UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE DIPARTIMENTO DI...

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE Sezione Geotecnica Via Di S. Marta, 3 - I 50139 Firenze

CONVENZIONE TRA LA REGIONE TOSCANA E IL DIPARTIMENTO DI INGE-GNERIA CIVILE DELL’UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZE PER L’ESECUZIONE DI UNO STUDIO GEOTECNICO PER LA "DEFINIZIONE DI I-STRUZIONI TECNICHE PER INDAGINI DI TIPO GEOTECNICO ED IDENTIFICA-ZIONE DI CRITERI E METODOLOGIE PER LA PROGRAMMAZIONE, L'ESECU-ZIONE E L'INTERPRETAZIONE DELLE INDAGINI GEOTECNICHE AI FINI DELLA SPERIMENTAZIONE DI METODI PER LA VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI LOCA-LI E LA CREAZIONE DI UNA BANCA DATI GEOTECNICI"

STUDIO GEOTECNICO FINALIZZATO ALLA VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI LOCALI

IN ALCUNI SITI CAMPIONE DELLA GARFAGNANA (CASTELNUOVO G., PIEVE FOSCIANA, S. ROMANO G., PIAZZA AL SERCHIO)

RELAZIONE FINALE

Responsabile: Prof. T. Crespellani Collaboratori: Ing. Roberto Bardotti

Ing. J. Facciorusso Ing. C. Madiai Prof. Ing. G. Vannucchi

RELAZIONE FINALE INTRODUZIONE

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INTRODUZIONE

La presente relazione illustra le attività svolte e i risultati scientifici dello “ Studio geotecni-

co finalizzato alla valutazione degli effetti locali in alcuni siti campione della Garfagnana

(Castelnuovo G., Pieve Fosciana, S. Romano G., Piazza al Serchio)", condotto dal Diparti-

mento di Ingegneria Civile dell’Università di Firenze (DIC), e oggetto della Convenzione

stipulata il 1 Febbraio 1999 tra la Regione Toscana e il DIC nell'ambito del Progetto VEL.

Le attività che il DIC ha condotto per lo svolgimento di tale studio sono state effettuate

secondo il programma fissato nell'Art. 1 della suddetta Convenzione, modificato secondo

le ulteriori richieste avanzate dall'Amministrazione regionale tramite l'Arch. Ferrini, nel

corso della campagna di indagine.

Oltre alla descrizione delle attività svolte (PARTE I), la relazione riporta le elaborazioni

e i criteri seguiti dal DIC per la programmazione delle indagini geotecniche, per il control-

lo a campione dei sondaggi e delle prove in sito, e per il coordinamento e la supervisione

dei risultati delle prove di laboratorio condotte da ISMES, Politecnico di Torino, Università

di Napoli "Federico II" (PARTE II).

Per la presentazione dei risultati scientifici è stata studiata una modalità tale da rendere

possibile e agevole l’estensione delle informazioni acquisite nella campagna di indagini per

una stima preliminare indiretta delle proprietà dinamiche delle principali formazioni diffu-

se in Garfagnana.

RELAZIONE FINALE PARTE I

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PARTE I - ATTIVITÀ SVOLTE

In sintesi, con riferimento alle prestazioni richieste nell'Art. 1 della Convenzione, le attività

svolte dal DIC sono state le seguenti.

a) Partecipazione del responsabile scientifico alle riunioni del Gruppo di coordinamento

(GdC) e stesura delle "Istruzioni riguardanti le indagini di tipo geologico-tecniche alla

scala 1:5000 e 1: 2000 e le indagini geotecniche dinamiche finalizzate alla valutazione

degli effetti locali nei comuni classificati sismici" (fase 1- Dicembre 1998) - Sebbene la

Convenzione sia stata stipulata in data 1/2/1999 l'attività del DIC è iniziata circa un an-

no prima, infatti a partire dal mese di marzo 1998, il responsabile scientifico e altri col-

laboratori del DIC hanno partecipato alle riunioni del GdC presso la Regione Toscana

(N. 8 riunioni), per definire gli standard da rispettare nel rilevamento geologico, nella

restituzione cartografica, nell'esecuzione delle indagini geotecniche di tipo dinamico. Il

DIC ha proceduto alla stesura di una prima versione-quadro delle direttive, che è stata

approvata nella riunione del 6.10.1998. Si è quindi proceduto alla stesura finale delle

Istruzioni Tecniche (allegate alla presente relazione), in cui gli aspetti scientifici della

parte geologica sono stati curati dai prof. Puccinelli, Dott. Pergalani e Dott. Pochini, e

quelli della parte geotecnica dalla Prof. Crespellani e dall'Ing. Facciorusso (pagine da

13-20; da 29 a 114; da 191 a 201). Le Istruzioni Tecniche, stampate nel Dicembre 1998,

sono state presentate e distribuite ai Comuni dei siti campione, alle ditte esecutrici dei

lavori e ai professionisti interessati (progettisti e direttori dei lavori) perché ad esse si

uniformassero i capitolati e le procedure di esecuzione dei sondaggi e delle prove.

b) Partecipazione alla fase di coordinamento per la realizzazione di cartografia geologica

al fine di individuare, in accordo con il GdC, le situazioni tipo che dovevano essere og-

getto di indagini di tipo geotecnico, utili alla modellazione numerica di valutazione de-

gli effetti locali (fase 1- dicembre 1998) - Date le vaste dimensioni dell'area di indagine,

lo studio degli effetti di sito del Progetto VEL è stato impostato facendo riferimento a

'siti campione'. Nell'ambito del GdC, nel corso di N. 6 riunioni, cui il DIC ha sempre

partecipato, sono stati definiti i criteri tecnico-scientifici su cui basare la scelta dei siti, e

precisamente:


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- risultati di precedenti studi [DE FRANCO & CAIELLI , 1995; DE FRANCO et al., 1996; PE-

TRINI, 1995; PETRINI, 1998];

- 'stabilità' del sito in corrispondenza dell'evento sismico massimo atteso con periodo di

ritorno di 475 anni;

- rappresentatività delle formazioni geologiche incontrate ai fini della estensione dei ri-

sultati della caratterizzazione geotecnica;

- importanza degli effetti amplificativi con riferimento alle situazioni geomorfologiche

tipiche in cui si producono effetti di focalizzazione e risonanza delle onde sismiche (ri-

lievi e depositi vallivi);

- rappresentatività dei siti ai fini dell'estensione dei risultati ad altre situazioni ricorrenti

in Garfagnana;

- disponibilità di informazioni sismiche, geologiche, geotecniche esistenti;

- importanza storica e/o socio-economica dei centri abitati in cui i siti ricadono;

- possibilità di utilizzare anche nel breve termine i risultati dello studio per la protezione

sismica degli edifici.

Allo scopo di identificare le situazioni più interessanti e ricorrenti sotto il profilo della

possibilità di effetti di amplificazione della risposta sismica, il DIC ha esaminato, insieme

ai responsabili della modellazione e ad alcuni membri del GdC, la cartografia e i rapporti

scientifici di precedenti studi promossi dall'Amministrazione regionale sul rischio sismico e

sulla geomorfologia regionale. I ricercatori del DIC hanno inoltre svolto specifiche ricerche

bibliografiche, raccogliendo un elevato numero di memorie scientifiche di natura sismica e

geologica sulla Garfagnana e hanno analizzato tutta la documentazione di interesse geotec-

nico disponibile. Insieme ad altri membri del GdC, hanno effettuato N. 6 sopralluoghi,

alcuni dei quali di più giorni, in varie località della Garfagnana e della Lunigiana.

c) Partecipazione a corsi di aggiornamento per tecnici professionisti - In qualità di relatori

e docenti, i rappresentanti del DIC hanno partecipato ad alcune iniziative promosse dal-

l'Amministrazione Regionale.

In particolare:


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- In data 13.3.1998 la prof. Crespellani ha tenuto a S. Romano Garfagnana, in occa-

sione di un Seminario sulla "Stabilità dei pendii in Garfagnana e Lunigiana", una re-

lazione sul tema:

"Stabilità dei pendii in zona sismica"

- In un incontro tenutosi a Massa il 19.10.1998 con i tecnici comunali e i professionisti

locali, la prof. Crespellani ha presentato le linee guida delle Istruzioni Tecniche;

- In data 30.11. 1998, al Seminario "Programma di valutazione degli effetti locali per

la riduzione del rischio sismico nei Comuni della Lunigiana, Garfagnana e Media

valle del Serchio", tenutosi a Fivizzano, la Prof. Crespellani e l'Ing. Facciorusso han-

no svolto due relazioni rispettivamente sui seguenti temi:

- Caratterizzazione dei terreni in campo dinamico finalizzata alla valuta-

zione degli effetti sismici locali

- Programmazione, esecuzione e interpretazione delle indagini geotecni-

che

d) Individuazione delle località campione e definizione delle prove geotecniche dinami-

che più significative per la loro caratterizzazione geotecnica (fase 0- Dicembre 1998;

fase 2- maggio 1999) - Sulla base dei criteri di cui al precedente punto b), il GdC nella

riunione del 10.2.1999, a cui erano presenti, in rappresentanza del DIC, la prof. Cre-

spellani, l'ing. Madiai e l'ing. Facciorusso, ha proceduto alla scelta dei siti campione e

all'indicazione delle aree più esposte agli effetti di sito. Sono state scelti i seguenti siti :

1) Castelnuovo Garfagnana;

2) Pieve Fosciana;

3) San Romano Garfagnana;

4) Piazza al Serchio.

In tali siti, sulla base delle informazioni raccolte e delle ricerche effettuate si è ritenuto

che:

- a Castelnuovo Garfagnana e a Pieve Fosciana le aree più esposte agli effetti di sito

fossero i depositi di valle costituiti rispettivamente da alluvioni recenti e terrazzate;


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- a Piazza al Serchio e a San Romano G., data la loro collocazione in pendio, le aree

più esposte ad effetti topografici e di amplificazione fossero alcuni versanti ricoperti

da coltri detritiche.

Perciò i luoghi per l'ubicazione dei sondaggi per l'analisi degli effetti di sito sono stati

scelti all'interno di tali zone. Nel caso di S. Romano G. e Piazza al Serchio, data la pre-

senza di ampie aree instabili all'interno dell'abitato, la ricerca di siti 'stabili' è risultata

più complessa. Tra i criteri seguiti c'è stato anche quello di far sì che i sondaggi incon-

trassero le stesse formazioni geologiche che nelle altre zone del centro urbano erano

soggette a fenomeni di instabilità. Ciò al fine di poter utilizzare i risultati delle prove

geotecniche, oltre che per l'analisi degli effetti di sito, anche per le verifiche di stabilità

nei confronti di possibili movimenti franosi durante i terremoti attesi.

Una volta fissati i siti campione, sono stati effettuati, insieme agli altri membri del

GdC e ai tecnici regionali e comunali, N. 2 sopralluoghi nei siti prescelti per una u-

bicazione più precisa delle indagini sul terreno. Naturalmente, nella scelta dei siti ef-

fettivi si è dovuto tenere conto, oltre che dei criteri di cui al punto b) anche di altri fat-

tori, quali la demanialità dei terreni, la facilità di accesso, ecc. Dopo avere condotto le

ricerche sismiche e geotecniche per la preidentificazione degli scenari sismici e dei li-

velli deformativi, il DIC ha quindi proceduto alla programmazione delle indagini sul

terreno (vedi Par. 2 e 3, PARTE II). Oltre che gli aspetti scientifici legati alla scala di

indagine, alla metodologia di valutazione degli effetti di sito, ai modelli di calcolo e a-

gli scenari sismici attesi, nella programmazione sono stati tenuti in considerazione an-

che alcuni vincoli tecnico- amministrativi, legati alla scelta dell'Amministrazione re-

gionale di delegare ai Comuni dei siti interessati alcune funzioni nell'ambito delle in-

dagini sui terreni, con il coinvolgimento di imprese, professionisti e tecnici locali, e al-

l'esigenza avanzata dall'Arch. Ferrini di definire in maniera precisa il programma delle

prove geotecniche anticipatamente alla esecuzione delle indagini. Nonostante la diffi-

coltà di definire un programma di prove geotecniche prima di conoscere la natura dei

materiali (la flessibilità del programma delle indagini geotecniche è la caratteristica

che differenzia tali indagini rispetto a quelle sugli altri materiali dell'ingegneria, soprat-

tutto nel settore molto specialistico delle prove dinamiche ancora non consolidato e in


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continua evoluzione) il DIC ha provveduto a redigere, in accordo con l'Amministrazio-

ne regionale e il GdC, un programma quadro di prove sul terreno nei siti campione. Il

programma previsto in tale fase è stato riportato nel rapporto dal titolo "SUBPRO-

GETTO GARFAGEO (Fase 3) - Programma di indagini VEL sui centri urbani di Ca-

stelnuovo G., Minucciano, Piazza al Serchio, Pieve Fosciana, S. Romano G. (Giugno

1999)", che ha costituito la base per assegnare, tramite apposite convenzioni della Re-

gione Toscana, le prove geotecniche di laboratorio ai tre laboratori geotecnici specia-

lizzati (Università di Napoli "Federico II", Politecnico di Torino, ISMES), a cui l'Am-

ministrazione regionale, su indicazione del DIC, ha ritenuto di affidare le prove geo-

tecniche (statiche e dinamiche) e per indicare agli Enti locali e ai direttori dei lavori da

questi designati (scelti in ambito locale) l'ubicazione delle indagini sul terreno, il nu-

mero dei campioni, le profondità di prelievo, ecc.

e) Esame e valutazione della documentazione già in possesso della Regione (fase 2 -

Maggio1999) - L'esame della documentazione fornita dall'Amministrazione regionale al

DIC ha riguardato alcune decine di relazioni geologiche, a supporto di piani urbanistici

e/o di studi per la progettazione di manufatti. Tale materiale, contenente un certo nume-

ro di stratigrafie e alcuni risultati di prove sulle proprietà indici e di altre prove geotec-

niche, è stato esaminato in dettaglio dal DIC, e ne è stata valutata la maggiore o minore

affidabilità alla luce di precedenti studi condotti dal DIC e/o della documentazione re-

lativa a dati e comunicazioni personali fornite dal Prof. Nardi e da altri professionisti

della Garfagnana , già in possesso del DIC.

f) Esame e valutazione della documentazione fornita dagli Enti locali e relativa alle in-

formazioni geologiche e ai dati geotecnici esistenti (stratigrafie di sondaggi, prove in si-

to e in laboratorio) (fase 2- Maggio1999) - La documentazione fornita dagli Enti locali

ha compreso alcuni rapporti geologici a sostegno degli strumenti urbanistici. Il materia-

le fornito al DIC, tramite la Regione, è risultato in complesso scarso e di interesse quasi

esclusivamente geologico. È stato tuttavia esaminato con gli stessi criteri di cui al punto

e), verificandone l'affidabilità e traendo informazioni soprattutto di tipo stratigrafico.

g) Sopralluoghi nei siti oggetto della sperimentazione finalizzati al controllo a campione

delle indagini geotecniche in sito (fase 3- Maggio1999) - A causa di uno slittamento dei


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tempi, i sondaggi hanno avuto inizio nell'Agosto 1999 e le indagini geotecniche in sito

(prove down-hole) si sono ulteriormente protratte nel tempo. Dal 24.8.1999 fino al

1.2.2000 il DIC ha effettuato N. 26 missioni per il controllo a campione dei sondaggi e

delle indagini geotecniche in sito (prove SPT, prove down-hole e misure di rifrazione).

Tali missioni sono state ravvicinate soprattutto nella fase iniziale dell'esecuzione dei

sondaggi e delle prove geotecniche nei siti campione, al fine di dare assistenza scientifi-

ca ai direttori dei lavori (professionisti locali) e alle ditte non specializzate incaricate dai

Comuni per l'esecuzione delle indagini. Oltre ai sopralluoghi, il DIC ha tenuto contatti

pressoché quotidiani (scritti e verbali) sia con l'Amministrazione regionale sia con i di-

rettori dei lavori sia con le ditte incaricate delle indagini sul terreno e delle prove in sito.

A partire dai primi mesi del 2000 l'Amministrazione regionale ha ritenuto di eseguire

oltre alle prove downhole e crosshole previste nel programma specificato nel sopra-

menzionato rapporto "SUBPROGETTO GARFAGEO", altre prove in sito (prove a rifra-

zione per la misura di Vs e prove SASW) affidandole al Prof. Signanini e al Prof. Lan-

cellotta. Trattandosi di esperti nel settore, non si è più reso necessario il controllo da

parte del DIC.

h) Esecuzione di ricerche mirate allo studio di correlazioni tra parametri statici e dinamici

- Tale studio è stato avviato già nella prima fase della Convenzione attraverso una ricer-

ca che ha condotto a un repertorio di correlazioni empiriche di letteratura per la stima

di alcuni parametri dinamici (modulo di taglio iniziale, rapporto di smorzamento e leggi

di variazione di tali parametri con il livello deformativo) necessari per l'applicazione di

modelli di risposta sismica locale a partire da parametri geotecnici di tipo corrente. La

ricerca è stata rivolta soprattutto allo studio di correlazioni per i terreni incoerenti (sab-

biosi e ghiaiosi), dal momento che in tali terreni il prelievo di campioni indisturbati è

impossibile con le tecniche normali. Sono state anche individuate delle correlazioni va-

lide per il sito, adottando una procedura 'inversa' (resasi necessaria per il numero esi-

guo di campioni di laboratorio). Tale procedura è consistita nell'identificare le correla-

zioni che meglio interpretavano i dati reali. Sui risultati di questo studio si riferirà nella

PARTE II.


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i) Indicazione alla Regione Toscana dei criteri per l'elaborazione ed il trattamento del ma-

teriale geotecnico acquisito nel corso della sperimentazione per la caratterizzazione

meccanica delle principali unità litologiche dell'area ed alla creazione di una banca dati

geotecnici regionali (Fase 3 - Maggio 1999) - I criteri per l'elaborazione e il trattamento

del materiale sono stati forniti in molti modi e occasioni, e precisamente:

- nelle Istruzioni Tecniche (Appendice C.7)

- nel corso di riunioni, scritti e continui colloqui con l'Amministrazione Regionale e/o

il GdC;

- in incontri scientifici e colloqui con i ricercatori interessati alla modellazione della

risposta sismica;

- nel corso dei continui contatti scritti e verbali con i Laboratori che hanno eseguito le

prove geotecniche statiche e dinamiche (ISMES; Politecnico di Torino, Laboratorio

Geotecnico dell'Università di Napoli "Federico II").

Benché non richiesto nella Convenzione, per un migliore espletamento di tale punto, via

via che pervenivano al DIC i risultati delle prove in sito e in laboratorio da parte delle

ditte e dei laboratori specializzati, è stata effettuata l'analisi e l'interpretazione dei risulta-

ti (vedi Par. 4 e 5, PARTE II), nonché il controllo nel Laboratorio Geotecnico del DIC di

campioni prelevati negli stessi fori da cui erano stati estratti quelli inviati agli altri labo-

ratori geotecnici. Tale controllo ha confermato l'impossibilità, in diversi casi, a motivo

della consistenza quasi lapidea dei campioni, di ottenere provini indisturbati per prove di

colonna risonante e di taglio torsionale, come segnalato dal Laboratorio Geotecnico del-

l'Università di Napoli "FedericoII", e ha suggerito alcune modifiche al programma di

prove (che non sono state però attuate). I criteri per la creazione della Banca dati geotec-

nici regionali sono stati discussi in alcune riunioni del GdC tenutesi a Firenze e a Mila-

no.

j) Sopralluoghi per la supervisione delle operazioni relative ai sondaggi geognostici e

prove in sito e/o di quelli richiesti dalla U.O.C. Rischio Sismico della Regione Toscana

(Fasi 2-3 - Maggio 1999) - Vedi precedente punto g).

RELAZIONE FINALE PARTE II

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PARTE II - RELAZIONE SCIENTIFICA

1. CRITERI DI PROGRAMMAZIONE DELLE INDAGINI GEOTECNICHE

In una prospettiva geotecnica, la finalità delle indagini sul terreno negli studi di valutazione

degli effetti locali [CRESPELLANI, 1986; CRESPELLANI, 1999] è pervenire alla conoscenza

dettagliata dello stato del terreno prima, durante ed eventualmente dopo il terremoto atteso

attraverso lo studio delle condizioni naturali del terreno in sito e mediante la riproduzione

in laboratorio delle condizioni di sollecitazione e deformazione più prossime a quelle reali.

Le indagini geotecniche sono quindi indagini estremamente mirate, che devono contribuire

a definire tutte le caratteristiche (morfologiche, stratigrafiche, idrogeologiche, geotecniche)

e i parametri indispensabili per una valutazione 'realistica' mediante modelli della risposta

del terreno ad un dato input sismico in arrivo al sito.

In questa prospettiva, il programma delle indagini geotecniche, di cui al presente rapporto,

è stato finalizzato al raggiungimento di molti obiettivi ed è stato orientato, oltre che a una

caratterizzazione geotecnica generale dei terreni indagati, a ricavare i parametri indispen-

sabili per la valutazione degli effetti di sito con i codici di calcolo prescelti dai ricercatori

dell'IRRS, incaricati di eseguire le analisi numeriche, e cioè QUAD4M [HUDSON et

al.,1993] e SHAKE91 [IDRISS & SUN, 1992].

