinati). Elaborando opportunamente le misure dei tempi di arrivo delle onde sismiche ai geofoni, disposti lungo i tre stendimenti prescelti, è stato possibile ricavare anche in questo caso oltre ai valori delle velocità delle onde P, anche quelli delle onde S. In corrispondenza dei due sondaggi (Figura 8.8) sono stati ottenuti grossomodo gli stessi risultati della prova down-hole sia in termini di spessore degli strati che dei rispettivi valori delle velocità delle onde S, con dei valori un po’ più elevati in prossimità della superficie (350 m/s) e un maggiore spessore dello strato classificato come complesso di base superficiale (9 m) per il sondaggio S1 e dei valori più bassi (680 m/s)per lo strato classificato come complesso di

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base alterato nel sondaggio S2, dove però non è stato rilevato (a causa della elevata profondità) lo strato classificato come complesso di base integro.

Un terzo stendimento, posizionato direttamente sulle brecce affioranti (indicato con ST3 in Figura 8.2) ha rilevato un debole strato (dello spessore di circa 4 m) di materiale alterato caratterizzato da valori medio-bassi di velocità (360 ÷ 430 m/s), seguito immediatamente da uno strato di elevata rigidezza (1000 m/s).

Figura 8.8 – Confronto tra i valori della velocità delle onde S ottenuti con la prova DH e di sismica a rifrazione al sito 1 (a) e 2 (b).

8.5 ELABORAZIONE ED ANALISI DEI RISULTATI DELLE PROVE IN

LABORATORIO

8.5.1 Proprietà indici Sulla base dei risultati delle prove di laboratorio effettuate per la caratterizzazione di tali materiali (riassunti in tabella 8.1) si può dire che i due siti sono costituiti prevalentemente da materiali limo-argillosi e argillo-limosi molto compatti (e = 0.3÷0.5, γ =21÷22 kN/m3), di bassa plasticità (Ip = 5 ÷ 8%), con elementi marnoso-calcarei, ed elevata consistenza (Ic = 2.3 ÷ 3.2), un contenuto d’acqua naturale, w, che varia nell’intervallo 3 ÷ 9 %, mentre il limite plastico, wp, oscilla nell’intervallo 15 ÷ 17 %. Frequenti sono gli elementi calacareo-marnosi presenti.

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Velocità delle onde S [m/s]

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DHSismica a rifrazione

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Velocità delle onde S [m/s]

Prof

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tà [m

]

DHSismica a rifrazione

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Campione Form.

Z[m]

γ[kN/m3]

γd

[kN/m3]Gs

[ - ]e

[ - ]S

[%]w

[%]wl

[%]wp

[%]Ic

[%] USCS σ'c[Mpa]

σ'vo

[MPa]OCR[ - ]

3.00-3.40 2.75 36.3 22.13.2 2.75 36.3 22.1 CL

5.60-5.00 21.13 18.13 2.76 0.493 93.00 19.8 33.2 19.3 1.165.8 21.13 18.13 2.76 0.493 93.00 19.8 33.2 19.3 1.16 CL 0.09 0.075 1.19

13.10-13.40 2.77 19.9 14.913.25 2.77 19.9 14.9 CL-ML

3,00-3,603.3

12,10-12,40 2.76 9 23 16.9 2.3812.25 2.76 9 23 17 2.38 CL-ML

12,60-12,85 2.77 2.8 23.0 16.6 3.1612.725 2.77 3 23 17 3.16 CL-ML

13,30-13,65 2.77 5 23 17 3.1113.475 2.77 5 23 17 3.11 CL-ML

14.55-14.90 6 21 16 2.9214.7

15,05-15,60 2.76 5 23.3 16 2.5115.325 2.76 5 23 16 2.51 CL-ML

20,90-21,20 21.37 19.87 2.78 0.372 56.00 7.6 21.2 15.4 2.3521.05 21.37 19.87 2.78 0.372 56.00 8 21 15 2.35 CL-ML 0.1 0.296

S2C5cbalt.

S2C6cbalt.

S2C7cbalt.

cbint.

cbsup.

cbsup.cbalt.cbalt.cbalt.

cbsup.