Come noto, entrambi i codici eseguono l'analisi della risposta sismica in termini di

pressioni totali, utilizzando una legge costitutiva del tipo lineare equivalente, richiedendo

per ogni strato di terreno considerato i seguenti parametri :

- per definire lo stato iniziale prima del terremoto: la densità ? , il modulo di taglio ini-

ziale G0, il rapporto di smorzamento iniziale D0 e, nel caso di QUAD4M, il coeffi-

ciente di Poisson, ?;

- per definire il comportamento durante il terremoto: la legge di variazione con l'am-

piezza della deformazione di taglio, ?, del modulo di taglio, G (?), e del rapporto di

smorzamento, D(?).

Il programma delle prove geotecniche nei siti campione è stato impostato tenendo con-

to sia delle caratteristiche specifiche della Garfagnana, e in particolare della sismicità, della


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geomorfologia e della natura delle formazioni presenti, sia delle problematiche geologiche

e geotecniche nei siti specifici (presenza di faglie, instabilità dei versanti, ecc.).

Come noto, ad eccezione di una ristretta fascia costiera, la Garfagnana è una regione

prevalentemente montuosa, interessata da tipici sistemi di pieghe appenninici, con rilievi

costituiti da formazioni rocciose, spesso alterate, con pendii molto acclivi ricoperti da coltri

superficiali, che si alternano a valli strette e fortemente incise, generalmente colmate da

depositi alluvionali di consistenza medio-alta.

Nella zona sono presenti tutte le più importanti formazioni dell'Appennino settentrio-

nale, ed in particolare, andando dal basso verso l'alto [DALLAN NARDI & NARDI 1974;

NARDI, 1985 - 1992; DALLAN NARDI et. al., 1991; FERRINI et al., 1998]:

- le Unità metamorfiche Toscane del nucleo Apuano, costituite da scisti e filladi pale-

ozoiche, marmi e calcari del Giurassico e del Cretaceo, scisti e arenarie oligoceniche;

- le formazioni tipiche della Falda Toscana, costituite prevalentemente dalle arenarie

quarzoso feldspatiche oligoceniche del Macigno (MG);

- le unità della successione ligure, costituita dal complesso di base (CB), essenzial-

mente argillitico ad assetto caotico, di età cretacico-eocenica;

- depositi fluvio-lacustri plio-pleistocenici, sedimenti terrigeni rappresentati da argille

e sabbie (ARG) e da conglomerati poligenici (CG) e conglomerati monogenici con ciot-

toli di macigno (CT/MG);

- i depositi alluvionali terrazzati (AT);

- i depositi alluvionali recenti costituiti prevalentemente da ghiaie, sabbie e limi

(ALL) e altri depositi olocenici detrici (DT).

La Garfagnana è tra le zone della Toscana più esposte ai terremoti a causa della pre-

senza di una rete di faglie sismogenetiche attive [EVA et al., 1978; PATACCA et al., 1986;

SCANDONE et al., 1991; MELETTI & SCANDONE, 1992; MELETTI et al., 2000], che anche in

tempi abbastanza recenti hanno dato luogo a eventi sismici di notevole entità. Ad esempio,

il terremoto del 7 Settembre 1920, con epicentro a Fivizzano, dove è stata stimata un'inten-

sità del IX - X grado MCS, produsse ingenti danni strutturali e provocò effetti locali di crol-

li e frane in una vasta zona della regione.


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Nella programmazione delle indagini geotecniche si è perciò tenuto conto, oltre che dei

modelli per la valutazione degli effetti di sito, degli scenari sismici prevedibili durante il

terremoto atteso e sono state fatte delle ricerche specifiche e delle elaborazioni per preiden-

tificare i livelli deformativi sul terreno.

Per la definizione del programma di indagini sul terreno, sono stati anche considerati i

seguenti fattori: scala di indagine, risorse e tempi disponibili, vincoli tecnico-

amministrativi, alcuni dei quali menzionati al punto d) della PARTE I.

2. OBIETTIVI DELLE INDAGINI GEOTECNICHE

2.1 Obiettivi generali

Tenuto conto che per l'analisi degli effetti di sito era stato scelto, oltre al modello 1D,

un modello 2D (che richiede di estrapolare, in base alla geologia superficiale, i risultati ot-

tenuti in modo puntuale), la filosofia generale che ha guidato la programmazione delle in-

dagini geotecniche è stata quella di caratterizzare, in vista dell'estensione dei risultati, le

formazioni geologiche più diffuse nell'area, per identificarne il comportamento prima, du-

rante e dopo il terremoto di riferimento. Si è posta, quindi, particolare attenzione, nella

scelta delle verticali da esplorare, al fatto che le diverse formazioni fossero attraversate dai

sondaggi.

Gli obiettivi generali che si è inteso raggiungere sono i seguenti:

a) caratterizzazione geotecnica delle seguenti formazioni geologiche :

- depositi alluvionali recenti (ALL)

- depositi alluvionali terrazzati pleistocenici (AT e CT/MG)

- depositi fluvio-lacustri plio-pleistocenici argillo-sabbiosi (ARG) e ghiaiosi (CG);

- complesso di base costituito dalla formazione delle argille e dei calcari (AC) e dalle

brecce di S. Maria (CB e BR)

- macigno (MG);

b) stima, per ogni formazione, dei parametri indispensabili per l'applicazione dei codici

QUAD4M e SHAKE91, e cioè, per ogni strato di terreno considerato:


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- per definire lo stato iniziale prima del terremoto: la densità ?, il modulo di taglio i-

niziale G0, il rapporto di smorzamento iniziale D0 e, nel caso di QUAD4M, il coef-

ficiente di Poisson, ?;

- per definire il comportamento durante il terremoto: la legge di variazione con l'am-

piezza della deformazione di taglio, ?, del modulo di taglio, G (?), e del rapporto di

smorzamento, D(?);

c) simulazione mediante prove di laboratorio degli stati di sollecitazione e deformazione

indotti su depositi 'sismicamente stabili' dal terremoto di riferimento (Magnitudo 6;

periodo di ritorno 475 anni; PGA =0.32g: durata 12 s; frequenza fondamentale 2-5

Hz);

d) ricerca di correlazioni regionali tra parametri dinamici (VS e G0) e altri parametri ge-

ometrici e geotecnici di più semplice determinazione (profondità, pressione di confi-

namento, indice dei vuoti, numero dei colpi della prova SPT, ecc.);

e) valutazione della variabilità intrinseca e spaziale delle caratteristiche geotecniche del-

le varie formazioni.

Giova osservare che il problema della valutazione della variabilità intrinseca e spazia-

le è oggi ritenuto di grande importanza nella letteratura geotecnica, dal momento che

ha una notevole incidenza sulla risposta sismica di un deposito. KANDA & MOTOSA-

KA [1995], attraverso registrazioni strumentali, e più recentemente MASUDA et al.

[2001] hanno dimostrato che possono aversi sostanziali differenze nelle risposte si-

smiche di due siti anche molto vicini a causa della variabilità delle proprietà geotec-

niche nella direzione orizzontale.

Inoltre, sia per ragioni scientifiche (il confronto dei risultati ottenibili con diverse ap-

parecchiature di prova è sempre di notevole interesse geotecnico) sia per i diversi co-

sti delle prove che possono fornire i parametri dinamici iniziali e le loro leggi di va-

riazione con i livelli deformativi, il programma delle prove è stato anche mirato a:

f) confrontare i valori della rigidezza iniziale G0 ottenibili con prove in sito (con le tec-

niche down-hole, DH, o cross-hole, CH) e in laboratorio (con la prova di colonna ri-

sonante, RC, di taglio torsionale ciclico, TTC, e triassiale ciclica con Bender Ele-

ments);


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g) confrontare le curve di decadimento di G ottenibili con le apparecchiature di RC e

TTC con quelle ricavabili con prove triassiali cicliche, TXC, e monotone, TXM, in

condizioni drenate e non drenate;

h) confrontare le curve sforzi-deformazioni e la resistenza al taglio in condizioni drena-

te e non drenate.

In considerazione del fatto che in pratica sono essenzialmente le caratteristiche dei

primi 30m a determinare la risposta sismica dei depositi 1, la profondità minima prevista

per i sondaggi è stata di 30m. In relazione al raggiungimento di fini specifici per i vari siti

sono state però raggiunte anche profondità superiori.

In sintesi il programma delle indagini previste ha compreso:

- N. 12 sondaggi di profondità variabile tra 30 e 80m;

- N. 1 prova CH su due fori di 80m;

- N. 6 prove DH di profondità variabile tra 30 e 80m;

- N. 120 prove SPT;

- prove di laboratorio su N. 48 campioni indisturbati.

Le prove di classificazione sono state previste per tutti i campioni (disturbati e indi-

sturbati), mentre sui campioni indisturbati sono state previste N.10 prove edometriche con

misura di K0. Per la caratterizzazione del comportamento del terreno in condizioni sismiche

e post-sismiche e per la misura dei parametri dinamici richiesti dai codici di calcolo (G, D,?

e le loro leggi di variazione con il livello deformativo) sono state previste prove dinamiche

e quasi-statiche, cicliche e monotone, in varie condizioni di consolidazione (isotropa e K0)

e di drenaggio, su N. 33 campioni.

Nella Tabella 1 è riportato il quadro delle prove e della loro distribuzione nei siti cam-

pione previsto nel citato Rapporto SUBPROGETTO GARFAGEO.

1 Vedi ad es. le raccomandazioni NEHRP [BUILDING SEISMIC SAFETY COUNCIL , 1994].


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Tabella 1 - Quadro complessivo delle indagini geotecniche previste nei vari siti

Prove in sito Prove di laboratorio Località Sondaggio z

[m] DH CH

Numero campioni

Class. EDO TX RC TTC

? 30 - - 4 4 1 2 1 1 ? 30 ? - 4 4 1 2 1 1

Castelnuovo Garfagnana

? 50 ? - 4 4 1 2 1 1 ? 50 ? - 6 6 1 3 1 1 Piazza al

Serchio ? 50 ? - 6 6 1 3 1 1 ? 30 ? - 4 4 1 3 - - ? 40 ? - 5 5 1 3 1 1

San Romano Garfagnana

? 40 - - 5 5 1 3 1 1 ? 80 - ? 10 10 2 4 1 1 Pieve Foscia-

na ? 80 - ? - - - - - -

z = Profondità massima prevista DH = Prova Down-hole CH = Prova Cross-hole Class. = Prove di classificazione EDO = Prove edometriche con misura di K0

RC = Prove di colonna risonante TTC = Prove di taglio torsionale ciclico TX = Prove triassiali (cicliche, monotone e convenzionali con misure interne di deformazione)

2.2 Obiettivi specifici delle indagini nei siti campione

2.2.1 Castelnuovo Garfagnana

L'elemento morfologico più importante presente nell'area di Castelnuovo Garfagnana (Fi-

gura 1) è costituito dalle valli del Torrente Turrite Secca e del fiume Serchio. La confluenza

dei due corsi d'acqua avviene in corrispondenza del centro storico, originando due piane al-

luvionali, dove si è sviluppata la parte più recente dell'abitato.

Precedenti studi di DE FRANCO & CAIELLI, [1995] e di PETRINI [1998], avevano indica-

to che le aree più esposte agli effetti di sito erano le due spianate alluvionali. In tali deposi-

ti erano stati osservati valori dei fattori di amplificazione 4-10 volte superiori a quelli ot-

tenuti nelle stazioni di misura poggiate su bedrock ed erano stati attribuiti, sulla base delle

indicazioni delle carte geologiche, "alla presenza di materiali alluvionali non cementati e di

caratteristiche meccaniche scadenti". I valori maggiori erano stati ottenuti in riva destra del

fiume Serchio per un campo di frequenze compreso tra 1 e 7 Hz. Era anche stato evidenzia-

to che in tali zone, i depositi erano attraversati da una faglia diretta con direzione N-S e che,

ai due lati della faglia, la copertura alluvionale aveva spessori diversi e sovrastava forma-


16

zioni geologiche differenti. Gli effetti amplificativi erano stati anche attribuiti a fenomeni di

focalizzazione delle onde superficiali lungo la faglia. Invece non erano stati osservati effetti

amplificativi nell'area del centro storico.

a) Depositi alluvionali della Turrite Secca - Per la localizzazione dei sondaggi sono stati

scelti due siti a cavallo della faglia in modo da poter valutare l'influenza sugli effetti di sito

delle diverse condizioni stratigrafiche e della posizione del bedrock. Secondo le informa-

zioni desunte da alcuni precedenti sondaggi condotti in aree circostanti [NARDI, 1995] (Fi-

gura 1), nella porzione rialzata della faglia il bedrock (costituito dalla formazione del ma-

cigno) avrebbe dovuto trovarsi a piccola profondità (15-20m) mentre sulla parte ribassata

avrebbe dovuto trovarsi alla profondità di circa 50m. Il programma delle prove geotecni-

che si è basato oltre che sulle informazioni geologiche, su alcuni scarsi dati geotecnici de-

sunti da prove per la determinazione delle proprietà indici, sulla cui base sono stati ipotiz-

zati (attraverso correlazioni di letteratura) gli andamenti delle velocità delle onde S. Per

raggiungere il substrato, sono stati previsti due sondaggi (indicati in Figura 1 con S1 e S2),

predisposti per le prove DH, della profondità di 50 e 30 m con esecuzione di prove SPT e

prelievo di N. 8 campioni indisturbati (almeno un campione per ogni formazione geologica

incontrata) su cui eseguire prove statiche e dinamiche. Allo scopo di simulare il comporta-

mento ciclico e post-ciclico della coltre alluvionale, che si ipotizzava essere poco consisten-

te, è stato previsto di effettuare su un campione indisturbato (a profondità tra 2-3 m), una

prova triassiale ciclica (TXC) portata fino ad un livello deformativo massimo pari a quello

indotto dal terremoto atteso (?a ? 0.05-0.06%). Per osservare il 'danno' indotto dalla storia

ciclica è stata prevista una prova triassiale fino a rottura in condizioni monotone (TXM).

b) Depositi alluvionali del Serchio - Il terzo sondaggio (indicato in Figura 1 con S3) è stato

localizzato nella zona industriale dove gli spessori dei depositi alluvionali recenti sulla base

di precedenti sondaggi e di alcuni dati geotecnici [NARDI, 1995], risultavano più elevati, e

caratterizzati nei primi 3-5m dalla presenza di materiali meno consistenti rispetto alle altre

zone. Poiché, sotto la coltre alluvionale ghiaiosa (non campionabile in condizioni indistur-

bate), era stata segnalata la presenza dei depositi fluvio-lacustri (di caratteristiche geotecni-

che incerte e non deducibili dai pochi dati a disposizione), si è pensato di spingere il son-

daggio fino ad almeno 30m, e di prelevare quattro campioni indisturbati nei depositi flu-


17

vio-lacustri (ARG), al fine di caratterizzare tale formazione, che è tra quelle più ricorrenti

nella Garfagnana.

Figura 1 - Pianta di Castelnuovo G.na e ubicazione dei siti e delle prove

0 400 metri 200


18

Il programma delle prove di laboratorio (la cui esecuzione è stata affidata al Laborato-

rio Geotecnico del Politecnico di Torino) è stato studiato con diverse finalità: analizzare la

variabilità intrinseca e la dipendenza dalla profondità delle principali proprietà geotecniche

delle ARG, studiarne la storia tensionale e deformativa, esaminarne il comportamento ci-

clico e post-ciclico. Sono state perciò previste molte determinazioni di proprietà indici (li-

miti di Atterberg, densità, indice dei vuoti, grado di saturazione) e prove edometriche con

misura di K0. Tra le prove dinamiche, oltre alle prove RC e TTC, è stata inserita anche una

prova triassiale ciclica, da portare a un livello di deformazione assiale ?a ? 0.06% sotto 9

sequenze di carichi ciclici di ampiezza crescente, di cui le prime 3 erano finalizzate ad esa-

minare gli effetti di prestraining. Si è inoltre previsto di fare seguire alla prova ciclica una

prova triassiale monotona in condizioni drenate.

2.2.2 Pieve Fosciana

Il centro storico di Pieve Fosciana, come pure la sua zona di espansione, è ubicato su un

terrazzo alluvionale in leggera pendenza (Figura 2). Il deposito è costituito dall'alto verso il

basso da spessori molto modesti di alluvioni terrazzate (AT), seguite da ciottoli di macigno

(CT/MG) e da strati consistenti di depositi fluviolacustri (ARG) di spessore molto elevato.

Al di sotto si incontrano il Macigno (MG) e le Marne di Pontecchio (FP).

Nel sito prescelto per le indagini, che ricade nell'area di espansione del centro urbano,

si disponeva dei risultati di una indagine sismica basata su registrazioni di sismogrammi a

seguito di scoppi che era stata effettuata per valutare gli effetti amplificativi del sito alla su-

perficie delle alluvioni [DE FRANCO et al., 1996; PETRINI, 1998]. Nelle sezioni investigate

non erano stati registrati rilevanti effetti amplificativi. Tuttavia, dato lo spessore elevato dei

depositi fluvio-lacustri al di sopra del substrato, e dato che le analisi di MS di I livello con-

dotte con i criteri del Manuale del TC4 avevano evidenziato la possibilità di effetti di sito

(Figura 4), l'ipotesi andava meglio verificata con analisi più approfondite.

Sono stati perciò programmati N. 2 sondaggi geotecnici profondi, a distanza di 6 m l'u-

no dall'altro, della profondità di 80 m (di cui uno a distruzione), da predisporre per l'esecu-

zione di prove CH a due fori, con lo scopo di identificare la profondità del substrato (costi-

tuito dal Macigno), nonché di caratterizzare, oltre allo stesso substrato, le formazioni sovra-


19

stanti (ARG), molto diffuse nella zona. Un altro obiettivo che si intendeva raggiungere era,

infine, quello di effettuare in tale sito confronti tra i risultati ottenibili con modelli di calco-

lo SHAKE 91 e QUAD4M in condizioni in cui gli effetti di bordo erano assenti.

Per il raggiungimento degli obiettivi generali di cui al par. 2.1 è stata anche program-

mata l'esecuzione di N. 20 prove SPT e l'estrazione di N.10 campioni indisturbati; oltre a N.

10 determinazioni delle proprietà indici e N. 2 prove edometriche con misura di K0, sono

state anche previste N. 2 prove di RC e di TTC, e N. 4 prove triassiali con misure di defor-

mazioni locali sulle ARG.

È da sottolineare che durante l'esecuzione dei sondaggi il programma delle prove ha

avuto alcune modifiche, sia perché i materiali incontrati sono risultati molto diversi da quel-

li previsti sulla base delle descrizioni geologiche (per esempio, non è stato possibile effet-

tuare le prove SPT, che hanno dato subito rifiuto) sia per cause varia natura (ad esempio i

capitolati non si erano conformati alla Istruzioni Tecniche per quanto riguardava la dimen-

sione dei fori). Un guasto dell'attrezzatura di perforazione ha portato poi a ripetere i son-

daggi a pochi metri di distanza dai precedenti e a spingere più in profondità uno dei son-

daggi fino a 93 m, dove è stato trovato il substrato (che non era stato incontrato in quelli

precedenti). È stato così possibile estrarre un maggior numero di campioni e riorganizzare il

programma delle prove di laboratorio in modo da raggiungere alcuni obiettivi di interesse

più generale nell'ambito del progetto complessivo, esaminando ad esempio la variabilità

verticale e orizzontale delle ARG (prelevando dei campioni alla stessa quota nei diversi

sondaggi) e il comportamento a rottura delle ARG.

Tenuto conto che tale formazione è molto diffusa nell'area (anche in zone in pendio), e

visto che il comportamento ciclico e post-ciclico era già stato analizzato in laboratorio ese-

guendo prove di RC, TTC e prove triassiali cicliche e monotone in condizioni non drenate

su provini prelevati a Castelnuovo G., si è ritenuto opportuno indagare in modo più appro-

fondito il comportamento di tali formazioni in condizioni drenate, simulando con prove

triassiali del tipo TXCKoD, con consolidazione Ko, le condizioni prima e dopo l'evento

sismico.


20

Figura 2 - Pianta di Pieve Fosciana e ubicazione dei siti e delle prove

2.2.3 San Romano Garfagnana

Il centro abitato di San Romano G. (Figura 3) è ubicato sul versante sinistro del fiume Ser-

chio, è caratterizzato da elevata acclività (anche > 35%), ed è situato in una zona fortemen-

te interessata da movimenti franosi, diversi per tipologia e stati di attività [DALLAN NARDI

et. al., 1991; D'AMATO AVANZI et al., 1997; PERGALANI, 1998]. La parte più antica dell'abi-

tato è costruita su argille grigio-scure (AC), alternate a calcari a grana fine, di età cretaceo-

paleocenica , mentre una parte più recente si stende su terreni di copertura (detriti e detriti

di falda, DT, alluvioni recenti, ALL), provenienti dall'alterazione del macigno. Il substrato

è in genere costituito dal complesso di base (brecce di Santa Maria), formato da argilliti o

da argilliti alternate a strati e blocchi di calcareniti (AC), calcari mitritici e calcari marnosi.

Limitatamente ad alcune zone il bedrock è costituito dal macigno (MG).

Gli scenari sismici di danno in tale area sono principalmente legati all'instabilità dei

pendii, sia superficiali (con scivolamenti al contatto tra substrato e coperture) sia profondi.

S1

AT

AT

AT ALL MG

CT /MG

SASW1

SASW2

SITO 2

SITO 1

PF1

S2


21

Figura 3 - Pianta di San Romano G.na e ubicazione dei siti e delle prove

Sono però anche possibili degli effetti di sito dovuti alla topografia, in particolare lun-

go le due dorsali dove è costruito il centro storico.

In vista sia dell'analisi della risposta sismica locale, sia delle verifiche di stabilità dei

pendii, i siti per l'ubicazione dei sondaggi sono stati identificati per rispondere ai seguenti

principali requisiti:

- caratterizzare sotto il profilo statico e dinamico la formazione AC, verificando gli spes-

sori e le giaciture dei livelli calcarei localmente presenti, e le eventuali variazioni nel

comportamento geotecnico della formazione ai due lati della faglia che attraversa l'abita-

to;

Detrito Quaternario ( DT ) DT

AC CGV

Argille e Calcari (AC): argilliti scure alternate A calcari micritici, calcari marnosi e calcareniti; nella parte alta locali intercalazioni di torbiditi calcareo-marnose (CGV) Paleocene - Eocene Medio

Sondaggio e prova down - hole ( S )

LEGENDA

Sito 2 e 3 :

SAN ROMANO IN GARFAGNANA

Sezioni precedentemente investigate

Sito 1

:

S2

S1

Sez . 1

Sez . 2

Macigno ( MG ) Oligocene medio/ sup .-Oligocene sup .

S3

MG

Faglia

0 175 metri 350 metri

DT MG

AC

AC

CGV


22

- definire gli spessori e la natura delle coperture detritiche (DT).

A tal fine sono stati programmati N. 3 sondaggi, disposti sui due lati della faglia, di

profondità compresa tra i 30 e i 40m, nei quali effettuare prove DH. È stato previsto inoltre

il prelievo di 14 campioni indisturbati. Tenuto conto della natura dei materiali e degli o-

biettivi specifici delle indagini, sono state previste, oltre che prove dinamiche di RC e

TTC, anche prove triassiali monotone drenate con consolidazione K0. Oltre alle curve di

decadimento e alla resistenza drenata, tali prove permettono infatti di ricavare il coefficien-

te di Poisson ? in condizioni drenate, come richiesto dal codice QUAD4M. Come noto, il

coefficiente di Poisson ottenibile in sito dal rapporto tra Vp e VS è invece molto incerto.

Inoltre va anche tenuto presente che il coefficiente di Poisson varia nei terreni con il livello

deformativo.

2.2.4 Piazza al Serchio

Il centro urbano di Piazza al Serchio (Figura 4) è edificato sul complesso di base (CB)

(brecce di S. Maria), inglobanti localmente brecce ofiolitiche (BR), e sorge in parte su una

valle stretta, in parte su un versante parallelo all'asse fluviale, dove si sviluppa anche la zo-

na di espansione.

Il complesso di base è un complesso eterogeneo prevalentemente argillitico, ad assetto

caotico, per lo più affiorante ma anche spesso ricoperto da terreni di riporto (RP) e depositi

detritici (DT), e, in valle, dalle alluvioni recenti ed attuali con ghiaie e sabbie prevalenti

(ALL).

Nell'area del centro urbano e nell'area circostante è stata individuata una serie di feno-

meni franosi attivi e quiescenti, uno dei quali ha sede proprio nel centro urbano [DALLAN

NARDI et al., 1991; PERGALANI, 1998]. Il versante è infatti molto acclive (acclività ? 35%)

e il complesso di base ha coperture detritiche e riporti di spessori talora elevati.

Nella scelta dei luoghi in cui ubicare i sondaggi, è stata posta particolare attenzione al

fatto che le zone fossero sicuramente 'stabili', cioè non interessate da movimenti franosi, in

atto o potenziali.

Secondo le indicazioni ricavabili dalla geologia, nei siti prescelti si sarebbero dovute

trovare sia il complesso di base sia le brecce ofiolitiche. Non disponendo di dati stratigrafici

né sulle proprietà geotecniche, dal momento che tali materiali sono, spesso, oltre che rico-


23

perti da riporti e da materiali detritici, allo stato molto alterato, erano state previste, per la

stima degli effetti di sito, prove dinamiche a bassi e medi livelli di deformazione per carat-

terizzare il comportamento dinamico sia delle coperture sia delle formazioni CB e BR. Inol-

tre, dal momento che lo scenario sismico più probabile era legato ai movimenti franosi,

erano state anche previste prove triassiali e prove ELL per la misura dei parametri di resi-

stenza al taglio in condizioni drenate e non drenate.

Figura 4 - Pianta di Piazza al Serchio e ubicazione dei siti e delle prove

Le stratigrafie dei sondaggi hanno confermato le previsioni fatte sul tipo di formazioni

incontrate; tuttavia, le brecce ofiolitiche sono state riscontrate in uno solo dei sondaggi (a

una quota compresa tra 16 e 22 m), i riporti sono risultati di spessore molto ridotto, mentre

la copertura (costituita da materiale argillitico molto alterato) è risultata di spessore variabi-

0 250 metri

Terreni di riporto ( RP )

Detriti e terreni di copertura Quaternario ( DT

t )

RP

DT

ALL Alluvioni recenti e attuali (ghiaie e sabbie prevalenti). Quaternario ( ALL )

CB Complesso di base Cretaceo -Eocene ( CB )

Sondaggio e prova down - hole ( S )

Prova sismica a rifrazione ( ST )

LEGENDA

Sito 1 :

PIAZZA AL SER-CHIO

Sezioni precedentemente investigate

Sito 2 :

S2

ST2

ST3

S1 ST1

Sez . 1

Sez . 2

BR

Brecce ad elementi ofiolitici ( BR ) Arenarie ofiolitiche ( ARF ). Cretaceo

ARF

500 metri


24

le (in un sondaggio pari a circa 6m e nell'altro a 2.50 m), i materiali del complesso di base,

composto essenzialmente da argille scagliose grigio-scure con scaglie di varie dimensioni,

sono risultati molto più rigidi del previsto, e con consistenza per lo più litoide. Le prove

SPT sono state possibili solo nei primi metri (1.50 e 4.50m), e per il campionamento si so-

no dovuti usare diversi campionatori (Shelby e Mazier). Il programma di prove è risultato

perciò diverso da quello previsto per il fatto che all’apertura dei campioni i litotipi incontra-

ti sono risultati del tutto differenti da quelli inizialmente ipotizzati, e tali da non consentire

il confezionamento di provini per l’esecuzione di prove di taglio torsionale ciclico e dina-

mico. Le prove DH hanno indicato che in tali materiali i valori della velocità delle onde S,

VS, sono comprese tra 600 e 900m/s.

3. PREIDENTIFICAZIONE DEGLI SCENARI SISMICI E DELL'ACCELERO-GRAMMA DI RIFERIMENTO PER LA PROGRAMMAZIONE DELLE IN-DAGINI GEOTECNICHE

Le indagini geotecniche per la valutazione degli effetti di sito sono indagini estremamente

mirate e devono essere strettamente rapportate agli scenari sismici prevedibili durante il ter-

remoto atteso.

Sotto il profilo ingegneristico e geotecnico, gli scenari che possono aversi durante un

terremoto di prefissate caratteristiche, legati alle condizioni dei siti e dei terreni di fonda-

zione, possono essere suddivisi in due grandi categorie.

La prima categoria comprende le aree in cui possono aversi fenomeni di instabilità dei

terreni (aree instabili). È il caso dei pendii franosi, dei depositi argillosi soffici, dei terreni

liquefacibili, dove, sotto l'azione del terremoto, possono aversi collassi del terreno, scivo-

lamenti o cedimenti incompatibili con la stabilità delle strutture (effetti locali).

La seconda categoria comprende il caso di terreni di buona consistenza (aree stabili)

ma in cui per effetto di particolari condizioni geomorfologiche e geotecniche, le caratteri-

stiche vibratorie del moto sismico alla superficie di un deposito (o di un ammasso roccioso)

sono diverse rispetto a quelle del moto della base rocciosa, di cui amplificano alcune com-

ponenti e ne attenuano altre. Nel linguaggio sismico tali effetti sono denominati effetti di

sito.


25

È da sottolineare che, nel linguaggio sismico i termini effetti locali ed effetti di sito non

sono quindi equivalenti. Con il primo si intendono gli effetti sismici che possono includere

anche fenomeni di instabilità nelle aree potenzialmente instabili, con il secondo solo gli ef-

fetti che si possono avere nelle aree che, durante il terremoto di riferimento, sono da rite-

nersi stabili.

Le modalità con cui l'ingegneria geotecnica sismica affronta i due tipi di scenari sono

molto diverse, perché diversi sono i modelli di riferimento e le informazioni geotecniche

richieste. Perciò diverse sono le tipologie di indagine, diverse le procedure di prova. Diver-

se sono anche le misure di protezione, che generalmente nel primo caso riguardano il terre-

no e nel secondo le strutture.

Come sintetizzato nella Tabella 2, le indagini geotecniche devono innanzitutto accerta-

re le condizioni stratigrafiche e le proprietà geotecniche nelle condizioni naturali prima del

terremoto (in condizioni drenate). Devono quindi indagare il comportamento del terreno

nelle condizioni simulanti quelle che si hanno in sito durante il terremoto di riferimento

(generalmente in condizioni non drenate). Nelle aree potenzialmente instabili devono inda-

gare le proprietà dinamiche nel campo delle medie e alte deformazioni e in condizioni ul-

time (in condizioni non drenate) in modo da poter confrontare gli stati di sforzo nei due ca-

si e valutare il coefficiente di sicurezza del terreno. Devono infine esplorare anche il com-

portamento nelle condizioni dopo il terremoto (in condizioni drenate), dal momento che

molti fenomeni di instabilità (ad esempio legati alla dissipazione delle pressioni interstiziali

accumulatesi durante l'evento sismico) possono essere ritardati.

Nello studio degli effetti di sito nelle aree stabili, le indagini geotecniche, oltre che ac-

certare le condizioni stratigrafiche e le proprietà geotecniche nelle condizioni naturali pri-

ma del terremoto, devono esplorare, come nel caso precedente, il comportamento del terre-

no durante il terremoto ma è in generale sufficiente limitarsi a considerare il comportamen-

to dinamico del terreno nel campo delle basse e medie deformazioni (in condizioni cioè ab-

bastanza lontane dalla rottura). Inoltre, in tal caso, ha invece scarso interesse il comporta-

mento post-sismico. Giova sottolineare che i campi deformativi che possono essere indagati

con le diverse prove geotecniche sono diversi.

Tabella 2- Finalità delle indagini geotecniche nella valutazione degli effetti locali e informazioni richieste per definire il comportamento del terreno prima, durante, dopo il terremoto di riferimento

Informazioni richieste Finalità

Aree stabili Aree instabili

1.Identificare le caratteristiche del

terreno nelle sue condizioni natura-

li prima del terremoto

?? Stratigrafia

?? Regime delle falde

Per ogni strato:

?? Proprietà indici (w, wL, wP, Ip, ?,

?s, e0, Sr)

?? Storia dello stato tensionale

(OCR, K0)

?? Rigidezza e smorzamento a bassi

livelli di deformazione (G0, D0, ? )

?? Resistenza drenata e non drenata

(c', ? ', cu)

?? (Permeabiltà, k)

Per il bedrock:

?? Rigidezza e smorzamento a bassi

livelli di deformazione (G0, D0, ? )

?? Stratigrafia

?? Regime delle falde

Per ogni strato:

?? Proprietà indici (w, wL, wP, Ip, ?, ?s, e0, Sr)

?? Storia dello stato tensionale (OCR, K0)

?? Rigidezza a bassi livelli di deformazione

(G0, ?)

?? Resistenza drenata e non drenata (c', ?',

cu)

?? (Permeabiltà, k)

Per il bedrock:

?? Rigidezza e smorzamento a bassi livelli

di deformazione (G0, D0, ? )

2.Determinare i parametri dinamici

indispensabili per valutare median-

te modelli la risposta sismica du-

rante il terremoto nelle condizioni

più prossime a quelle indotte dal

terremoto di riferimento

Per ogni strato:

?? Andamento della rigidezza G (?) e

del rapporto di smorzamento D

(?) nel campo delle basse e medie

deformazioni

Per il bedrock:

?? Andamento della rigidezza G (?) e

del rapporto di smorzamento D

(?) nel campo delle basse e medie

deformazioni

Per ogni strato:

?? Andamento della rigidezza G (?, N) e del

rapporto di smorzamento D (?, N) nel

campo delle medie e alte deformazioni e

in funzione del numero dei cicli N

?? Andamento delle pressioni interstiziali u

(?, N)

?? Resistenza a rottura in condizioni dina-

miche e cicliche ? (N)

Per il bedrock:

?? Andamento della rigidezza G (?) e del

rapporto di smorzamento D (?) nel cam-

po delle basse, medie e alte deformazioni

Resistenza a rottura nell'interfaccia

3. Identificare le caratteristiche di

resistenza del terreno dopo il ter-

remoto

-

?? Resistenza a rottura post-ciclica in con-

dizioni drenate monotone c', ?'

Fintanto che non si deve indagare il comportamento a rottura, la prova di colonna ri-

sonante e di taglio torsionale ciclico risultano sufficienti per indagare il comportamento del

terreno in condizioni sismiche, dal momento che esaminano un ampio campo di deforma-

zioni. Ma quando occorre indagare il comportamento in condizioni ultime, cioè a rottura,

occorre associare anche prove di taglio semplice ciclico o triassiali cicliche o anche prove

triassiali convenzionali, per potere ricavare i parametri di interesse per la previsione del

comportamento in sito mediante modelli.

3.1 Magnitudo, intensità sismica, PGA, effetti di sorgente, leggi di attenuazione, effetti locali, accelerogramma di riferimento

Le prove dinamiche di laboratorio sono un ottimo strumento per esaminare il comporta-

mento sforzi-deformazioni del terreno in condizioni di carico simili a quelle indotte dal ter-

remoto, ma devono essere associate ad uno scenario sismico e a una previsione del moto.

Per quanto riguarda la Garfagnana, i risultati delle ricerche sismiche effettuate a tale

scopo possono essere così sintetizzati.

a) Magnitudo, intensità sismica e PGA

Sulla base dei dati documentari del campo macrosismico, il valore massimo di intensità ri-

levato è IX-X MCS. Il valore di magnitudo massima atteso in Garfagnana, stimato sulla ba-

se di correlazioni a partire dai valori dell'intensità, è intorno a M = 6 - 6.1 [POSTPISCHL,

1985a e b; MARCELLINI & TENTO, 1987a; MONACHESI & STUCCHI, 1997]. Benché nell'area

siano stati condotti molti studi specifici di pericolosità sismica, per la programmazione del-

le indagini geotecniche si è ritenuto opportuno fare riferimento alle carte, redatte dal

GNDT, dell'intensità macrosismica e del picco di accelerazione PGA, attesi nel territorio

italiano per un periodo di ritorno di 475 anni [PERUZZA et al., 1996; REBEZ et al., 1996],

con probabilità di eccedenza in 50 anni del 10%, che prevedono nei siti campione i seguenti

valori (Figura 4):

- I > VIII MCS

- PGA = 0.32 g.


28

Essendo ottenuti sulla base di dati storici di intensità, integrati con i risultati di registrazio-

ni accelerometriche, è da ritenere che siano inclusivi degli effetti di amplificazione. Si può

pertanto ritenere che il valore di PGA sia un valore di riferimento per i depositi.

Per quanto riguarda il valore atteso su roccia, si può assumere, con riferimento agli studi di

pericolosità sismica condotti da PETRINI [1995], un valore di PGA pari a 0.18g.

b) Effetti di sorgente, leggi di attenuazione ed effetti locali

Come si è visto, la Garfagnana è attraversata da una fitta rete di faglie, alcune delle quali

sismicamente attive, con un sistema principale di strutture orientate NO-SE (Figura 5). Da-

gli studi di GRANDORI et al. [1987], l'attenuazione del moto sismico risulta molto maggiore

nella direzione ad esse trasversale che in quella delle principali strutture. La presenza di

queste faglie, in un'area complessivamente di circa 40 per 100 km2, fa ritenere che durante

i terremoti più forti verificatisi nell'area, gli effetti di sorgente siano prevalsi su quelli do-

vuti ai fattori locali. Tuttavia, come si può osservare nella Figura 5, nel terremoto del 1920,

si sono avuti crolli di roccia e movimenti franosi, anche al di fuori dell'area epicentrale, il

che appare attribuibile più a fattori locali che ad effetti di sorgente.

Poiché molti centri urbani sono situati su rilievi, su valli profonde o a mezza costa su

pendii molto acclivi, in zone spesso già interessate da frane attive e quiescenti, vi è un ri-

schio molto alto che i terremoti inducano effetti locali di riattivazione di tali movimenti o

ne producano di nuovi. L'esposizione ad effetti di sito e ai movimenti franosi è stata dimo-

strata, oltre che dagli studi di PETRINI [1998], dalle zonazioni di I livello e II livello [CRE-

SPELLANI et al., 1997; MADIAI, 1999] effettuate in alcune sottozone della Garfagnana (Fo-

glio N. 96 della Carta Geologica d'Italia). Dall'analisi di I livello con il metodo di MIDORI-

KAVA [1987], si possono individuare essenzialmente tre zone: una zona molto estesa in cui

non vi è amplificazione, una striscia lungo la costa in cui l'amplificazione media è 3; una

serie di aree di estensione limitata, distribuite soprattutto in prossimità degli alvei fluviali e

in zone vallive, in cui il valore dell'amplificazione attesa è tra 2.1 e 3.

In sintesi, l'analisi preliminare condotta sulla base dei precedenti studi sismici effettuati

nella regione, ha portato a preidentificare due tipici scenari dovuti alle condizioni locali:

- movimenti franosi


29

- effetti di sito.

In particolare, nei quattro siti campione gli scenari sismici attesi sono:

- Castelnuovo Garfagnana: a) effetti di amplificazione nei depositi alluvionali del

Serchio e della Turrite Secca, nella zona industriale e nella zona di espansione [Marcel-

lini & Tento, 1987b]; b) effetti topografici nell'area di Monte Alfonso, sulla sponda sini-

stra della Turrite Secca;

- Pieve Fosciana: a) effetti di amplificazione nei depositi alluvionali terrazzati del

centro storico e delle aree di espansione; b) movimenti franosi lungo le scarpate dei ter-

razzi (fuori dal centro abitato);

- San Romano Garfagnana: a) movimenti franosi in alcune zone del centro abitato b)

effetti di amplificazione nelle aree stabili delle due dorsali su cui è costruito il centro a-

bitato e nelle zone con coperture detritiche quaternarie;

- Piazza al Serchio : a) movimenti franosi entro l'area del centro abitato; b) effetti di

sito dovuti alla topografia e alle proprietà delle coltri superficiali (detritiche, alluvionali

e corpi di frana).

c) Accelerogramma di riferimento

La conoscenza del moto sismico in termini di accelerogramma è fondamentale per il calco-

lo della risposta sismica locale, ma è anche essenziale per la preidentificazione dei livelli

deformativi che possono essere indotti dal terremoto di riferimento in vista della program-

mazione delle indagini geotecniche.

Nel caso specifico, sono stati seguiti due diversi percorsi, uno per il calcolo della rispo-

sta sismica e l'altro per la programmazione delle indagini geotecniche.

Il primo [FERRINI et al., 2001] è consistito nella generazione di terremoti sintetici a partire

da uno spettro a probabilità uniforme, ottenuto mediante un'analisi di hazard nei singoli siti.

Tale procedura è più adatta per le analisi di rischio perché più cautelativa. Lo spettro che si

ricava tiene infatti conto della intera storia sismica della regione, e permette di indagare gli

effetti sulla risposta sismica locale di un terremoto di input che ha un campo di frequenze

più ampio di quello contenuto nelle registrazioni reali. Ma un terremoto più cautelativo

può non aiutare a comprendere le reali dinamiche indotte nei terreni dai terremoti specifici


30

della regione; da tale punto di vista appare più utile ricorrere a un terremoto 'di scenario'.

Perciò, la procedura seguita da CRESPELLANI et al. [2000], essendo finalizzata alla pro-

grammazione delle indagini geotecniche, è consistita nel trattamento delle registrazioni ac-

celerometriche di terremoti occorsi in Garfagnana. Sono state trattate separatamente le regi-

strazioni su deposito e su roccia, ricavando per ciascuna serie uno spettro medio normaliz-

zato. A partire da questi due spettri medi, sono state quindi individuate, tra quelle

disponibili, due registrazioni accelerometriche reali, una per la roccia e una su deposito. Gli

accelerogrammi reali che più si avvicinavano a tali spettri sono risultati essere

rispettivamente quelli registrati a Vagli e a Barga durante il terremoto del 7/6/1980.

Per la programmazione delle indagini geotecniche è stato quindi assunto il terremoto regi-

strato nella stazione di Barga, posta alla sommità di un deposito rigido (VS > 600 m/s) e di-

stante circa 6 km da Castelnuovo G. in direzione SE. Essendo le due componenti orizzonta-

li e i relativi spettri di Fourier molto simili tra loro, è stata scelta la componente NS, scalata

al valore massimo di PGA atteso, pari a 0.32g. Il terremoto di riferimento e il relativo spet-

tro di Fourier sono riportati nella Figura 5. Su tali basi, integrate con altri dati desunti dalla

bibliografia specifica sulla pericolosità sismica della Garfagnana, i parametri del moto si-

smico alla superficie dei depositi sono, in prima approssimazione, i seguenti:

- PGA: 0.32g

- Frequenza predominante: 5Hz

- Durata: 12 s

Figura 5 - Accelerogramma assunto come riferimento per le analisi geotecniche, ottenuto scalando al valore di PGA = 0.32g (come indicato nella mappa del GNDT dei valori di PGA attesi in Italia con periodo di ritorno di 475 anni) la componente orizzontale NS del terremoto del 7/6/1980, regi-strato nella stazione di Barga (distante circa 6 km da Castelnuovo G. in direzione SE e posta su se-dimenti rigidi con valori di VS > 600 m/s), e relativo spettro di Fourier

-0.32

-0.24

-0.16

-0.08

0

0.08

0.16

0.24

0.32

0 5 10 15 20

Tempo (s)

Acc

eler

azio

ne (

g)

01020304050607080

90100

0 5 10 15 20Frequenza (Hz)

Am

piez

za (

cm/s

)


31

3.2 Stima del numero di cicli equivalenti, dell'ampiezza massima degli sforzi di taglio e dei livelli deformativi

Un principio che sta alla base della sperimentazione in laboratorio è che il sistema di cari-

chi ciclici 'regolari' a cui il provino di terreno è sottoposto in laboratorio sia equivalente al

sistema di carichi ciclici 'irregolari' prodotti nel terreno da un terremoto assunto come rife-

rimento. L'applicazione di questo principio porta ad identificare, nota la storia di carichi ir-

regolari che può essere assunta come riferimento per l'area, una storia regolare capace di

produrre lo stesso livello di 'danno' in termini deformativi nel provino ed introduce il con-

cetto di numero di cicli equivalente, Neq.