S1C2

S1C1

S1C3

S2C1

S2C2

S2C3

S2C4

Tabella 8.1 – Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di Piazza al Serchio

215

215

PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.6 Caratterizzazione geotecnica delle formazioni

8.6 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DELLE FORMAZIONI Le indagini effettuate si sono concentrate su un’unica formazione, definita come Complesso di base, assai diffusa in quest’area della Toscana, caratterizzata da un assetto caotico e una struttura fortemente eterogenea, a composizione prevalentemente argillitica e, specialmente in questa zona, con inclusi ofiolitici spesso molto estesi e di notevole spessore. Dall’analisi dei risultati delle prove dinamiche in sito e da uno studio più dettagliato delle stratigrafie è emerso come all’interno di tale formazione, in base alo stato di alterazione e alla superficialità del materiale, si possano distinguere tre differenti litotipi: un complesso di base superficiale, un complesso di base alterato e un complesso di base integro.

La caratterizzazione dinamica di tali materiali non è avvenuta in maniera completa non essendo stato possibile eseguire delle prove di laboratorio dinamiche sui campioni estratti durante i sondaggi, d’altra parte essendo il materiale in questione comunque argillite, già caratterizzata, sulla base anche di numerosi dati sperimentali, con le indagini eseguite nel comune di Castelnuovo Garfagnana, si è pensato di utilizzare ed estendere i risultati già precedentemente ottenuti per tale materiale.

A partire dai risultati delle prove dinamiche in sito è stato possibile classificare e determinare le proprietà dinamiche medie di tali unità (comprese le brecce ofiolitiche) in termini di velocità delle onde S, velocità delle onde P e coefficiente di Poisson al variare della profondità, distinguendo le prove down-hole, che forniscono risultati più puntuali, dalle prove di sismica a rifrazione che forniscono invece valori mediati. I diagrammi corrispondenti sono riportati nelle Figure 8.9, 8.10 e 8.11.

Per quanto riguarda invece l’andamento con la deformazione a taglio γ del modulo di taglio normalizzato G/G0 e del rapporto di smorzamento D vengono prescelte le curve ricavate sperimentalmente sulla base del modello di Yokota et al. (1981) ottenute a partire dai risultati delle prove dinamiche di laboratorio eseguite sui campioni di argillite estratti a Castelnuovo Garfagnana (Figura 7.9).

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. [m

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0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ν

Prof

. [m

]

Figura 8.9 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S e P e del coefficiente di Poisson per il complesso di base superficiale

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0 200 400 600Vs [m/s]

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. [m

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DH Sismica superficiale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ν

Prof

. [m

]

Figura 8.10 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S e P e del coefficiente di Poisson per il complesso di base alterato

217


0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 200 400 600 800 1000 1200Vs [m/s]

Prof

. [m

]

Vs (DH) Sismica superficiali

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 500 1000 1500 2000 2500 3000Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ν

Prof

. [m

]

Figura 8.11 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S e P e del coefficiente di Poisson per il complesso di base integro

0

5

10

15

20

25

0 500 1000 1500Vs [m/s]

Prof

. [m

]

Sismica superficiale

0

5

10

15

20

25

0 1000 2000 3000 4000Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

5

10

15

20

25

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5ν

Prof

. [m

]

Figura 8.12 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S e P e del coefficiente di Poisson per le brecce ofiolitiche .

218

PIAZZA AL SERCHIO Par. 8.7 Risultati dell’analisi della risposta sismica locale

8.7 RISULTATI DELL’ANALISI DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE Il modello proposto dal codice SHAKE è stato applicato ad entrambi i siti assegnando come parametri per la caratterizzazione geometrica e geotecnica del sito (velocità delle onde S, Vs, peso per unità di volume, γ, spessore, ∆z, curva G/Go-γ e D-γ per ciascun strato in cui il deposito viene suddiviso) quelli ricavati sulla base delle indagini sperimentali, riassunti nelle Tabelle 8.2 e 8.3, e adottando come input sismico l’accelerogramma di riferimento su roccia definito per i Comuni della Garfagnana. L’analisi è stata quindi ripetuta variando l’input sismico.