Nel caso specifico, per determinare, per una previsione di massima, la storia di sforzi

ciclici regolare equivalente alla storia di sforzi ciclici irregolari prodotta dal moto sismico

(e i livelli deformativi corrispondenti) ad una generica profondità, è stata seguita una pro-

cedura semplificata che può essere così sinteticamente descritta.

Si è fatto riferimento ad una stratigrafia ideale (Figura 6), rappresentativa delle situa-

zioni ricorrenti in Garfagnana, che è stata ricavata sulla base delle informazioni stratigrafi-

che e geotecniche disponibili. L'andamento della velocità delle onde di taglio, VS, è stato

ipotizzato sulla base delle misure geofisiche precedentemente effettuate e attraverso l'ap-

plicazione di correlazioni empiriche ai dati geotecnici disponibili. Data l'elevata incertezza,

è stato considerato un andamento con la profondità compreso entro la fascia di valori in-

dicata nella Figura 6. L'andamento delle curve di decadimento è stato stimato utilizzando

curve di letteratura.

Come noto [SEED & IDRISS, 1971], alla profondità z, l'ampiezza dello sforzo di taglio, ?,

può essere valutata in funzione della storia di accelerazione alla sommità del deposito, a(t),

con la formula semplificata:

? (t)= ?a(t)/g??? v?rd [1]

dove g è l'accelerazione di gravità, ? v è la pressione verticale totale alla quota z, rd un fatto-

re di riduzione funzione della profondità, che in prima approssimazione può essere valutato

con le relazioni [ROBERTSON & WRIDE, 1997]:

rd = 1 - 0.00765 z per z ? 9.15m

rd = 1.174 - 0.0267 z per 9.15 < z ? 23m


32

rd = 0.744 - 0.008 z per 23 < z ? 30m

rd = 0.5 per z > 30m.

Facendo riferimento alla Figura 7, si vede che la sequenza di sforzi di taglio irregolare

di ampiezza massima ?max , che può essere indotta da un evento di magnitudo 6, corrisponde

a una serie regolare di N= 5 cicli uniformi di ampiezza 0.65 ?max.

Figura 6 Profilo ideale assunto come base per la stima delle ampiezze massime della deformazione

di taglio, ?max , mediante la relazione (3)

Se si volesse applicare al provino uno sforzo di taglio di ampiezza ?cyc (invece che

0.65?max), per riprodurre la sequenza sismica irregolare si dovrebbe applicare un numero di

cicli equivalenti Neq , valutabile con l'espressione:

Neq = 0.65?max N/?cyc [2]

L'ampiezza della deformazione massima indotta dal terremoto alla profondità di inte-

resse può essere valutata in prima approssimazione con la formula semplificata:

? max=0.65? (amax/g)?? v?(rd /G0)?(G/G0) [3]

dove G0 è il modulo di taglio iniziale alla profondità z (valutato in sito) e G/G0 è il modulo

di taglio normalizzato.

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000

VS (m/s)

Pro

fond

ità (m

)

0

5

10

15

20

25

30

35

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

rd

Pro

fond

ità (m

)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 20 40 60 80

?max (kPa)

Pro

fond

ità (m

)

0

5

10

15

20

25

30

35

0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

?max (%)

Pro

fond

ità (m

)

arg,ac,

ct/mg

dt,all

mgalt.

mgcomp.


33

Figura 7 - Numero di cicli equivalenti per un'ampiezza dello sforzo di taglio pari a 0.65? ?max in

funzione della magnitudo [da Seed e Idriss, 1971]

Nella Figura 6 sono riportati i valori delle ampiezze massime dello sforzo di taglio e di

deformazione stimati sulla base delle espressioni [1] e [3], nelle seguenti ipotesi cautelati-

ve:

a) livello della falda a 3.00 m;

b) accelerazione massima amax = 0.32g;

c) peso di volume pari a ? = 18 kN/m3 nei primi 3-5 m e ? = 20 kN/m3 a profondità mag-

giore;

d) velocità delle onde S variabile con la profondità secondo il seguente schema:

- nei primi 3 m VS = 200 m/s

- tra 3 e 20 m VS= 400 m/s

- da 20 a 30 m VS= 600 m/s

- oltre 30 m VS= 800 m/s

d) decadimento della rigidezza del 70% (cioè valore del rapporto G/G0 = 0.30).

Con riferimento alla Figura 6, si può quindi concludere che:


34

a) La sequenza sismica irregolare degli sforzi di taglio indotta dal terremoto di riferimento

alle diverse quote del deposito equivale ad una sequenza regolare di N=5 cicli uniformi

la cui ampiezza è deducibile dagli sforzi di taglio riportati in Figura 6;

b) I livelli deformativi massimi indotti dall'azione sismica attesa, in condizioni cautelative,

sono al massimo dell'ordine di ? = 0.05%, cioè dello stesso ordine di grandezza della

soglia volumetrica, ?v;

c) Non sono quindi in generale da attendersi effetti di non linearità 'vera', cioè dovuti al-

l'incremento delle pressioni interstiziali o a grandi cambiamenti di volume.

4. RISULTATI DELLE INDAGINI GEOTECNICHE NEI SITI CAMPIONE

Nel seguito verranno illustrati, per ciascuno dei siti oggetto di studio, i principali risultati

delle indagini eseguite, la cui documentazione è pervenuta al DIC e di cui è stato effettuato

il controllo alla luce degli obiettivi generali e specifici.

4.1 Castelnuovo Garfagnana

In corrispondenza dei siti prescelti (Figura 1), per la risoluzione degli obiettivi indicati nel

Paragrafo 2.2.1, sono state effettuate le seguenti indagini in sito:

? ? tre sondaggi geotecnici (S1, S2 e S3, profondi rispettivamente 46.4 m, 35.5 m e 33 m.)

con prova down-hole ;

? ? quattro prove di sismica a rifrazione (i cui stendimenti sono indicati in Figura 1 rispetti-

vamente con ST1, ST2, ST3 e ST4), di cui due associate ai sondaggi (ST1 e ST3);

? ? una prova SASW multicanale in corrispondenza del sito 3.

? ? durante i sondaggi sono stati estratti 12 campioni, su cui sono state eseguite dal Labora-

torio Geotecnico del Politecnico di Torino le seguenti prove:

?? 12 prove di classificazione;

?? 4 prove edometriche con misura di K0.

?? 3 prove triassiali monotone K0-consolidate non drenate (TX);

?? 6 prove di colonna risonante (RC);

?? 6 prove di taglio torsionale cicliche (TTC);

?? 2 prove triassiali cicliche (TXC).


35

4.1.1 Caratteristiche stratigrafiche

Sulla base delle stratigrafie dei sondaggi S1, S2, S3 (Figure 8, 9 e 10) e di quelle riportate in

Figura 1, le caratteristiche stratigrafiche dei siti esplorati, possono essere così sinteticamen-

te descritte.

Nella valle della Turrite Secca (sondaggi S1 e S2), le alluvioni (ALL), sono costituite

da sabbie e sabbie limose con ghiaie, molto addensate, hanno spessori variabili ai due lati

della probabile faglia, passando da circa 2 m sul lato rialzato (S1), a più di 4 m sul lato ri-

bassato (S2) fino a 14 m. Immediatamente sotto si trovano ghiaie e ciottoli poligenici (della

formazione CG) in matrice sabbiosa e limosa. Da un lato della faglia lo spessore di tale

formazione è di pochi metri (S1) ed è subito seguita, già dai 10 m di profondità,

dall’arenaria macigno (MG), inizialmente alterata e molto fratturata, per uno spessore di

circa 25 m, e poi molto più compatta. Sul lato opposto lo spessore delle ghiaie poligeniche è

più consistente (intorno a 10 m in corrispondenza del sondaggio S2) e può superare 30?35

m di profondità, e si fonda su uno strato di argillite (ARG) di elevato spessore (superiore a

30 m), caratterizzato da un’alternanza di strati di sabbia fine limose con ghiaie e argille

sabbiose-limose. La falda è superficiale e variabile tra i 3 e i 5 m.

I depositi alluvionali della Valle del Serchio (ALL) presentano nel sondaggio S3, uno

spessore maggiore che nei siti precedentemente esaminati, variabile fra 6 m (S3) e 30 m, e

sono costituiti da alternanze di ghiaie e sabbie limose, con alcuni livelli composti da sabbie

molto fini, e generalmente molto addensate. La falda è molto superficiale, intorno a 3?5

metri dal p.c. Ai terreni alluvionali seguono le argilliti (ARG), anche qui presenti e caratte-

rizzate da uno strato di elevato spessore (superiore a 30 m).

Nelle Figure 8, 9 e 10 oltre alle stratigrafie, sono riportate le profondità di prelievo dei

campioni e lo spessore relativo delle formazioni incontrate.

4.1.2 Misura della velocità delle onde S ottenuta con differenti prove in sito (DH, SASW,

sismica a rifrazione)

A parte lo strato superficiale, relativo al deposito alluvionale, i materiali incontrati sono ri-

sultati particolarmente duri e rigidi, come già sperimentato durante l’esecuzione dei son-

daggi, il prelievo dei campioni e le misure SPT (che per la gran parte hanno dato rifiuto).


36

Figura 8 - – Stratigrafia e profilo di V s con la profondità ricavato da prova DH, confrontato coi va-

lori di laboratorio (indicati col quadratino, con TX = da triassiale monotona) per il sondaggio S1.

all10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

42

43

44

45

46

0 200 400 600 800 1000 1200

Sabbie marroni chiare con ghiaie sparse

Ghiaie e ciottoli poligenici in matrice sabbiosa

Arenaria (mg) completamente alterata

Arenaria (mg) moltoalterata e fratturata

Arenaria (mg) moltoalterata e fratturata

Terreno di riporto

C1

C2

C3

C4

Arenaria (mg) alterata e fratturata

Arenaria (Mg) poco alterata e fratturata

cg

mg

69 m/s ( TX)

ALL

CG

MG

Velocità [m/s]

Pro

fond

ità [m

]


37

Figura 9 - Stratigrafia e profilo di Vs con la profondità ricavato da prova DH, confrontato coi valo-

ri di laboratorio (indicati col quadratino2) per il sondaggio S2.

2 con TX = da prova triassiale monotona; TXC = da prova triassiale ciclica; RC = da prova di colonna ris o-nante; TTC = da prova di taglio torsionale ciclico

Velocità Vs [m/s] 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

0 200 400 600 800 1000 1200

Sabbie e sabbie limose con ghiaie sparse

Ghiaie e sabbie limose con ciottoli e livelli ciottolosi

Ghiaie e sabbie limose

Sabbie fini e limose con ghiaie

Sabbie e sabbie fini limose con ghiaie

Ghiaie e ciottoli in matrice sabbioso-limosa


C2

C1

all

cg

arg

116 ( TX) 146 (TXC) m/s123 (TTC) 133 (RC) m/s

275 m/s ( TTC)263 m/s ( RC)

C3

Prof

ondi

tà

all1

275 m/s (TTC)

Velocità [m/s]

Pro

fond

ità [m

]

ALL

CG

ARG


38

Figura 10 - Stratigrafia e profilo di V s con la profondità ricavato da prova DH, confrontato coi va-

lori di laboratorio (indicati col quadratino3) per il sondaggio S3.

3 con TX = da prova triassiale monotona; TXC = da prova triassiale ciclica; RC = da prova di colonna ris o-nante; TTC = da prova di taglio torsionale ciclico; BE = da bender elements

Velocità Vs [m/s]

Prof

ondi

tà

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

0 200 400 600 800 1000 1200

Terreno di riporto

Ghiaie, sabbie e ciottoli in matrice sabbioso-limosa e con livelletti argillosi

Ghiaie e sabbie con ciottoli in matrice sabbioso-limosa

Sabbie fini limose, argille sabbioso-limose e limi argillosi e sabbiosi

Limi sabbiosi e sabbie limose con ghiaie sparse


Sabbie limose e argillose e ghiaie

Sabbie e sabbie limose con ghiaie sparse

Sabbie fini limose con abbondanti ghiaie

All

arg

C1

C2

C4

C5

280 ( TTC) 261 (RC) m/s

330 ( TTC) 327 (RC) m/s

293 ( TTC) 322 (RC) 344 (TXC) m/s

406 m/s ( TX)

738 m/s ( BE)

C3

all1

406 m/s (TX)

400 m/s (TTC) 445 (RC) m/s

Pro

fond

ità [m

]

ALL

ARG


39

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, che

hanno fornito, già dopo i primi metri, dei valori mediamente elevati e comunque caratteri-

stici di terreni duri.

Le prove down-hole sono state eseguite in corrispondenza dei tre sondaggi utilizzan-

do un sistema di ricezione a due geofoni e i valori di velocità delle onde S, VS, sono stati ot-

tenuti sia col metodo dell’intervallo che dello pseudo-intervallo (con risultati abbastanza

simili). Nelle Figure 8, 9,10 sono riportati al variare della profondità i valori di velocità ot-

tenuti col metodo dello pseudo-intervallo insieme alle stratigrafie.

In corrispondenza dei sondaggi S1 e S2 (Figure 8 e 9), la velocità delle onde S è

pressoché costante, e intorno a 200 m/s nello strato più superficiale delle alluvioni, mentre

subisce, in S1, un salto consistente, attestandosi sui 550 m/s in corrispondenza dei conglo-

merati, dove oscilla per l’intero strato tra 450 m/s e 550 m/s, mentre tende a raggiungere va-

lori inferiori (480 m/s), per lo stesso materiale, nel sondaggio S2, però con un aumento più

graduale con la profondità. Il macigno è invece caratterizzato da valori bassi (intorno a 500

m/s) fino alla profondità di 20 m, che poi crescono con la profondità fino a valori superiori

a 870 m/s (a profondità superiori di 25 m). Il che è dovuto allo stato di notevole alterazione

che tale materiale (generalmente molto rigido) mostra nei primi strati. Nello strato di argil-

lite, a parte un’inclusione in corrispondenza del passaggio ai conglomerati (dove addirittura

si superano gli 800 m/s) la velocità delle onde S cresce gradualmente da 480 m/s fino a 700

m/s raggiunti a 20 m.

In corrispondenza del sondaggio S3 (Figura 10) nello strato di alluvioni la velocità cre-

sce gradualmente e mostra valori comunque superiori (compresi tra 300 m/s e 400 m/s) a

quelli rilevati per lo stesso materiale negli altri due sondaggi; nello strato sottostante di ar-

gillite la velocità cresce con la profondità da 650 m/s a 780 m/s (a parte due inclusioni, nel

passaggio con le alluvioni e tra 22 m e 25 m, dove assume valori rispettivamente più alti e

più bassi rispetto al trend individuato) fino ad assumere valori maggiori di 1000 m/s a pro-

fondità superiori a 25 m.

Nelle Figure 8-10 sono riportati anche i valori di velocità ricavati sulla base dei risultati

delle prove di laboratorio, che sono notevolmente più bassi a causa del disturbo dei cam-


40

pioni, che, trattandosi di materiali limo-sabbiosi molto compatti e probabilmente debolmen-

te cementati, è risultato piuttosto elevato. Tuttavia il rapporto tra misure in sito e in labora-

torio è nell’ambito dei valori di letteratura.

In corrispondenza del sondaggio S3 è stata effettuata anche una prova SASW, che, co-

me mostrato nel diagramma riportato in Figura 11, ha sostanzialmente confermato i risultati

ottenuti con la prova down-hole, almeno da un punto di vista dell’interpretazione stratigra-

fica del deposito, rilevando uno strato di alluvioni dello spessore di 6 m e quindi uno strato

di argilliti sottostante. Invece i valori di velocità ottenuti risultano più precisi e dettagliati

soprattutto per lo strato più superficiale delle alluvioni; infatti mentre la prova down-hole

assegna a tale strato fin dalla superficie valori di 300 m/s che raggiungono i 400 m/s dai 3 m

di profondità rimanendo costanti per l’intero spessore, la prova SASW caratterizza tale stra-

to con velocità inizialmente basse (intorno a 200 m/s) nei primi 2 m e poi con velocità pro-

gressivamente crescenti fino a raggiungere 440 m/s a 6 m di profondità. Anche nello strato

di argillite sottostante viene rilevato un andamento più continuo e progressivamente cre-

scente della velocità che comunque si distribuisce intorno agli stessi valori ottenuti con la

prova down-hole. Quanto visto sperimentalmente sembrerebbe confermare l’ipotesi che so-

prattutto negli strati più superficiali la prova SASW tende a discernere, con maggiore preci-

sione all’interno dello strato, i livelli con differenti caratteristiche meccaniche e quindi di-

versi valori di velocità.

Le prove di sismica a rifrazione, hanno in parte confermato i risultati delle altre prove

sismiche per quanto riguarda la distribuzione e lo spessore degli strati, in più hanno consen-

tito di avere un’idea sulla geometria spaziale degli strati (piani orizzontali o inclinati).

Cambiando il tipo e la disposizione dei geofoni, lungo i quattro stendimenti prescelti, è sta-

to possibile ricavare oltre ai valori delle velocità delle onde P, anche quelli delle onde S. In

corrispondenza del sondaggio S3 (Figura 11) è stato attribuito al primo strato un valore me-

dio di velocità di 440 m/s (grossomodo corrispondente al valore massimo misurato nel me-

desimo strato al variare della profondità con le altre prove) e allo strato sottostante un valo-

re di 820 m/s, che effettivamente corrisponde alla media dei valori trovati con gli altri tipi

di prova.


41

Anche in corrispondenza del sondaggio S1 i risultati ottenuti con la sismica a rifrazione

confermano dal punto di vista stratigrafico e dei valori della velocità i risultati ottenuti con

la prova down-hole.

Figura 11 – Confronto tra i valori della velocità delle onde S ottenuti con la prova DH (linea ros-sa), SASW (linea viola)e di sismica a rifrazione (linea verde) nel sito dove è stato eseguito il son-daggio S3.

4.1.3 Prove di laboratorio

a) Proprietà indici

Sulla base dei risultati delle prove di laboratorio effettuate per la caratterizzazione di tali

materiali si può dire che i tre siti sono costituiti, nella parte meno superficiale, prevalente-

mente da materiali limo-sabbiosi e sabbioso-limosi molto compatti (e = 0.3?0.5, ? =21?22

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 200 400 600 800 1000

Velocità delle onde S [m/s]

Prof

ondi

tà [

m]

DHValori di laboratorio

SASWSismica a rifrazione

280 ( TTC) 261 (RC) m/s


42

kN/m3), di bassa plasticità (Ip = 4?11%), con granulometria bene assortita a prevalenti ele-

menti sabbiosi e limosi, elevata consistenza (Ic = 1.3?2.4), un contenuto d’acqua naturale,

w, che varia nell’intervallo 11?14 %, mentre il limite plastico, wp, oscilla nell’intervallo

15?19 %. Invece il materiale relativo allo strato più superficiale (ALL) risulta meno com-

patto e con più elementi ghiaiosi, caratterizzato da valori più bassi del peso di volume (?

=18 kN/m3) e valori più alti dell’indice dei vuoti (e = 0.8), da una minore consistenza (Ic =

0.5) e da un contenuto d’acqua w e un limite plastico maggiori (w = 36%; Wp = 25%).

I campioni presentano quasi sempre una certa percentuale di carbonato di calcio (Ca-

CO3 = 21?25 %); prove edometriche del tipo Ko hanno consentito la determinazione sia del

grado di sovraconsolidazione, OCR, sia del coefficiente di spinta a riposo, Ko. Alla profon-

dità di circa 11.5 m è risultato OCR = 1.2 e Ko = 0.75. A profondità superiori risulta OCR =

1 e Ko = 0.35?0.47.

Nella Tabella 3 sono riportati i valori sperimentali delle diverse proprietà ottenuti dal

Laboratorio Geotecnico del Politecnico di Torino per ciascun provino analizzato. Tali risul-

tati sono in accordo con quelli ottenuti nelle prove effettuate nel Laboratorio Geotecnico

del DIC, che hanno messo in luce che anche nelle ARG (oltre che nei campioni di MG al-

terato) una presenza di percentuali di sabbia e di elementi grossolani comprese tra il 70% e

l'80% e valori dell'indice di plasticità della componente fine Ip ? 12%.

b) Proprietà dinamiche

Sui campioni estratti dal sondaggio S1 relativi al macigno (MG) non è stato possibile effet-

tuare prove dinamiche cicliche. Per la altre formazioni (argillite, ARG, conglomerati, CG,

alluvioni, ALL) i risultati delle prove dinamiche sono riportati nelle Figure 12-14 e nella

Tabella 4. L'analisi comparativa dei risultati ottenuti con le diverse prove permette di svol-

gere le seguenti considerazioni:

Modulo di taglio, G0 , e rapporto di smorzamento, D0 , a piccole deformazioni:

?? i valori di G a piccole deformazioni ottenuti con le prove TTC sono lievemente supe-

riori a quelli ottenuti dalle prove RC, ma comunque confrontabili (come si può vedere

dalla Tabella 4). Tale comportamento è dovuto probabilmente al fatto che la prova


43

TTC viene eseguita adottando frequenze di eccitazione notevolmente inferiori a quelle

utilizzate nella prova RC e su un provino che ha già subito una fase di consolidazione

(prima della prova RC) e che quindi possiede una rigidezza iniziale maggiore. Però,

all’aumentare della profondità e quindi della pressione di consolidazione, il fenomeno

si attenua fino ad invertirsi tanto da ottenere dalla prova TTC valori di G questa volta

inferiori a quelli ottenuti con la prova RC. Probabilmente con l’aumentare della pres-

sione di consolidazione i fenomeni di fatica a cui è soggetto il provino e i livelli di de-

formazione raggiunti sono tali da compromettere la rigidezza iniziale del provino e da

non consentire il suo completo recupero durante la seconda fase di consolidazione pre-

cedente alla prova TTC.

?? i valori del rapporto di smorzamento D ottenuti dalle prove TTC a piccole deformazio-

ni, risultano inferiori a quelli ricavati con le prove RC, evidentemente per gli stessi mo-

tivi appena esposti, ma con divari decisamente più marcati rispetto a quelli rilevati nel

caso del modulo di taglio G . Non si osservano invece differenze significative tra i va-

lori del rapporto di smorzamento determinati con la stessa prova RC ma coi due metodi

differenti dell’amplificazione e del decremento logaritmico (pari a circa il 5 %), ad ec-

cezione che per il campione S2C1 , Figura 12, dove i valori determinati col metodo

dell’amplificazione sono con molta probabilità affetti da errore.

?? i valori del modulo di taglio G determinati con la prova triassiale ciclica (TXC) sono

leggermente più alti, ma comunque confrontabili, rispetto a quelli determinati con la

prova RC e TTC a piccole deformazioni (inferiori a 10-3 %).

?? i valori del rapporto di smorzamento D a piccole deformazioni misurati con la prova

triassiale ciclica sono inferiori a quelli ottenuti con la prova RC e TTC e generalmente

bassi (1 ? 3 %)

Tabella 3 – Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di Castelnuovo Garfagnana (in grigio sono riportati i valori medi delle proprietà riferiti al bari-centro del campione)

44

CampioneForm

.Z

[m]?

[kN/m3]

?d

[kN/m3]

Gs

[ - ]e

[ - ]S

[%]w

[%]wl

[%]wp

[%]Ic

[%]U

[ - ]USCS

? 'c[Mpa]

? 'vo

[MPa]OCR[ - ]

8,70-8,80 21.99 19.73 2.67 0.328 93.36 11.46 30.34 19.4 1.738.9 21.99 19.73 2.67 0.328 93.36 11.5 30.34 19.4 1.73 CL-ML

10,30-10,70 22.73 21.50 2.67 0.225 67.57 5.69 23.06 2.25 60.0010.5 22.73 21.50 2.67 0.225 67.57 5.7 23.1 2.25 60.00 CL

20.77 18.47 2.68 0.425 78.88 12 22.56 18.31 2.37 80.67 CL-ML26.5 20.77 18.47 2.68 0.425 78.88 12.5 22.6 18.3 2.37 80.67 CL-ML

2,10-2,20 18.88 14.83 2.69 0.779 94.37 27 36.15 24.61 0.76 ML-OL2,20-2,30 17.86 14.83 2.69 0.933 88.88 31 0.462,30-2,40 18.42 13.82 2.69 0.907 98.61 33.26 0.25

2.3 18.39 14.49 2.69 0.873 93.95 30 36 25 0.49 ML-OL 0.2 0.041 4.388,60-8,90 20.55 17.70 2.74 0.518 75.43 14 31.36 18.16 1.30 CL9,00-9,10 22.71 20.58 2.73 0.299 94.27 10.34 26.63 19.96 2.44 25 CL-ML

8.9 21.63 19.14 2.73 0.409 84.85 12 29 19 1.8711,20-11,30 20.96 18.27 2.77 0.485 80.58 14.1 22.2 0.36 CL11,30-11,40

11.5 20.96 18.27 2.77 0.485 80.58 14 22 0.36 CL 0.2 0.147 114,50-14,73 21.19 18.40 2.69 0.435 93.91 15 26 13 0.83 CL-ML14,73-15,10 22.39 20.09 2.74 0.339 92.90 11.49 23.33 16.83 1.82 CL-ML

14.8 21.79 19.25 2.72 0.387 93.41 13 25 15 1.33 CL-ML 0.1 0.18725,50-25,60 21.31 18.91 2.71 0.405 84.88 12.69 20.4 15.67 1.63 CL-ML25,60-25,80 21.14 18.24 2.71 0.457 94.37 15.92 20.4 15.67 0.95 CL-ML26,00-26,10 22.02 19.41 2.71 0.371 98.83 13.52 20.38 17.56 2.43 56.72 CL-ML

25.8 21.49 18.85 2.71 0.411 92.69 14 20 16 1.67 56.72 CL-ML 0.2 0.31531,10-31,35 21.38 18.63 2.71 0.427 104.19 16.4 23.4 15.5 0.88 CL-ML31,35-31,70 22.39 20.21 2.72 0.322 91.25 10.79 23.08 16.33 1.82 CL-ML

31.4 21.89 19.42 2.72 0.375 97.72 14 23 16 1.35 CL-ML

Mg

S3C5

All1

Cg

Cg

Arg

Arg

Arg

Arg

MgS1C2

S1C1

S3C4

S1C4

S2C1

S2C2

S3C1

S3C2

CG

MG

MG

ALL

CG

ARG

ARG

ARG

ARG


45

Tabella 4 – Valori di G0 da colonna risonante per i campioni di Castelnuovo Garfagnana

Sondaggio Prof. [m]

pc [kPa]

Go RC [MPa]

Go fine RC [MPa]

Go prima TTC [MPa]

Go TTC [Mpa]

S2 (CG) 8.90 138 160 120 NA 173 S3 (ARG) 11.50 180 146 110 186 167 S3 (ARG) 14.80 213 244 222 271 248 S3 (ARG) 25.80 331 225 190 263 186 S3 (ARG) 31.40 420 452 411 448 367

Modulo di taglio G(?) e rapporto di smorzamento D(?) al variare della deformazione di ta-glio ? ?? per gli stessi motivi già esposti sopra, anche a deformazioni medio-alte i valori di G ot-

tenuti con le prove TTC sono superiori a quelli ottenuti dalle prove RC, in maniera tan-

to più accentuata quanto maggiore è il livello deformativo raggiunto (passando dal 10 al

15 % per le alluvioni, dal 10 al 25 % per i conglomerati, e dal 12 al 25 % per le argilliti,

per livelli deformativi che vanno da 10-4 a 10-1 %).

?? i valori del rapporto di smorzamento D ottenuti dalle prove TTC, così come a piccole

deformazioni, anche a livelli deformativi superiori risultano inferiori a quelli ricavati

con le prove RC e in misura ancora più marcata, e con divari decisamente maggiori ri-

spetto a quelli rilevati nel caso del modulo di taglio G0. Inoltre si osservano delle diffe-

renze tra i valori del rapporto di smorzamento determinati con la stessa prova RC ma

coi due metodi differenti dell’amplificazione e del decremento logaritmico. In particola-

re per ampiezze di deformazione intorno a 0.1 % i valori del rapporto di smorzamento

ottenuti col metodo del decremento logaritmico risultano superiori a quelli ottenuti col

metodo dell’amplificazione e mostrano una maggiore dispersione. Tutto ciò lascia pen-

sare che il metodo del decremento logaritmico perda di precisione ai livelli deformativi

più elevati.

?? i valori del modulo di taglio G determinati con la prova triassiale ciclica (TXC) sono

decisamente più bassi rispetto a quelli determinati con la prova RC e TTC (anche del

20%), soprattutto per il campione di argillite, S3C4, e per deformazioni comprese tra

10-3 e 10-2 %.

?? i valori del rapporto di smorzamento D misurati con la prova triassiale ciclica (TXC)

anche a deformazioni più elevate sono inferiori a quelli ottenuti con la prova RC e TTC.


46

Figura 12 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G0, e del rapporto di smorzamento D al variare della deformazione di taglio ?, per le alluvioni (ALL)

Figura 13 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G0, e del rapporto di smorzamento D al variare della deformazione di taglio ?, per i conglomerati (CG)

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

0

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

D [%

]

RC-Ampl.TTCTXC (def.loc.)TXC (def. int.)TXC (def. ext.)RC-Logl.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

0

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

D [

%]

RC-Ampl.TTC

RC-Logl.


47

Figura 14 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G0, e del rapporto di smorzamento D al variare della deformazione di taglio ?, per le argilliti (ARG)

4.1.4 Caratterizzazione geotecnica delle formazioni

Sulla base dei dati sperimentali disponibili vi sono elementi sufficienti per caratterizzare, da

un punto di vista dinamico, le singole formazioni incontrate e per potere poi utilizzare ed

estendere tali informazioni anche ad altri siti della Garfagnana con caratteristiche geologi-

che e geotecniche simili a quelle considerate, senza dovere ricorrere a costose e specialisti-

che prove in sito e in laboratorio.

In particolare per quanto riguarda il valore di G misurato in laboratorio a piccole de-

formazioni, G0, vengono proposte alcune correlazioni di letteratura (dove G0 è solitamente

funzione della tensione media efficace ?’0 e dell’indice dei vuoti e) per valori di e fissati (e

pari al valore medio misurato per il tipo di terreno considerato) e confrontate coi risultati

sperimentali, per scegliere (anche se sulla base di pochi dati) la relazione che ad essi meglio

si adatta (come riportato nelle Figure 15, 16 e 17).

Per le alluvioni (ALL) è stata scelta la correlazione di SAXENA E REDDY [1989] per

sabbie arrotondate (Figura 15):

57.00

43.0

20 '7.03.0

428???

??? aP

eG [G0, ? '0 in kPa] [4])

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]D

[%]

RC-Amp. (S3C1)

TTC (S3C1)

TXC (def.loc.)

TXC (def. int.)

TXC (def. ext.)

RC-Amp.(S3C2)

RC-Amp. (S3C4)

RC-Amp. (S3C5)

TTC (S3C2)

TTC (S3C4)

TTC (S3C5)

RC-Log. (S3C1)

RC-Log. (S3C2)

RC-Amp. (S3C4)

RC-Amp. (S3C5)


48

Per i conglomerati (CG) è stata adottata la correlazione di CHUNG et al. (1984) per sab-

bie arrotondate (Figura 16):

48.00

52.0

20 '7.03.0

523???

??? aP

eG [5]

Figura 15 – Valori sperimentali di G0 misurati per le alluvioni (ALL) e confrontati con i valori sti-mati dalle più ricorrenti correlazioni di letteratura

Per le argilliti(ARG), dato il maggior numero di dati sperimentali disponibili, è stato

possibile ricavare, adottando le forme funzionali che più correntemente si utilizzano per

questo tipo di relazioni, una nuova correlazione (R2 = 0.883), che risulta (Figura 17):

? ? 57.00

2

0 '117.2

7953 ???

??

ee

G [6]

Dall’esame dei valori di G normalizzati rispetto al valore iniziale Go in funzione del li-

vello deformativo, riportati per tutte le prove RC, TTC e TXC eseguite, è possibile notare

0

50

100

150

0 50 100 150 200Tensione media efficace: ? '0 (kPa)

Mo

du

lo d

i tag

lio m

assi

mo

, G0

(MP

a)

S2 C1 - da prove CR S2 C1 - da prove TTC

Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari

Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie

Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolari

Yu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolari

Chung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondate

Brignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondate

Lo Presti et al. (1993) sabbie arrotondate Lo Presti et al. (1997) sabbie angolari

Lo Presti et al. (1997) sabbie molto angolari

e = 0,873

Risultati da prove di laboratorio

Valori stimati con le correlazioni di letteratura


49

che i risultati individuano essenzialmente un unico trend; la stessa considerazione può esse-

re fatta per il rapporto di smorzamento, anche se in tal caso gli andamenti ottenuti con i vari

tipi di prova sono maggiormente differenziati.

Figura 16 – Valori sperimentali di G0 misurati per i conglomerati (CG) confrontati con i valori stimati dalle più ricorrenti correlazioni di letteratura

YOKOTA et al. [1981] hanno proposto le seguenti equazioni per descrivere la varia-

zione di G e D con l’ampiezza della deformazione di taglio, ? (espresso in %):

0GG

0

eD1

1GG ??

? ???????

? [7]

0

50

100

150

200

250

300

350

0 100 200 300Tensione media efficace: ? '0 (kPa)

Mod

ulo

di ta

glio

mas

sim

o, G0

(M

Pa)

Risultati delle prove di laboratorio

S2 C2 - da prova TTC S2 C2 - da prova CR

Valori stimati con le correlazioni di letteratura

Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari

Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie

Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolari

Yu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolari

Chung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondate

Brignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondate

Lo Presti et al. (1993) sabbie arrotondate

e = 0,408


50

dove ? , ? e ? sono delle costanti empiriche di adattamento ai dati sperimentali e ? è il rap-

porto di smorzamento massimo (D0). Nel caso specifico i valori di tali costanti sono stati

determinati per ciascun tipo di terreno per cui sono state effettuate le prove dinamiche cicli-

che (e riportati in Tabella 5) senza però considerare i risultati delle prove triassiali cicliche,

data l’elevata dispersione dei dati e soprattutto di alcuni valori rispetto ai risultati ottenuti

da altre prove, e scartando, per le alluvioni, i valori di D calcolati col metodo

dell’amplificazione (molto probabilmente affetti da errore imputabile allo strumento). Le

curve G/Go-? e D-? ottenute con i suddetti parametri sono riportate nelle Figure 18 b, 19 b e

20 b insieme ai valori sperimentali e ad alcune tra le numerose correlazioni disponibili in

letteratura per i tipi di materiali considerati, scelte sulla base di criteri di affidabilità statisti-

ca e affinità col tipo di materiale considerato.

Figura 17 – Valori sperimentali di G0 misurati per le argilliti (ARG) confrontati con i valori stimati

dalle più ricorrenti correlazioni di letteratura

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Tensione media efficace: ? '0 (kPa)

Mod

ulo

di ta

glio

mas

sim

o, G

0 (

MP

a)

Correlazioni di letteratura per sabbie Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolariYu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolariChung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondateBrignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondateLo Presti et al. (1993) sabbie arrotondate

Nuova correlazioneRisultati delle prove di laboratorio

S3C4-da prove TXS3C4-da prove TXC S3C4-da prove BES3C1-da prove TTC S3C2-da prove TTCS3C4-da prove TTC S3C5-da prove TTCS3C1-da prove RC S3C2-da prove RCS3C4-da prove RC S3C5-da prove RC

e = 0,411


51

Per il macigno, per il quale non sono state effettuate prove dinamiche cicliche, vengo-

no invece adottate delle correlazioni di letteratura proposte distinguendo il macigno alterato

da quello compatto (Figura 21 b e Tabella 6).

Tabella 5 – Valori dei parametri delle equazioni di YOKOTA et al. [1981]

? ? R2 ? ? R2 ALL 20 0.9348 0.9456 33 2,1711 0.5916 CG 86 1.1273 0.9765 46 2.5391 0.7988 ARG 64 1.1674 0.9569 48 2.5622 0.7371

Tabella 6– Valori del modulo di taglio normalizzato, G/G0, e del rapporto di smorzamento D per il macigno alterato (weathered sandstone) e compatto (intact sandstone)

Infine è stato stimato un possibile andamento con la profondità dei valori della velo-

cità delle onde S, VS (e quindi del modulo di taglio iniziale G0 in sito), delle onde P, VP, e

del coefficiente di Poisson, ?, mediando i risultati delle prove dinamiche in sito e distin-

guendo le prove down-hole e SASW, che forniscono dei risultati più puntuali, dalle prove

di sismica a rifrazione che forniscono invece dei valori mediati. I diagrammi corrispondenti

sono riportati nelle Figure 18 a, 19 a, 20 a e 21 a.

? 10-4 10-3 10-2 2 10-2 5 10-2 10-1 1 G/G0 1 1 0.86 0.43 0.14

D 3 3 3 8.4 16.9 Intact

sandstone G/G0 1 1 0.85 0.50 0.35 0.20 0.10

D 4 4 4 7 9 12 24 Weathered sandstone


52

Figura 18 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S, VS, e P, VP, e

del coefficiente di Poisson, ?, (a) e curve sperimentali G/G0, - ?, D - ? e confronto con cor-

relazioni di letteratura (b) per le alluvioni (ALL)

a)

b)

0

1

2

3

4

5

6

7

0 100 200 300 400 500

Vs [m/s]Pr

of. [

m]

DH-SASW Sismica superficiale

Vs (lab-TX.) Vs (lab.-TXC)

Vs (lab.-TTC) Vs (lab.-RC)

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800

Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

1

2

3

4

5

6

7

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

?

Pro

f. [

m]

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione di taglio, ??(%)

Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Valori del rapporto G/Gmax ottenuti in laboratorioS2C1 - TTC (p' = 39 kPa)S2C1 - CR (p' = 39 kPa)

Relazione determinata sulla base dei risultati di laboratorioYokota et al. (1981)

Relazioni applicabili in assenza di risultati sperimentaliSeed et al. (1986) per sabbieShibata e Soelarno (1975) per sabbie (p'=39 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie (p'=39 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

10

20

30

40

50

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione di taglio, ? (%)

Rap

port

o di

smor

zam

ento

, D (%

)

Valori dello smorzamento misurati in laboratorioS2C1 - TTC S2C1 - CR (decremento logaritmico)

Relazione determinata sulla base dei risultati di laboratorioYokota (1981) (dalla prova TTC)

Relazioni empiricheSeed et al. (1986) per sabbie e ghiaieSherif et al. (1976) per sabbieSaxena e Reddy (1989) per sabbieIshibashi e Zhang (1993) per sabbieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi


53

Figura 19 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S, V S, e P, VP, e del co-

efficiente di Poisson, ? , (a) e curve sperimentali G/G0, - ?, D - ? e confronto con correlazioni di let-

teratura (b) per i conglomerati (CG)

0

2

4

6

8

10

12

0 100 200 300 400 500

Vs [m/s]

Prof

. [m

]

DH-SASW Sismica superficialeVs (lab-TX.) Vs (lab.-TTC)

Vs (lab.-RC)

0

2

4

6

8

10

12

0 500 1000 1500

Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

2

4

6

8

10

12

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

??

Prof

. [m

]

a)

b)

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Valori del rapporto G/Gmax ottenuti in laboratorioS2C2 - TTC (p' = 163 kPa)S2C2 - CR (p' = 138 kPa)


Relazioni applicabili in assenza di risultati sperimentaliSeed et al. (1986) per sabbieShibata e Soelarno (1975) per sabbie (per p'=150 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie (per p'=150 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

10

20

30

40

50

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione di taglio, ???(%)

Rap

port

o di

smor

zam

ento

, D (%

)

Valori dello smorzamento misurati in laboratorioS2C2 - TTC S2C2 - CR (decremento logaritmico)S2C2 - CR (fattore di amplificazione)

Relazione che si basa sui risultati di prove di prove di laboratorioYokota et al (1981) prova TTC

Relazioni applicabili in assenza di prove di laboratorioSeed et al. (1986) per sabbie e per ghiaieSherif et al. (1976)Saxena e Reddy (1989)Ishibashi e Zhang (1993), p' = 90 kPaRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi


54

Figura 20 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S, VS, e P, VP, e del coefficiente di Poisson, ? , (a) e curve sperimentali G/G 0, - ?, D - ? e confronto con correlazioni di letteratura (b) per le argilliti (ARG)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000

Vs [m/s]

Prof

. [m

]

DH-SASW Sismica superficiale)

Vs (lab-TX.) Vs (lab.-TXC)

Vs (lab.-TTC) Vs (lab.-RC)Vs (lab.-BE)

0

5

10

15

20

25

30

35

0 500 1000 1500 2000 2500

Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

5

10

15

20

25

30

35

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

? [m/s]

Prof

. [m

]

a)

b)

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Valori del rapporto G/Gmax ottenuti in laboratorioC1 - TTC (p' = 178 kPa)C2 - CR (p' = 213 kPa)C2 - TTC (p' = 213 kPa)C4 - TTC (p' = 331 kPa)C5 - CR (p' = p' = 412 kPa)C5 - TTC (p' = 412 kPa)


Relazioni per sabbie applicabili in assenza di risultati sperimentaliSeed et al. (1986) per sabbieShibata e Soelarno (1975) per sabbie (p'=200 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie (p' = 200 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

10

20

30

40

50

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione di taglio, ?? (%)

Rap

port

o di

sm

orza

men

to, D

(%)

Valori dello smorzamento misurati in laboratorioC1 - TTC C2 - TTC C2 - CR (media tra decr. log. e fatt. amplif.)C4 - TTC C5 - TTC C5 - CR (media tra decr. log. e fatt. amplif.)