Tabella 8.2 – Dati di input geotecnici adottati per l’analisi della risposta sismica locale effettuata nel sito 1 di Piazza al Serchio

Terreno Prof. [m]

N° strato

Spessore [m]

γ [kN/m3]

G0[Mpa]

G/G0-γ, D-γ

0.0

0.5 1 0.5 21.13 152.5 1.0 2 0.5 21.13 152.5 2.0 3 1.0 21.13 152.5 3.5 4 1.5 21.13 152.5 5.0 5 1.5 21.13 461.9

Cb sup.

6.5 6 1.5 21.13 461.9

Yokota et al. (1981)

Bedrock > 6.5 7 ∞ 21.37 1718.3 “

Tabella 8.3 – Dati di input geotecnici adottati per l’analisi della risposta sismica locale effettuata nel sito 2 di Piazza al Serchio

Terreno Prof. [m]

N° strato

Spessore [m]

γ [kN/m3]

G0,sperim.[Mpa]

G/G0-γ, D-γ

0.0

0.5 1 0.5 21.13 215.2 1.0 2 0.5 21.13 215.2 2.5 3 1.5 21.13 215.2 4.0 4 1.5 21.13 498.5 6.5 5 2.5 21.13 498.5

Cb sup.

9.0 6 2.5 21.13 637.6


12.0 7 3.0 21.37 1242.119.0 8 7.0 21.37 1183.628.0 9 9.0 21.37 853.9

Cb alt.

35.0 10 7.0 21.37 1151.7


Bedrock > 35 11 Inf. 21.37 1638.0 “

219


8.7.1 Confronto tra le risposte sismiche corrispondenti a input sismici differenti L’analisi della risposta sismica locale è stata effettuata, per ciascuno dei due siti considerati, utilizzando 6 input sismici differenti, oltre a quello scelto come accelerogramma di riferimento, tutti scalati allo stesso picco di accelerazione massima (0.18 g) scelti sempre tra le registrazioni su roccia delle stazioni più vicine al sito in esame. Lo scopo è di individuare, se presenti, eventuali influenze dell’input sismico sulla risposta del sito e allo stesso tempo, distinguere invece i soli effetti legati alle caratteristiche del sito (periodo proprio, ecc.).

In Figura 8.13 sono stati confrontati, per entrambi i siti, gli spettri di risposta normalizzati (con smorzamento del 5%) ottenuti in superficie con ciascuno degli input sismici utilizzati, e si può notare come siano diversificati tra loro, soprattutto per periodi inferiori a 0.4 s, anche se sono tutti caratterizzati da due picchi distinti, il primo, localizzato per quasi tutti gli input utilizzati, intorno a 0.1 s, il secondo, più sensibile all’input considerato, situato tra 0.2 e 0.3 s.

0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

4.4

4.8

5.2

5.6

0 0.4 0.8 1.2 1.6

Periodo [s]

Acc

eler

azio

ne s

pettr

ale

[g]

Figura 8.13 a – Spettri di risposta normalizzati, con smorzamento strutturale del 5 %, ottenuti con ciascuno dei 6 input utilizzati (in rosso l’input di riferimento) per il sito 1 di Piazza al Serchio

220


0

0.4

0.8

1.2

1.6

2

2.4

2.8

3.2

3.6

4

4.4

4.8

5.2

5.6

0 0.4 0.8 1.2 1.6

Periodo [s]

Acc

eler

azio

ne s

pettr

ale

[g]

Figura 8.13 b – Spettri di risposta normalizzati, con smorzamento strutturale del 5 %, ottenuti con ciascuno dei 6 input utilizzati (in rosso l’input di riferimento) per il sito 2)

Tranne che per uno degli accelerogrammi, il secondo picco è quello predominante. Le risposte dei siti al variare dell’input sono differenti, oltre che in termini di periodo fondamentale, anche in termini di amplificazione massima che varia tra 3.2 e 4.8 per il sito 1 e in misura ancora più sensibile per il sito 2 (tra 3.2 e 5.6).

Analizzando le funzioni di amplificazione per i due siti (Figura 8.14), si osserva come esse (prescindendo la funzione di amplificazione dall’input sismico) risultano pressoché coincidenti al variare dell’input, mentre evidenziano al variare del sito la posizione dei due picchi (corrispondenti al primo e al secondo modo di vibrare del terreno) e quindi le frequenze fondamentali dei siti, che risultano: per il sito 1 intorno ai 14 Hz (0.07 s), mentre per il sito 2 pari a 4.5 Hz (0.22 s), ben diverse, soprattutto per il sito 1, dai valori stimati sulla base dei risultati sperimentali (0.22 s per il sito 1 e 0.26 per il sito 2).