Relazioni basate su risultati di laboratorioYokota et al. (1981) prove TTC e CR insieme

Relazioni applicabili in assenza di risultati di laboratorioSeed et al. (1986) per sabbie e per ghiaieSherif et al. (1976) per sabbieSaxena e Reddy (1989) per sabbieIshibashi e Zhang (1993) per sabbieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi


55

Figura 21 - Andamento stimato con la profondità della velocità delle onde S, VS, e P, VP, e del coefficiente di Poisson, ?, (a) e curve di letteratura G/G0, - ?, D - ? (b) per il macigno (MG)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 500 1000 1500

Vs [m/s]

Prof

. [m

]

Vs (DH-SASW)-alt.Valore medio (Sism. sup.)-alt.Vs (DH-SASW)-comp.Valore medio (Sism. sup.)-comp.

0

20

40

60

80

100

120

140

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Vp [m/s]

Prof

. [m

]

0

20

40

60

80

100

120

140

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

? [m/s]

Pro

f. [m

]

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Mg- alterato Mg- compatto (inf.)Mg- compatto (sup.)

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

0.0001 0.001 0.01 0.1 1


Rap

port

o di

smor

zam

ento

, D (%

)

a)

b)


56

4.2 Pieve Fosciana

In corrispondenza del sito prescelto (Figura 2) sono state effettuate le seguenti indagini:

? ? 4 sondaggi geotecnici a pochi metri di distanza l’uno dall’altro, condotti sino alla pro-

fondità di 80 m.

? ? 2 prove SASW multicanale

Sui 14 campioni estratti durante i sondaggi sono state eseguite le seguenti prove di la-

boratorio:

?? 14 prove di classificazione (peso di volume, contenuto d’acqua, analisi granulometrica,

limiti di Atterberg);

?? 5 prove edometriche con misura di K0.

?? 8 prove triassiali monotone K0-consolidate drenate (TX);


?? 3 prove di taglio torsionale ciclica (TTC);

?? 8 misure con bender elements (BE).


La stratigrafia rilevata durante l’esecuzione dei sondaggi S1, S2 e S3 e S4 (ovviamente

rappresentate in un unico schema, data la vicinanza dei sondaggi e la morfologia piana e

regolare degli strati) è riportata in Figura 22, con l’indicazione delle quote di prelievo dei

campioni e la posizione e lo spessore relativo a ciascuna delle formazioni incontrate.

Le caratteristiche stratigrafiche del sito esplorato, facilmente estendibili ad altri siti vi-

cini nella medesima area data la particolare regolarità della struttura geologica e morfologi-

ca, possono essere così sinteticamente descritte.

La copertura, almeno in corrispondenza del sito (dove è probabile un affioramento di

CT/MG) è costituita da ghiaia eterometrica grossolana prevalente, con ciottoli e sabbia da

media-grossolana a fine (e con una componente limosa maggiore) con la profondità, inter-

rotta da trovanti di arenaria (MG), e presenta uno spessore di 9 m, che si presume si man-

tenga costante per l’intero centro abitato e si riduca progressivamente avvicinandosi al bor-

do occidentale del terrazzo (adiacente al Torrente Castiglione), in prossimità della zona di

espansione.


57

Il substrato è costituito da limo argilloso grigio scuro, laminato compatto e sovraconso-

lidato con passaggi di sabbia riconducibile alla argilliti (ARG) e alternato a rari livelli di

torba, che è stato rilevato per l’intera profondità investigata (80 m), per cui si presume che

il basamento di macigno, anche se non è stato trovato, sia immediatamente sottostante.

La falda è stata rilevata a 9 m di profondità dal p.c.

4.2.2 Misura della velocità delle onde S ottenuta con differenti prove in sito (SASW, sismi-

ca a rifrazione)

A parte lo strato superficiale di pochi metri, corrispondente alla copertura alluvionale, i ma-

teriali incontrati durante l’esecuzione dei sondaggi sono risultati particolarmente duri e ri-

gidi, come confermato dalla difficoltà nel prelevare i campioni e nell’impossibilità di ese-

guire misure SPT (che hanno dato tutte rifiuto).

Le due prove SASW sono state eseguite una proprio in corrispondenza dei sondaggi e

una in prossimità (indicate rispettivamente con SASW1 e SASW2 in Figura 2), comunque

entrambe sulla spianata morfologica su cui sorge il centro urbano.

Esse hanno rivelato entrambe abbastanza nettamente la presenza di un deposito super-

ficiale (costituito direttamente dai ciottoli di macigno, CT/MG, al sito 1 e preceduto da uno

strato superficiale di spessore pari circa a 1 m probabilmente di terreno di riporto al sito 2) e

un substrato di argilliti, ARG, confermando per il sito 1 quanto già dedotto dalle analisi

stratigrafiche.

In particolare il deposito presenta uno spessore di 9 m circa in corrispondenza del sito

esaminato all’interno del centro abitato e di 11 m, procedendo verso l’interno rispetto al

bordo occidentale del terrazzo con velocità variabili tra 200 e 360 m/s progressivamente

crescenti con la profondità (attribuibili ai ciottoli di macigno, CT/MG), e in corrispondenza

del sito 2, uno strato più superficiale di spessore pari a circa a 1 m, con velocità più basse

(180 m/s), attribuibile agli alluvioni terrazzati, AT.


58

Figura 22 – Stratigrafia relativa ai sondaggio S1, S2, S3 e S4 e profili di Vs ricavati dalle prove SASW eseguite nei siti 1 e 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

0 200 400 600 800

Vs (m/s)

pro

fon

dit

à (m

)

Sito1

Sito2

Valori dilaboratorio

Ghiaia eterometrica con ciottoli e sabbia gorssolana, alternata a sabbia debolmente limosa con trovanti di arenaria

Limo argilloso marroncino con tracce di alterazione

Limo argilloso grigio laminato sovraconsolidato compatto

Limo argilloso grigio-verdastro alternato a livelli di sabbia finissimae

Limo argilloso alternato a strati di sabbia grossolana

Limo argilloso con passaggi a livelli sempre più consistenti di sabbia fine-media

Limo argilloso compatto

S3

ct/mg

arg comp.

S3C1

S1C1

S4C1

Limo argilloso grigio sovraconosolidato con passaggi di sabbia limosa

Limo argilloso alternato a strati di sabbia fine

S3C3S1C2

S4C2

S4C3

S1C3

S1C4

S1C6

S1C7

S1C8

S1C9

S1C5

arg alt.

ALL

ARG (alt.)

ARG (comp.)


59

Il substrato costituito dalle argilliti compatte, ARG, presenta delle velocità inizialmente

basse nei primi due metri, corrispondenti probabilmente ad uno stato di alterazione del ma-

teriale, per poi subire un incremento consistente a circa 12 m di profondità per entrambi i

siti arrivando a 520 m/s per il sito 1 e 670 m/s per il sito 2. Dato il tipo di prova e di solleci-

tazione utilizzato non è stato possibile raggiungere profondità maggiori e individuare con

certezza la posizione del bedrock, per cui ragionevolmente si può supporre la profondità del

bedrock a 12 m per il sito 2, mentre per il sito 1 i bassi valori raggiunti (520 m/s) indicano

un bedrock più profondo che (sulla base della stratigrafia) si può collocare intorno a 15 m,

con una velocità intorno a 700 m/s.

I corrispondenti profili delle velocità delle onde S sono riportati (confrontati coi valori

sperimentali di laboratorio) al variare della profondità in Figura 22.



Le proprietà indici misurate per ciascun campione esaminato (distinto in base alla forma-

zione di appartenenza) sono riassunte in Tabella 7.Sulla base dei risultati delle prove di la-

boratorio, effettuate solo sulle argilliti (in corrispondenza della quale sono stati estratti tutti

i campioni), si può dire che esse sono costituite da limo sabbioso fine argilloso grigio scuro

particolarmente compatto fin dallo strato più superficiale (? =20?22 kN/m3), con indice di

plasticità e indice dei vuoti abbastanza variabili e generalmente in diminuzione con la pro-

fondità (e = 0.34?0.59, Ip = 7?27%) e elevata consistenza (Ic = 1.1?3.5), con granulome-

tria bene assortita a prevalenti elementi limosi e sabbiosi, in alcuni casi solo sabbiosi e in

altri solo limosi e con una percentuale di argilla in alcuni casi elevata, un basso contenuto

d’acqua naturale, w, che varia nell’intervallo 12?24 % riducendosi con la profondità, e il

limite plastico, wp, che oscilla nell’intervallo 20?36 %.

Sono state eseguite 5 prove edometriche, di cui 3 a deformazione controllata e 2 a in-

crementi di carico con misura del coefficiente di spinta a riposo Ko e quindi del grado di

sovraconsolidazione, OCR, che è risultato più elevato in corrispondenza degli strati superfi-

ciali (intorno a 4?5 a 18.5 m) e più vicino a 1 a profondità maggiori (circa 2, a 32 m).


60


Tutte le prove sono state seguite sulle argilliti e i risultati, espressi in termini di modulo di

taglio G0 a piccole deformazioni in funzione della pressione efficace media ?’0 (distinti in

due classi in funzione dell’indice dei vuoti, e = 0.530 per i campioni più superficiali ed e =

0.360 per i campioni più profondi), di legge di variazione del modulo di taglio G e del rap-

porto di smorzamento D con la deformazione a taglio ? sono riportati rispettivamente nelle

Figure 23 e 24. I risultati delle prove dinamiche (colonna risonante e taglio torsionale cicli-

co) sono stati integrati con quelli delle prove triassiali, che forniscono il modulo secante E

in funzione della deformazione assiale ?a, da cui è stata ricavato una stima dell’andamento

del modulo di taglio G con la deformazione a taglio ? utilizzando le relazioni:

? ? ? ?????????

? 1;12EG a [8]


?? i valori di G0 ottenuti con la TTC sono risultati (per tutti i campioni esaminati, ad ecce-

zione del campione S3C2), inferiori a quelli ottenuti dalla prova RC. Ciò è probabil-

mente dovuto al fatto che la prova di colonna risonante viene eseguita dopo la prova di

taglio torsionale ciclico e quindi su un provino che ha già subito una fase di consolida-

zione e perciò maggiormente consolidato, a questo si aggiungano le maggiori frequenze

di sollecitazione utilizzate nella prova RC;

?? i valori di G0 ottenuti con la prova triassiale, TX, sono sostanzialmente in buon accordo

con quelli ottenuti dalle altre prove dinamiche soprattutto per quanto riguarda la prova

RC, rispetto alla quale i valori trovati sono lievemente inferiori;

?? i valori minimi del rapporto di smorzamento D ottenuti con le due procedure, RC e

TTC, sono sostanzialmente in buon accordo (e si attestano su valori comunque bassi,

intorno a 2 ? 4%), ad eccezione del campione S1C3 dove i valori relativi alla RC sono

sensibilmente più elevati;

61

Tabella 7 – Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di Pieve Fosciana (in grigio sono riportati i valori medi delle proprietà riferiti al baricentro del campione)

61

Camp.Z

[m]?

[kN/m3]

?d

[kN/m3]Gs

e S [%]

w [%]

w l

[%]wp

[%]Ic

[%]U USCS

? 'c [Mpa]

? 'vo

[kN/m3]OCR K0

18,14-18,24 20,09 16,55 0,600 94,50 21 1,5918,25-18,30 20,46 16,83 2,70 0,573 100,00 22 1,55 1,4 3,83618,30-18,35 20,15 16,50 2,70 0,605 98,18 22 56 34 1,55 24,44 0,6 0,518,35-18,49 20,26 16,77 0,579 97,93 21 1,59

18,25 20,24 16,66 2,70 0,589 97,65 21,5 56 34 1,57 24,44 MH 1,0 0,365 3,8 0,531,70-31,84 20,54 17,93 0,477 84,91 15 2,1131,84-31,89 21,00 18,33 2,70 0,445 91,01 15 34 25 2,11 53,81 0,2 0,548 0,48

31,75 20,77 18,13 2,70 0,461 87,96 15,0 34 25 2,11 53,81 ML 0,2 0,635 0,5 0,554,48-54,60 14 36 23 1,69 40,25

54,54 14,0 36 23 1,69 40,25 CL-ML 1,09560,80-60,94 22,10 19,56 2,70 0,356 98,72 13 27 20 2,00 20,08

60,87 22,10 19,56 2,70 0,356 98,72 13 27 20 2,00 20,08 CL-ML 1,21066,88-66,98 20,95 18,38 14 51 32 1,95 14,30

66,93 20,95 18,38 14 51 32 1,95 14,30 MH 1,33069,80-69,94 21,92 19,57 2,71 0,356 91,19 12 26 22 3,50 35,61

69,87 21,92 19,57 2,71 0,356 91,19 12 26 22 3,50 35,61 ML 1,39079,54-79,68 22,26 19,70 2,70 0,343 100,00 13 31 22 2,00 35,62

79,61 22,26 19,70 2,70 0,343 100,00 13 31 22 2,00 35,62 CL-ML 1,59412,82-12,92 20,70 17,84 2,69 0,479 89,87 1612,97-13,07 18 50 36 2,29 26,3613,10-13,20 20,47 17,06 2,66 0,532 100,15 20

13,085 20,59 17,45 2,68 0,506 95,01 18 50 36 2,29 26,36 ML-OL 0,22918,03-18,13 21,55 18,47 2,70 0,434 100,00 17 1,1 3,8 3,818,17-18,27 19 44 25 1,32 3,4718,50-18,60 20,49 16,93 2,70 0,567 100,00 2118,62-18,72 20,42 16,47 2,69 0,605 100,00 24

18,415 20,82 17,29 2,70 0,535 100,00 20 44 25 1,32 3,47 CL 1,1 0,288 3,8 3,830,50-30,97 24 43 25 1,06 3,47

30,75 24 43 25 1,06 3,47 CL 0,42338,00-38,66 21 52 25 1,15 4,0038,43-38,53 20,12 16,49 2,71 0,611 97,52 2238,54-38,58 21,16 17,57 2,70 0,508 100,00 20 0,8 1,6 1,6

38,33 20,64 17,03 2,70 0,560 98,76 21 52 25 1,15 4,00 CL 0,8 0,503 1,6 1,640,00-40,24 21 4,62

40,2 21 4,62 0,52345,00-45,14 22 42 25 1,18 4,6445,20-45,30 22,08 19,54 2,71 0,359 98,02 13

45,22 22,08 19,54 2,71 0,359 98,02 22 42 25 1,18 4,64 CL 0,635

S3C2

S3C3

S4C1

S4C3

S1C1

S1C2

S4C2

S1C4

S1C6

S1C7

S1C8

S1C9

S3C1


62

Figura 23 - Valori sperimentali del modulo di taglio iniziale G0 con la tensione media efficace ? ’0 rispetto alle più note correlazioni di letteratura per e = 0.360 (a) ed e = 0.530 (b)

Figura 24 – Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole de-formazioni, G0,(a) e del rapporto di smorzamento D (b)al variare della deformazione di taglio ?.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

? [%]

G/G

0

RC (S1C3)

RC (S3C1)

RC (S3C2)RC (S4C1)

TTC (S1C1)

TTC (S1C3)TTC (S3C1)

TTC (S3C2)

TTC (S4C1)

TX (S1C1)TX (S1C2)

TX (S1C6)

TX (S1C8)

TX (S3C1)TX (S3C2)

TX (S4C3)

c

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

D [%

]

0

100

200

300

400

500

0 100 200 300 400 500 600 700


Mo

du

lo d

i tag

lio m

assi

mo

, G0

(M

Pa)

Correlazioni di letteratura per sabbie Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolariYu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolariChung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondateBrignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondateLo Presti et al. (1993) sabbie arrotondateDati sperimentali (S1C3)Dati sperimentali (S1C6) Dati sperimentali (S1C8)Dati sperimentali (S1C9) Dati sperimentali (S4C3)

e = 0,360

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0 100 200 300 400 500 600 700


Mo

du

lo d

i tag

lio m

assi

mo

, G0

(M

Pa)

Correlazioni di letteratura per sabbie Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolariYu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolariChung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondateBrignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondateLo Presti et al. (1993) sabbie arrotondateDati sperimentali (S1C1) Dati sperimentali (S1C2) Dati sperimentali (S3C1) Dati sperimentali (S3C2) Dati sperimentali (S4C1)

e = 0,530


63

Modulo di taglio G(?) e rapporto di smorzamento D(?) al variare della deformazione di ta-glio ? ?? i valori di G, ottenuti con la TTC al variare del livello deformativo raggiunto, sono ri-

sultati, come per i valori iniziali, (per tutti i campioni esaminati, ad eccezione del cam-

pione S3C2), largamente inferiori a quelli ottenuti dalla prova RC, con scarti media-

mente del 15% (come è possibile vedere anche dal singolo confronto tra i risultati di tali

prove effettuate sullo stesso campione, Figura 25 a e b);

?? i campioni S3C2 e S1C1 sono stati estratti alla stessa profondità in corrispondenza di

due sondaggi adiacenti e perciò dovrebbero rappresentare lo stesso materiale con le me-

desime proprietà meccaniche, in realtà, come è possibile vedere in Figura 26, la stessa

prova TTC da risultati ben diversi sia alle piccole che alle medie deformazioni, il che

conferma i dubbi sui risultati di tali prove effettuate sui campioni relativi a questo sito,

invece la prova TX fornisce risultati in accordo per piccole deformazioni, meno alle

medie deformazioni dove probabilmente l’influenza del disturbo sul campione diventa

preponderante;

?? i valori del rapporto di smorzamento D ottenuti con le due procedure, RC e TTC, sono

sostanzialmente in buon accordo anche alle medie deformazioni, con i valori ottenuti

dalla prova RC lievemente superiori, ad eccezione del campione S1C3 dove i valori re-

lativi alla RC sono sensibilmente più elevati;

?? i valori di G ottenuti con la prova triassiale, TX, tendono a collocarsi tra i risultati otte-

nuti con la prova RC e TTT per deformazioni medie (come è possibile vedere anche dal

singolo confronto tra i risultati di tali prove effettuate sullo stesso campione, Figura 25).

I risultati della prova TX tendono comunque a coprire un più vasto campo di deforma-

zioni rispetto alle prove dinamiche offrendo un andamento di G anche per deformazioni

elevate, sulla cui attendibilità non è possibile pronunciarsi mancando i confronti con le

altre prove;

?? i valori del modulo di taglio G in funzione della deformazione di taglio ? anche se ripor-

tati separatamente per ciascun tipo di prova, risultano comunque abbastanza dispersi

soprattutto per la prova TX e TTC e in misura più marcata per deformazioni medio-alte;


64

Figura 25 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole de-formazioni, G0,, al variare della deformazione di taglio ? ottenute per lo stesso campione, S3C1 (a) e S3C2 (b), con differenti tipi di prove.

Figura 26 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole de-formazioni, G0 al variare della deformazione di taglio ?, ottenuti alla stessa profondità (18.30 m) per due campioni estratti in due sondaggi a pochi metri di distanza (S1C1 e S3C2).

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

? [%]

G/G

0

TTC (S3C2)

TX (S3C2)

TX (S1C1)

TTC (S1C1)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

0

RC

TTC

TX

c

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

? [%]

G/G

0 [M

Pa]

RC

TTC

TX

c

a) b)


65


Nonostante l’esiguità dei dati sperimentali in sito disponibili vi sono elementi suffi-

cienti per caratterizzare, da un punto di vista dinamico, le singole formazioni incontrate,

anche ricorrendo, per confronti e conferme, a quanto già determinato per lo stesso tipo di

materiale ma in corrispondenza di altri siti della Garfagnana (in particolare Castelnuovo).

Per quanto riguarda la copertura alluvionale (AT) non sono disponibili dati speri-mentali significativi, né in sito né in laboratorio.

Per quanto riguarda invece la formazione CT/MG, utilizzando i risultati delle due

prove SASW, è stato possibile ricostruire un profilo delle velocità delle onde S con la pro-

fondità, riportato in Figura 27a, mentre non sono disponibili misure sperimentali di labora-

torio che consentano di determinare analogamente a quanto fatto per gli altri materiali, delle

curve sperimentali G/G0-? e D-? , per cui, tra le curve disponibili in letteratura, è stata scelta

quella ritenuta più adeguata al tipo di materiale (Figura 27 b e c), proposta da ROLLINS et

al. [1998] e ROLLINS [2000], ed espressa dalle equazioni:

? ? 75.09.0)20(

0

15.01188.0)]102.1(161[

1 ??? ?????

??? ?

? ? DGG [9]

Per quanto riguarda le argilliti, ARG, non potendo le prove SASW comunque arrivare

a profondità elevate senza compromettere l’affidabilità dei risultati, è stato deciso di adotta-

re i profili di Vs, Vp, G0 e del coefficiente di Poisson ? già stimati, sulla base delle misure in

sito, (Figura 20) effettuate sulle argilliti incontrate e studiate nei siti di Castelnuovo Garfa-

gnana, peraltro a non molta distanza dal sito esaminato e appartenenti alla stessa formazio-

ne geologica.

Per quanto riguarda le curve G/G0-? e D-? dall’esame dei valori di G normalizzati ri-

spetto al valore iniziale Go in funzione del livello deformativo per tutte le prove RC, TTC e

TX eseguite è possibile notare che i risultati sono abbastanza dispersi, per cui sulla base di

considerazioni stratigrafiche effettuate durante il sondaggio (confermate poi anche dai risul-

tati delle prove SASW) i primi metri dello strato di argillite (da 9 a 15 m) sono stati consi-

derati alterati, mentre quelli successivi sono stati classificati come argillite compatta. Per


66

cui il campione S3C1 è stato attribuito alle argilliti alterate e tutti gli altri (tranne i campioni

S1C2, S1C6 e S1C8, corrispondenti a livelli più sabbiosi) alle argilliti compatte. Per quanto

riguarda invece i valori del rapporto di smorzamento essi sembrano tutti individuare un u-

nico trend, essendo i valori meno dispersi.

Figura 27 – Profilo medio della velocità delle onde S, V s, ricavato sulla base dei risultati delle pro-ve SASW (a) e curve G/G0 – ? (b) e D - ? (c) di letteratura proposte per la formazione CT/MG

Perciò per rappresentare analiticamente la variazione di G e D con l’ampiezza della

deformazione di taglio, ? (espressa in %) è stato utilizzato il modello YOKOTA et al. (Eq. 7),

distinguendo due curve per il modulo di taglio G e utilizzando un'unica curva per il rappor-

to di smorzamento; dove i valori delle costanti che in esse compaiono (Tabella 8) sono stati

determinati utilizzando i soli risultati relativi alle prove di RC e TX (trascurando quelli rela-

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

0 200 400 600 800

Vs [m/s]

Prof

ondi

tà [m

]

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Deformazione di taglio, ? ?[%]

Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Seed e Idriss (1970) per sabbie

Shibata e Soelarno (1975) per sabbie(p'=200 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie(p' = 200 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaie

0

10

20

30

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Deformazione di taglio, ? ? [%]

Rap

port

o di

sm

orza

men

to, D

[%]

Seed et al. (1986) per sabbie e per ghiaie

Sherif et al. (1976) per sabbie

Saxena e Reddy (1989) per sabbie

Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie

Rollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi


67

tivi alla prova TTC per quanto detto nel Paragrafo precedente) per il modulo di taglio G, e

utilizzando tutti i dati a disposizione per il rapporto di smorzamento D.


? ? R2 ? ? R2 Arg alt. 5 0.6378 0.7635 31 2.5833 0.320 Arg comp. 19 0.9951 0.8170 " " "

4.3 San Romano Garfagnana

In corrispondenza dei siti, indicati in Figura 3, sono state effettuate le seguenti indagini in

sito:

? ? tre sondaggi geotecnici con prova down-hole (S1, S2 e S3), condotti sino alle profondi-

tà di 31 m, 40 m e 30 m.

Sui 14 campioni estratti durante i sondaggi sono state eseguite le seguenti prove di la-

boratorio:

?? 14 prove di classificazione (peso di volume, contenuto d’acqua, analisi granulometrica,

limiti di Atterberg);

?? 1 prova edometrica con misura di K0.

?? 3 prove triassiali monotone K0-consolidate drenate (TX);


?? 2 prove di taglio torsionale ciclica (TTC);

?? 3 misure con bender elements.


Le stratigrafie rilevate durante l’esecuzione dei sondaggi S1, S2 e S3 sono riportate

nelle Figure 28-30, con l’indicazione delle quote di prelievo dei campioni ed evidenziando

la posizione e lo spessore relativo a ciascuna delle formazioni incontrate.

Le caratteristiche stratigrafiche dei tre siti esplorati, tenendo conto anche di risultati di altri

sondaggi eseguiti nel passato, possono essere così sinteticamente descritte.


68

Figura 28 – Stratigrafia relativa al sondaggio S1

Argilliti grigio-scuremediamente-moltoalterate con livellisilititici scuri inframmenti centimetricicon rari orizzonti diarenaria molto fine

Siltiti scure compattecon vene di calcite

Siltite scura inframmenti centimetricinella parte superioree compatto concaratterisstiche litoidinella parte centrale.Nella parte inferiore èalternata a strati diargliite compatta

Argillite compatta

Sabbie e limiavana

DT

AC

Argilliti grigio-scurecon livelli silititici scuriin frammenticentimetrici conincluso calcareo tra13.20 e 14.20 m


69

Figura 29 – Stratigrafia e profilo di V s con la profondità ricavato da correlazioni di letteratura per il detrito DT e da valori relativi ad altri siti della Garfagnana per le AC, confrontato coi valori di laboratorio (indicati col quadratino4) per il sondaggio S2

4 con TX = da prova triassiale monotona; RC = da prova di colonna risonante; TTC = da prova di taglio tor-sionale ciclico; BE = da bender elements

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

0 200 400 600 800 1000 1200

Vs (m/s)

profondità(m)

Limi e limisabbiosimarroncini condiffusi frammentiarenaceicentimetriciMateriale argillosogrigio plastico coninclusi argilliticipoco diffusi

Argilliti integrefissili

Argilliti integrefissili con livellicalcarei e siltitici

C2

DT

163 m/s (TX)233 m/s (BE)

188 m/s(TX) 274 m/s(BE)

188 m/s(TTC) 227 m/s(RC)

279 m/s (TX)472 m/s (BE)

C3

AC

C4C5

C6

C7

C8

C1


70

Figura 30 – Stratigrafia e profilo di V s con la profondità ricavato da correlazioni di letteratura per il detrito DT e da valori relativi ad altri siti della Garfagnana per le AC confrontato coi v alori di laboratorio (indicati col quadratino5) per il sondaggio S3

5 con RC = da prova di colonna risonante; TTC = da prova di taglio torsionale ciclico

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

0 200 400 600 800 1000 1200

Vs (m/s)

profondità(m)

Limi e limi argillosiconinclusi arenaceiminuti molto alterati

Matrice limo-argillosa con inclusiargillitici millimetrico-centimetrici

Matrice argillosacon prevalentiinclusi argillitici

Argilliti grigieintegre fissili moltotenci con rari edeboli inclusicalcarei e siltitici

DT

AC

C1

C2

C4 290 m/s ( TTC)335 m/s (RC)

C3

C5C6


71

A parte lo strato superficiale, corrispondente alla copertura detritica, i materiali incon-

trati durante l’esecuzione dei sondaggi sono risultati particolarmente duri e rigidi, tanto che

le misure SPT, al di sopra di una certa profondità, soprattutto in corrispondenza del substra-

to, hanno dato per la gran parte rifiuto. I valori di NSPT relativi alla copertura sono progres-

sivamente crescenti con la profondità e variano tra 15 (1.9 m) e 26 (8m).

La copertura detritica presenta uno spessore molto variabile: praticamente assente sul

versante più a valle rispetto al centro abitato, laddove la formazione delle Argille e Calcari,

AC, sono affioranti (sondaggio S1), diventa più consistente (con uno spessore di 3 m circa)

sulla parte più a monte del versante immediatamente a ridosso dell’affioramento del Maci-

gno (sondaggio S2), fino a raggiungere uno spessore di oltre 9 m in prossimità della faglia,

in località S.Antonio (sondaggio S3). Tale copertura è costituita prevalentemente da limi e

limi sabbiosi di colore da marroncino a ocraceo con inclusi arenacei molto alterati (derivan-

ti dalla disgregazione del Macigno sovrastante) che diventano preponderanti e più fini con

la profondità, dove il detrito assume le caratteristiche di una matrice limoso sabbiosa o li-

moso argillosa con inclusi arenacei molto fini e diffusi e misti a inclusi argillitici e siltitici.

Il substrato è costituito, in corrispondenza di tutti i tre siti esaminati, dalle argille e cal-

cari (AC), che però presentano caratteristiche piuttosto differenti, essendo costituite in al-

cuni casi prevalentemente da argilliti, mentre in altri da livelli calcarei e siltitici alternati e

talora predominanti. Infatti in corrispondenza del sito 2 e 3, a parte uno strato intermedio di

passaggio di argilliti molto alterate, dello spessore di circa 2 m, vengono raggiunte subito le

argilliti integre, ARG, (grigie e molto fissili) che nel sito 2 costituiscono uno strato omoge-

neo fino alla profondità di 36 m, con una compattezza e una resistenza che crescono pro-

gressivamente con la profondità. A partire dai 36 m si alternano all’argillite molto integra e

tenace, livelli calcarei di uno spessore di 10 ? 15 cm intercalati con livelli siltitici. Nel sito

3 invece le argilliti integre, seppure nettamente prevalenti, presentano già a partire dai 15 m

alternanze con livelli calcarei e siltitici.

Diversa è la situazione del substrato rilevata nel sito 1, in questo caso, infatti, la man-

canza di una copertura detritica, rende le argilliti del substrato nei primi 6 m molto alterate

e soprattutto alternate, con una frequenza sempre maggiore al crescere della profondità, con

livelli siltitici scuri che tendono a diventare prevalenti sulle argilliti e sempre più compatti,


72

fino a raggiungere uno strato di siltite scura compatto tra 6 e 10.5 m. Tra 10.5 m e 16 m si

ripresenta un’alternanza piuttosto fitta tra strati di argillite e di siltite dello spessore medio

di 50 cm, con un incluso calcareo di spessore di circa 1 m. Tra 16 e 18.5 m prevale netta-

mente l’argillite integra, mentre tra 18.5 e 27 m è stato incontrato uno strato quasi omoge-

neo di siltite, intercalato a strati di argillite nella parte inferiore, che diventa prevalente da

27 m fino a fondo foro (33 m). In ogni caso a partire da 16 m sia l’argillite che la siltite ri-

sultano molto integre e compatte assumendo un aspetto e una consistenza litoide.

La falda è risultata molto superficiale al sito 3 (1.80 m dal p.c.), più profonda al sito 1 e

2 (rispettivamente 4.5 m e 6.7 m dal p.c.).

Non sono purtroppo disponibili i risultati delle prove DH effettuate in corrispondenza

dei tre fori perché non pervenute al DIC.



I dati più significativi relativi ai campioni esaminati nel Laboratorio Geotecnico dell'I-

SMES, distinti in base alla formazione di appartenenza, sono riassunti in Tabella 9. Da tali

prove risulta che nei tre siti lo strato più superficiale (detrito, DT) è costituito da limo argil-

loso grigio con sabbia e ghiaia eterogenea piuttosto compatto (e = 0.3, ? =21?22 kN/m3), di

bassa plasticità (Ip = 7 ? 8%) e elevata consistenza (Ic = 1.1?1.3), con granulometria bene

assortita a prevalenti elementi limosi e sabbiosi e con una percentuale elevata di ghiaie, un

basso contenuto d’acqua naturale, w, che varia nell’intervallo 12?19 %, e il limite plastico,

wp, che oscilla nell’intervallo 15?20 %.

73

Tabella 9 – Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di San Romano in Garfagnana (in grigio sono riportati i valori medi delle proprietà riferiti al baricentro del campione)

Camp. Form. Z[m]

?

[kN/m 3]

?d

[kN/m 3]

Gs

[ - ]e

[ - ]S

[%]w

[%]w l

[%]wp

[%]U

[ - ]USCS

? 'c[Mpa]

? 'vo

[MPa]OCR[ - ]

k0

[ - ]

3,20-3,25 21.72 19.36 2.70 0.368 88.04 123,25-3,35 21.83 19.28 0.374 93.85 13 23 15 346.23 CL-ML

3.21 21.85 19.32 2.70 0.371 90.95 12.5 23 15 346.23 CL-ML 0.3 0.068 4 0.905,48-5,65 20.55 17.87 15 20 12 145.77 CL-ML

5.42 20.55 17.87 15.0 20.0 12.0 145.77 CL-ML7,55-7,65 23.33 21.60 2.71 0.229 94.54 87,65-7,75 23.22 21.30 2.70 0.242 100.30 9 24 16 200.32 CL-ML

7.67 23.28 21.45 2.70 0.242 100.30 8.5 24.0 16.0 200.32 CL-ML18,20-18,30 23.14 21.63 2.71 0.229 82.82 7 22 15 100.00 CL-ML

18.25 23.14 21.63 7 22 15 100.00 CL-ML25,25-25,39 25.29 24.32 4 18 13 102.40 CL-ML

25.32 25.29 24.32 4 18 13 102.40 CL-ML6,03-6,15 19 27 20 86.94 CL-ML

5.99 21.32 17.92 19 27 20 86.94 CL-ML10,59-10,69 22 15 244.57 CL-ML10,69-10,74 10

10.62 23.03 20.94 10 22 15 244.57 CL-ML

29,38-29,48 22.21 20.19 2.71 0.316 85.71 10 27 17 164.82 CL-ML29.56 22.21 20.19 10 27 17 164.82 CL-ML

ac

ac

S2C1 dt

S2C2

S2C3

S2C6

S2C7

S3C1

S3C2

ac

ac

ac

ac

dt

S3C6

73

DT

AC

AC

AC

AC

AC

AC

DT


74

Il materiale relativo al substrato, costituito dalla formazione AC risulta ancora più

compatto (e = 0.2?0.4, ? =21?25 kN/m3), in alcuni punti di consistenza e aspetto litoide,

costituito prevalentemente da sabbia eterogenea argillosa con limo, con bassa plasticità (Ip

= 5?10%) e consistenza elevata, basso contenuto d’acqua (w = 4?19%) e un elevato conte-

nuto di sabbia e limo.

Una prova edometrica ad incrementi di carico del tipo Ko eseguita su un campione di

detrito (S2C1) ha consentito la determinazione sia del grado di sovraconsolidazione, OCR,

sia del coefficiente di spinta a riposo, Ko. Alla profondità di circa 11.5 m è risultato OCR =

4 e Ko = 0.90.

I campioni esaminati ne Laboratorio del DIC hanno confermato nel DT la presenza

di materiali grossolani (sabbie e ghiaie) intorno all'80%, mentre hanno rivelato indici di

plasticità nella componente fine leggermente maggiori (Ip = 13 ? 20%). I campioni della

formazione AC sono risultati costituiti da limi argillosi di colore grigio scuro di natura

marnosa con indice di plasticità Ip intorno al 7% e consistenza pressoché lapidea.


A parte una prova triassiale eseguita su un campione di detrito, DT (S2C1), tutte le al-

tre prove di laboratorio sono state eseguite sulle argilliti delle formazione delle Argille e

Calcari, AC. I risultati delle prove dinamiche di colonna risonante e taglio torsionale cicli-

co, integrati con quelli delle prove triassiali che forniscono il modulo secante E in funzione

della deformazione assiale ?a, sono riportati nelle Figure 31, 32, 33 e 34, e possono essere

così commentati.


?? I valori di G a piccole deformazioni ottenuti con le prove TTC sono sempre inferiori a

quelli ottenuti dalle prove RC. Tali differenze sono probabilmente dovute al fatto che la

prova di colonna risonante viene eseguita dopo la prova di taglio torsionale ciclico e

quindi su un provino che ha già subito una fase di consolidazione e perciò con un in-

cremento della resistenza che diventa tanto più evidente quanto maggiori sono la pro-

fondità del provino e la corrispondente tensione litostatica.


75

Figura 31 - Valori sperimentali di G0 relativi al detrito, DT, e confronto con i valori stimati me-diante correlazioni di letteratura

?? I valori del rapporto di smorzamento D0 ottenuti dalle prove RC, sono superiori a quelli

ottenuti da prove TTC, che si assestano su valori intorno a 4 % contro un 5.5 % ottenuto

dalla prova RC. Ciò potrebbe essere attribuito alla componente limosa presente in que-

sto materiale (in alcuni casi in percentuali elevate) e quindi ad una maggiore viscosità

del terreno che porta il rapporto di smorzamento a crescere con l’aumentare della velo-

cità di deformazione. Non si osservano invece apprezzabili differenze tra i valori del

rapporto di smorzamento determinati con la stessa prova TTC utilizzando prima le mi-

sure interne e poi quelle esterne

0

50

100

150

0 50 100 150 200Tensione media efficace: ? '0 (kPa)

Mod

ulo

di ta

glio

mas

sim

o, G

0

(MP

a)

Risultati delle prove di laboratorioS2 C1 - da prove TXValori stimati con le correlazioni di laboratorio Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolariYu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolariChung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondateBrignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondateLo Presti et al. (1993) sabbie arrotondate Lo Presti et al. (1997) sabbie angolariLo Presti et al. (1997) sabbie molto angolari

e = 0,371

risultati sperimentali


76

?? I valori di G0 stimati da E0 ottenuto con la prova triassiale, TX, sono sostanzialmente in

buon accordo con quelli ottenuti da prove RC e TTC;

Figura 32 - Valori sperimentali di G0 relativi alla formazione AC e confronto con i valori stimati mediante correlazioni di letteratura

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450


Mo

du

lo d

i tag

lio m

assi

mo

, G0

(MP

a)

Valori stimati con le correlazioni di laboratorio Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iwasaki e Tatsuoka (1977) tutte le sabbie Hardin (1978) tutte le sabbie Kokusho e Esashi (1981) sabbie angolariYu e Richart (1984) sabbie arrotondate Yu e Richart (1984) sabbie angolariChung et al. (1984) sabbie arrotondate Acar e El-Tahir (1986) sabbie arrotondateBrignoli et al. (1987) sabbie arrotondate Saxena e Reddy (1989) sabbie arrotondateLo Presti et al. (1993) sabbie arrotondateRisultati delle prove di laboratorio S2C3 - da prove TX S2C3 - da prove TTCS2C3 - da prove RC S2C6 - da prove TXS3C6 - da prove TTC S3C6 - da prove RC

e = 0,262


77

Figura 33 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto a G0 al variare della ampiezza della deformazione di taglio ?, ricavati dalla prova triassiale monotona drenata per il detrito DT. Modulo di taglio G(?) e rapporto di smorzamento D(?) al variare della deformazione di ta-glio ?

?? I valori di G ottenuti con le prove TTC sono inferiori a quelli ottenuti dalle prove RC,

anche con una riduzione del 30% a piccole deformazioni. Tale andamento risulta essere

più marcato per il campione S3C6 (più profondo degli altri), i cui risultati della prova

TTC sono da ritenersi poco attendibili.

??Anche a medie deformazioni i valori del rapporto di smorzamento D ottenuti dalle pro-

ve RC sono superiori a quelli ottenuti da prove TTC. I valori invece misurati utilizzando

prima le misure interne e poi quelle esterne rimangono abbastanza vicini anche a de-

formazioni medio-alte.

?? I valori di G ottenuti con la prova triassiale, TX, sono invece inferiori.

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00010 0.00100 0.01000 0.10000 1.00000

? [%]

G/G

0TX(S2C1)


78

Figura 34 - Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole de-formazioni, G0, e del rapporto di smorzamento, D ,al variare della deformazione di taglio ?, ricava-ti dalle prove TTC, RC e TX per le argilliti, ARG.


Non essendo pervenuti al DIC i risultati delle prove in sito non è stato possibile caratte-

rizzare da un punto di vista dinamico le singole formazioni incontrate, se non ricorrendo a

correlazioni di letteratura e a quanto già determinato per lo stesso tipo di materiale in corri-

spondenza di altri siti della Garfagnana.

Per quanto riguarda le argilliti della formazione AC sulla base del confronto tra i va-

lori delle proprietà indici riportati nelle Tabelle 3 e 7 e dei risultati della classificazione (Fi-

gura 40) è possibile adottare i profili di Vs, Vp, G0 e del coefficiente di Poisson ? già stimati,

sulla base di delle misure in sito, per le argilliti incontrate a Castelnuovo Garfagnana (Figu-

ra 20). Tali profili si possono applicare alle AC sia nella variante costituita da argilliti inte-

gre (sito 2) che nella variante di argilliti alternate a livelli calcarei (sito 3), dove l’esiguità

dello spessore di questi ultimi non influisce sull’andamento medio, con la profondità, dei

valori di Vs. Più complessa è la situazione del sito 1, dove l’argillite è notevolmente alterata

nella sua parte più superficiale e alternata a strati di siltite che in alcuni tratti diventano pre-

dominanti. In questo caso oltre alle misure in sito non sono disponibili neanche misure di

laboratorio di Vs né studi o misure sperimentali effettuate per lo stesso materiale in corri-

spondenza di altri siti.

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

D [%

]

TTC-int.

RC

TTC-ext.

TX

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10

? [%]

G/G

0


79

Per quanto riguarda il detrito sono invece disponibili due sole misure di Vs (e quindi

di G0) in laboratorio (da prova triassiale monotona e da bender elements) e una misura del

coefficiente di Poisson. In questo caso, considerando, tra le più note e sperimentate correla-

zioni di letteratura per la stima del modulo di taglio a piccole deformazioni, disponibili per

questo tipo di materiale, è stata scelta quella che meglio si adatta alle misure di laboratorio

(Figura 31), cioè quella di HARDIN [1978] valida per tutte le sabbie:

? ? 5.0020 '

7.03.0625

?????

? aPe

G [10]

dove G0 è funzione dell’indice dei vuoti e e delle tensione efficace media ? ’0. Quindi è sta-

to attribuito all’intero strato:

? ? un valore medio dell’indice dei vuoti pari a quello ricavato sperimentalmente (0.371) e

una diminuzione lineare con la profondità con coefficiente di variazione CV del 25%;

? ? un peso di volume ? pari al valore medio ricavato dalle misure sperimentali (21.6

kN/m3) con andamento uniforme;

? ? un coefficiente di spinta a riposo medio pari a quello ricavato sperimentalmente (0.90)

assunto costante con la profondità;

Nota la profondità del livello di falda è stata ricavata al variare della profondità la

tensione efficace verticale ? ’v e quindi la tensione efficace media ? ’0 = (1 + 2K0)/3 ?’v.

Infine è stato ricavato, utilizzando la correlazione prescelta determinata sulla base di

valori di laboratorio, il modulo di taglio a piccole deformazioni, G0, e il suo corrispondente

valore di sito ottenuto utilizzando un fattore di correzione di 2.7 (stimato sulla base dei va-

lori di sito determinati per materiali simili e dal confronto tra misure di velocità delle onde

S in laboratorio). Quindi è stata ricavata la velocità delle onde S al variare della profondità,

e riportata, relativamente ai siti 2 e 3, nelle Figure 29 e 30, mentre l’andamento medio è ri-

portato in Figura 35 a.