221


0

5

10

15

20

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

Am

plifi

cazio

ne

Frequenza [Hz]

0

5

10

15

20

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

Frequenza [Hz]

Am

plifi

cazio

ne

Figura 8.14 – Funzioni di amplificazione ottenute con ciascuno dei 6 input utilizzati per il sito 1 (a) e 2 (b)

222


In particolare si pensa che le frequenza fondamentale rilevata per il sito 1, anche dall’analisi degli spettri di risposta, sia più legata alle caratteristiche dell’input sismico che a quelle del sito e che per le particolari proprietà geotecniche di tale sito, il suo effetto diventi predominante.

8.7.2 Confronto tra la risposta sismica corrispondente ai due siti esaminati e la normativa La risposta sismica locale, determinata in corrispondenza dei due siti esaminati, adottando come input sismico l’accelerogramma di riferimento, è stata confrontata con quanto previsto dalla normativa italiana, in termini di spettro di progetto, e quanto previsto dall’Eurocodice e dalla normativa francese in termini di spettro di risposta elastico normalizzato.

In particolare calcolando, per i due siti, lo spettro di progetto corrispondente a quello considerato nella normativa italiana (ottenuto dallo spettro di risposta elastico dividendolo per un fattore di duttilità pari a 5), si può osservare (Figura 8.15) che lo spettro di progetto previsto per i comuni classificati sismici di seconda categoria, risulta per entrambi i siti eccessivamente cautelativo per periodi maggiori di 0.35 s, mentre non garantisce una protezione adeguata per periodi compresi tra 0.05 e 0.15 s.

Ciò si verifica soprattutto per il sito 1, anche se con amplificazioni massime contenute (1.5 per il sito 1 e 1.1 per il sito 2) e in misura ancora più evidente nell’intervallo compreso tra 0.15 s e 0.4, con amplificazioni massime, molto vicine per entrambi i siti, che raggiungono valori di 2.5. Qualora invece si consideri lo spettro di progetto più cautelativo previsto dalla normativa, il “campo” non protetto si restringe all’intervallo 0.20 – 0.35 s e con amplificazioni di 1.8.

Il confronto è poi stato ripetuto in termini di spettri di risposta elastici normalizzati (con smorzamento strutturale del 5%), con lo spettro previsto dall’Eurocodice per i terreni di classe A (scelto in base alle caratteristiche geotecniche dei terreni sottostanti i tre siti, indicate in Tabella 4.3) e con lo spettro S1 previsto dalla normativa francese (SP92), scelto in sulla base delle caratteristiche stratigrafiche e geotecniche di siti (indicate nelle Tabelle 4.5 e 4.6). I risultati ottenuti (Figura 8.16) sono più confortanti sia in termini di intervallo in cui lo spettro della normativa risulta più cautelativo 8anche se troppo), cioè per periodi inferiori a 0.20 s e superiori a 0.35 s, sia in termini di amplificazione che risultano di 1.8 per il sito 1 e 2.2 per il sito 2.

223


0

0.05

0.1

0.15

0.2

0 0.4 0.8 1.2 1.6

Periodo [s]

Acc

eler

azio

ne s

pettr

ale

[g]

Normativa (I)

Normativa (II)

Sito2

Sito1

Figura 8.15 – Spettri di progetto ricavati per ciascuno dei due siti e confrontati con gli spettri di progetto proposti dalla normativa italiana per la prima e la seconda categoria sismica

0

1

2

3

4

5

0 0.4 0.8 1.2 1.6

Periodo [s]

Acc

eler

azio

ne s

pettr

ale

norm

alizz

ata

Eurocode

Sito

SP92 (S1)

Sito

Figura 8.16 – Spettri di risposta elastici normalizzati (con smorzamento del 5%) ricavati per ciascuno dei due siti e confrontati con i corrispondenti spettri proposti dall’Eurocodice (EC8) e dalla normativa francese (SP92)

224

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