Dall’esame dei valori di G normalizzati rispetto al valore iniziale Go in funzione del li-

vello deformativo per tutte le prove RC, TTC e TX eseguite è possibile notare che i risultati

individuano essenzialmente un unico trend; stessa considerazione può essere fatta per il


80

rapporto di smorzamento, anche se in tal caso gli andamenti ottenuti con i vari tipi di prova

sono maggiormente differenziati.

Per rappresentare analiticamente la variazione di G e D con l’ampiezza della defor-

mazione di taglio, ? (espresso in %) è stato utilizzato il modello YOKOTA et al. (Eq.7), dove

i valori delle costanti che in essa compaiono (Tabella 10) sono stati determinati per il detri-

to utilizzando i soli dati relativi alla prova triassiale (e quindi solo per il modulo di taglio

normalizzato) e per l’argillite utilizzando solo i risultati relativi alle prove di RC e TTC

(con esclusione per quest’ultima dei risultati ottenuti dal campione S3C6, per quanto già

detto nel Paragrafo precedente).

Le curve G/Go-? e D-? ottenute con i suddetti parametri sono riportate nelle Figure

35 b e 36 b e c.

Per il detrito è stata adottata, come curva G/G0-? e D-? (Figura 35 b e c) una curva di

letteratura (SEED et al., 1986), scelta tenendo conto dei valori sperimentali e comunque tra

quelle che forniscono dei valori intermedi.


? ? R2 ? ? R2 DT 44 1.1101 0.8808 / / / AC 50 1.0117 0.8534 24 1.7364 0.7632

Per quanto riguarda invece il valore di G0 misurato in laboratorio, tra le correlazioni

di letteratura proposte (dove G0 è solitamente funzione della tensione media efficace ? ’0 e

dell’indice dei vuoti e) è stata scelta quella che meglio si adattava ai dati sperimentali.

Per il detrito (Figura 35 d), come già anticipato sopra, è stata scelta la correlazione di

HARDIN [1978] (Eq. 10) e per le argilliti (Figura 36 c) la correlazione di SAXENA E REDDY

[1989].


81

Figura 35 – Profilo medio di Vs ricavato da correlazioni di letteratura(a), curva G/G 0 – ? ricavata sulla base di dati sperimentali col modello di Yokota et al. e riportata insieme ad altre curve di let-teratura (b), curva D - ? scelta tra le curve di letteratura (c), curva G0 – ? ’0 riportata insieme ai da-ti di laboratorio (d), adottate per il detrito (DT).

d)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 200 400 600 800 1000 1200

Vs (m/s)

Prof

ondi

tà (m

)

0

50

100

150

0 50 100 150 200


Mod

ulo

di ta

glio

mas

sim

o, G

0

(MPa

)

e = 0,371

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Deformazione di taglio, ? ?(%)

Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to G

/Gm

ax

Valori del rapporto G/Gmax ottenuti in laboratorioS2C1 - TX (p' = 67 kPa)


Relazioni applicabili in assenza di risultati sperimentaliSeed e Idriss (1970) per sabbieShibata e Soelarno (1975) per sabbie (p'=39 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie (p'=39 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

10

20

30

40

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1

Deformazione di taglio, ?? (%)

Rap

port

o di

smor

zam

ento

, D (%

)

Relazioni applicabili in assenza di prove di laboratorioSeed et al. (1986) per sabbie e per ghiaieSherif et al. (1976)Saxena e Reddy (1989)Ishibashi e Zhang (1993), p' = 90 kPaRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosiYokota et al. (1981) prova TTC e CR fatt. amplif.

a) b)

HARDIN [1978]

Valore sperimentale

c)


82

Figura 36 - Curva G/G0 – ? (a) e D - ? (b) ricavata sulla base di dati sperimentali col modello di Yokota et al. e riportata insieme ad altre curve di letteratura e curva G0 – ? ’0 riportata insieme ai dati di laboratorio (a), adottate per le argilliti appartenenti alla formazione delle argille e calcari (AC).

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

1.1

0.00001 0.0001 0.001 0.01 0.1 1


Mod

ulo

di ta

glio

nor

mal

izza

to

G/G

max

Valori del rapporto G/Gmax ottenuti in laboratorioS2C3 - TTC (p' = 75 kPa)S2C3 - RC (p' = 75 kPa)S3C6 - TTC (p' = 400 kPa)S3C6 - RC (p' = 400 kPa)


Relazioni per sabbie applicabili in assenza di risultati sperimentaliSeed e Idriss (1970) per sabbieShibata e Soelarno (1975) per sabbie (p'=200 kPa)Ishibashi e Zhang (1993) per sabbie (p' = 200 kPa)Seed et al. (1986) per ghiaieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

10

20

30

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

deformazione di taglio, ?? (%) R

appo

rto

di s

mor

zam

ento

, D (%

)Valori dello smorzamento misurati in laboratorioS2C3 - TTC (m.i.)S2C3 - TTC (m.e.)S2C3 - RCS3C6 - TTC (m.i.)S3C6 - TTC (m.e.)S3C6 - CR

Relazioni basate su risultati di laboratorioYokota et al. (1981) prove TTC e CR insiemeSerie17Relazioni applicabili in assenza di risultati di laboratorioSeed et al. (1986) per sabbie e per ghiaieSherif et al. (1976) per sabbieSaxena e Reddy (1989) per sabbieIshibashi e Zhang (1993) per sabbieRollins et al. (1998) per terreni ghiaiosi

0

50

100

150

200

250

300

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450


Mod

ulo

di ta

glio

mas

sim

o, G

0 (

MPa

) e = 0,262

a)

c)

b)

SAXENA E REDDY [1989] [1978]

Valore sperimentale


83

4.4 Piazza al Serchio

In corrispondenza dei siti indicati in Figura 4 sono state effettuate le seguenti indagini in si-

to:

? ? due sondaggi geotecnici con prova down-hole (S1 e S2) di profondità paria a 34.6 m

(S1) e 33.3 m (S2);

? ? tre prove di sismiche a rifrazione (ST1, ST2 e ST3).

Sugli 11 campioni estratti durante i sondaggi sono state eseguite dal Laboratorio Ge-

otecnico dell'Università di Napoli "Federico II" solo prove di classificazione (peso di volu-

me, 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.


Le stratigrafie rilevate durante l’esecuzione dei sondaggi S1 e S2 sono riportate in Figura 37

e 38, con l’indicazione delle profondità di prelievo dei campioni e la posizione e lo spessore

relativo a ciascuna delle formazioni incontrate.

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 altera-

ta, 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 com-

plesso 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 complesso di base che tendono a diventare, con la profondità, sempre più inte-

gre e compatte .


84

Figura 37 – Stratigrafia e profilo di VS relativi al sondaggio S1 di Piazza al Serchio

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

C2

C3

C4

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

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

0 200 400 600 800 1000 1200

Vs (m/s)

pro

fon

dit

à (m

)

Cb(int.)

br

Cbsup.

Cb(int.)

BR

CB sup.

CB Int.

CB Int.


85

Figura38 – Stratigrafia e profilo di VS relativi al sondaggio S2 di Piazza al Serchio

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

41

0 200 400 600 800 1000 1200

Vs (m/s)

pro

fon

dit

à (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 con inclusi 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.

CB sup.

CB Alt.

CB int.


86

Anche in corrispondenza del sito 2 vengono incontrate subito le argilliti del comples-

so di base, ancora più superficiali, dato il minore spessore dello strato di riporto, e senza in-

clusi 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 piut-

tosto fratturato e con inclusi calcareo-marnosi, alternando strati di maggiore resistenza a

strati più deboli fino a diventare integro alla profondità di 33 m.

4.4.2 Misura della velocità delle onde S ottenuta con differenti prove in sito (DH, sismica a

rifrazione)

A parte uno strato superficiale, riconducibile alla parte sommitale del complesso di base

(classificata come complesso di base superficiale), i materiali incontrati sono risultati par-

ticolarmente duri e rigidi, come già sperimentato durante l’esecuzione dei sondaggi, il pre-

lievo 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 ve-

locità delle onde S con la profondità ottenuti dalle prove down-hole (e riportati nelle Figure

37 e 38), che hanno dato, per tutti i materiali, dei valori mediamente elevati e comunque ca-

ratteristici 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 otte-

nuti sia col metodo dell’intervallo che dello pseudo-intervallo (con risultati abbastanza si-

mili). Nelle Figure 37 e 38 sono riportati al variare della profondità i valori di velocità otte-

nuti col metodo dello pseudo-intervallo insieme alle stratigrafie.

In corrispondenza di entrambi i sondaggi, la velocità delle onde S cresce progressiva-

mente 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 corrispon-

denza della parte più integra e compatta del complesso di base (classificato come comples-


87

so di base integro). Nel sondaggio S2 tale passaggio tra la parte più superficiale del com-

plesso 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 riconducibi-

le 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 dovreb-

bero 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 tenden-

za 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 pro-

fondità 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 hanno in parte confermato i risultati delle altre prove

sismiche per quanto riguarda la distribuzione e lo spessore degli strati, in più hanno consen-

tito di avere un’idea sulla geometria spaziale degli strati (piani orizzontali o inclinati). Ela-

borando opportunamente le misure dei tempi di arrivo delle onde sismiche ai geofoni, di-

sposti 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 39) 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 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 4) ha rilevato un debole strato (dello spessore di circa 4 m) di materiale alte-

rato caratterizzato da valori medio-bassi di velocità (360 ? 430 m/s), seguito immediata-

mente da uno strato di elevata rigidezza (1000 m/s).


88

Figura 39 – 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).



Sulla base dei risultati delle prove di laboratorio effettuate per la caratterizzazione di tali

materiali (riassunti in tabella 11) si può dire che i due siti sono costituiti prevalentemente da

materiali limo-argillosi e argillo-limosi molto compatti (e = 0.3?0.5, ? =21?22 kN/m3), di

bassa plasticità (), 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 plasti-

co, wp, oscilla nell’intervallo 15 ? 17 %. Frequenti sono gli elementi calacareo-marnosi pre-

senti.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 200 400 600 800 1000


Prof

ondi

tà [m

]

DH

Sismica a rifrazione

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

0 200 400 600 800 1000


Prof

ondi

tà [m

]

DH

Sismica a rifrazione

89

Tabella 11– Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di Piazza al Serchio (in grigio sono riportati i valori medi delle proprietà riferiti al baricentro del campione)

89

CampioneForm

.Z

[m]?

[kN/m3]

?d

[kN/m3]

Gs

[ - ]e

[ - ]S

[%]w

[%]wl

[%]wp

[%]Ic

[%]USCS

? 'c[Mpa]

? '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

CB sup. CB sup. CB int. CB sup. CB alt. CB alt. CB alt. CB alt. CB alt. CB alt.


90

I campioni esaminati nel Laboratorio Geotecnico del DIC hanno confermato tali ri-

sultati (ad esempio l'indice di plasticità Ip è risultato compreso tra 4 e 8 % la classe d'ap-

partenenza dei campioni è anche in questo caso CL-ML).Dall'esame dei materiale è sta-

ta confermata l'impossibilità di estrarre dei provini di qualità per le prove dinamiche RC

e TTC, già segnalata dal Laboratorio Geotecnico dell'Università di Napoli "Federico II".

Dopo una visita dell'Ing. Madiai a tale Laboratorio il DIC ha concordato con il

Prof. Vinale una modifica del programma di prova consistente nell'utilizzare i rimanenti

campioni per la misura della coesione non drenatata cu (correlata a G0) con prove di e-

spansione laterale libera (ELL). Poiché tale modifica non è stata accolta i campioni si

sono resi inutilizzabili nel tentativo di formare dei provini per le prove RC e TTC.


Le indagini effettuate si sono concentrate su un’unica formazione, definita come Com-

plesso di base, CB, assai diffusa in quest’area della Toscana, caratterizzata da un assetto

caotico e una struttura fortemente eterogenea, a composizione prevalentemente argilliti-

ca 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 det-

tagliato delle stratigrafie è emerso come all’interno di tale formazione, in base allo stato

di alterazione e alla superficialità del materiale, si possano distinguere tre differenti lito-

tipi: 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 prove di laboratorio dinamiche sui campioni estratti

durante i sondaggi.

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.

Per quanto riguarda invece l’andamento con la deformazione a taglio ? del modu-

lo di taglio normalizzato G/G0 e del rapporto di smorzamento D si ritiene che possano

essere utilizzate le curve ricavate sperimentalmente sulla base del modello di YOKOTA

et al. [1981] sui campioni di argillite estratti a Castelnuovo Garfagnana, Pieve Fosciana

e San Romano G.na.


91

5. ANALISI DEI RISULTATI IN RAPPORTO AGLI OBIETTIVI GENERALI

In rapporto agli obiettivi generali (Par. 2.1), i principali risultati ottenuti possono essere

così riassunti.

a) Caratterizzazione geotecnica delle formazioni geologiche più diffuse in Garfagna-

na. Come si è visto, il primo obiettivo delle indagini era quello di caratterizzare sot-

to il profilo geotecnico generale le formazioni geologiche più diffuse nell'area

(ALL, DT, AT, AC, CG, CT/MG, ARG, CB e BR) in modo da poter utilizzare tali

conoscenze per lo studio degli effetti di sito in altre zone di interesse per la valuta-

zione della pericolosità sismica regionale. Nonostante il ridotto numero di verticali

esplorate e di campioni analizzati (e sebbene permangano alcune incertezze sulla va-

riabilità locale delle diverse formazioni), questo obiettivo si può ritenere in larga

parte raggiunto. Sono state infatti incontrate tutte le formazioni di interesse, e - tran-

ne laddove la componente ghiaiosa e ciottolosa era prevalente -, sono state effettua-

te, oltre alle prove sismiche in sito, prove per la misure delle proprietà indici e pro-

ve geotecniche di tipo statico e dinamico in laboratorio. È da sottolineare che, in

generale, rispetto alle ipotesi iniziali (sulla cui base sono state programmate le inda-

gini geotecniche), i risultati delle prove in sito e in laboratorio hanno confermato le

previsioni relative alla stratigrafia e agli spessori delle varie formazioni. Invece -

tranne talvolta nei primissimi metri delle formazioni alluvionali oloceniche - i mate-

riali sono risultati sempre e in tutti i siti a consistenza molto più elevata rispetto alle

descrizioni geologiche. In molti casi la consistenza è risultata praticamente litoide, e

in alcuni casi si sono dovute utilizzare apparecchiature di prova per la sperimenta-

zione sulle rocce tenere. Anche le proprietà fisiche e mineralogiche sono risultate

abbastanza diverse. Ad esempio, la formazione ARG (descritta come composta da

"argille e sabbie grigie, argille sabbiose e sabbie argillose, con sporadici livelli di

ghiaia in matrice argilloso-sabbiosa" è risultata in realtà inquadrabile tra le siltiti,

con indici di plasticità per lo più bassi (Ip<10%). Dal punto di vista delle proprietà

fisiche è stata osservata una notevole similarità, sia visiva che quantitativa (Figure

40 e 41), tra i campioni delle ARG (rilevati nei vari siti) e delle argille AC. In tutti i

casi, i campioni osservati in laboratorio hanno mostrato proprietà geotecniche abba-

stanza simili: indice dei vuoti iniziale, e0, mediamente intorno a 0.400; indice di


92

consistenza, Ic, maggiore di 1; grado di saturazione, Sr, compreso tra 80 e 100%; in-

dice di plasticità, Ip, generalmente inferiore al 10%. I valori del contenuto di CaCO3

sono inoltre generalmente alti (intorno al 20-25%). Sono risultate invece piuttosto

incerte le stime del grado di sovraconsolidazione, OCR, e del coefficiente di spinta a

riposo, K0. I valori ottenuti indicano però una generale condizione di debole

sovraconsolidazione (con valori massimi di OCR intorno a 4) e valori di K0 intorno

a 0.7-0.9.

Figura 40 - Punti sperimentali ottenuti per le formazioni ARG e AC sulla carta di plasticità

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100WL [%]

I P [%

]

arg (Castelnuovo G.na)

arg (Pieve F.na)

ac (S. Romano G.na)

CL

ML e OL

CL - ML

MH e OH

CH


93

Figura 41 - Profili di alcune proprietà geotecniche con la profondità ottenuti in diversi siti per

le formazioni ARG e AC

b) Stima dei parametri dinamici iniziali, e delle leggi di variazione del modulo e del

rapporto di smorzamento con i livelli deformativi, e del coefficiente di Poisson. Un

obiettivo centrale delle indagini era la stima, per ogni formazione, dei parametri indi-

spensabili per l'applicazione dei codici QUAD4M e SHAKE91, e precisamente: G0,

D0, ? e le leggi di variazione del modulo di taglio e del rapporto di smorzamento

G(?)/G0 e D(?). Per quanto riguarda la misura di G0, dati i problemi incontrati nel

campionamento e nella formazione dei provini, i risultati più attendibili sono ovvia-

mente quelli desumibili dalle prove DH e CH. Sulla base di tali misure, vanno per-

ciò definiti i parametri per la modellazione, utilizzando i valori direttamente misurati

allorquando si dispone di misure dirette e stimando i valori di G0 nelle verticali non

direttamente esplorate. Orientativamente i valori di Vs sono:

- Depositi alluvionali olocenici (ALL) : 200 -250 m/s

- Depositi alluvionali (AT): 250 m/s

- Coltri detritiche (DT) : 200-250 m/s

- Depositi conglomeratici e con ciottoli di macigno (CG e CT/MG) : 300-450 m/s

- Depositi fluviolacustri (ARG): 700-900 m/s

- Argilliti e calcareniti (AC): 700-800 m/s

0

10

20

30

40

50

60

70

80

15 17 19 21 23 25

? (kN/m3)

Pro

fond

ità (m

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0.200 0.400 0.600 0.800

e

Pro

fond

ità (m

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

70 80 90 100

Sr (%)

Pro

fond

ità (m

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

w (%)

Pro

fond

ità (m

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 5 10 15 20 25 30

Ip (%)

Pro

fond

ità (m

)


94

- Complesso di base superiore (CB e BR): 250-350 m/s

- Complesso di base (CB e BR) alterato: 600m/s

- Complesso di base (CB e BR) intatto: 800 m/s

- Macigno alterato (MG): 500-700 m/s

- Macigno intatto (MG):1100 - 1500 m/s

Per quanto riguarda, D0, i materiali esaminati, anche a motivo della loro elevata con-

sistenza, esibiscono caratteristiche smorzanti molto ridotte. In generale i valori più

bassi di D0 sono stati ottenuti nelle prove di taglio torsionale ciclico, TTC. Come no-

to, tale prova (a differenza della prova RC) permette di assegnare la frequenza del

momento torcente (portandola a valori più prossimi a quella della sequenza sismica

di riferimento) e perciò è ritenuta più affidabile della RC. A titolo di esempio, per le

ARG a Castelnuovo G. sono stati ottenuti, con prove di TTC e TXC, valori di D0 in-

torno all'1%.

Per quanto riguarda le leggi di variazione G(?)/G0 e D(?), tranne che nel caso dei

materiali ghiaiosi per cui si deve ricorrere a relazioni di letteratura, queste leggi sono

state ottenute per tutte le formazioni, anche se la numerosità dei campioni in alcuni

casi è esigua e quindi devono essere utilizzate con una certa cautela. In generale, l'at-

tendibilità dei risultati è da ritenersi variabile, in relazione alle difficoltà incontrate

nel campionamento e nella ricostituzione di provini in laboratorio; perciò è necessa-

ria un'attenta analisi dei risultati ottenuti nei vari siti alla luce del quadro complessivo

delle prove. È da osservare che in generale la dispersione è, come naturale, elevata

nei materiali alluvionali (anche in uno stesso sito), mentre è minore nelle formazioni

ARG e AC. Nella Figura 42 sono riportate le leggi di decadimento del modulo di ta-

glio normalizzato ottenute adattando il modello di YOKOTA et al. [1981] ai punti spe-

rimentali relativi alle formazioni ARG e AC di Castelnuovo, Pieve Fosciana e Piazza

al Serchio. Come si può osservare, le tre curve, benché ottenute con tecniche speri-

mentali diverse, sono notevolmente simili. Invece, il coefficiente di Poisson, ?, rica-

vato mediante prove triassiali drenate monotone, è risultato abbastanza dipendente

sia dal tipo di formazione sia soprattutto dal livello deformativo. Ad esempio, nelle

ARG di Pieve Fosciana, passando da ampiezze della deformazione di taglio ? =

0.01% a ? = 0.10% si sono riscontrati valori di ? diversi anche di 2.5 volte rispetto a

quelli iniziali.


95

Figura 42 - Leggi di decadimento (modello di Yokota, 1981) del modulo di taglio normalizzato

delle formazioni ARG e AC ottenute in diversi siti

c) Simulazione in laboratorio degli stati di sollecitazione prodotti dal terremoto di ri-

ferimento. Fatta eccezione dei casi in cui non è stato possibile ricavare dei provini

indisturbati per le prove di laboratorio, i risultati ottenuti hanno dimostrato la com-

plessiva utilità del programma di indagini geotecniche previsto. Come anche con-

fermato dai risultati delle prove geofisiche, essendo i materiali molto più rigidi del

previsto e i livelli deformativi molto più bassi (intorno a 0.02-0.03% al massimo),

viene avvalorata l'ipotesi che in alcuni siti (ad esempio a Piazza al Serchio e a San

Romano) durante il terremoto di riferimento (Magnitudo 6; periodo di ritorno 475

anni; PGA = 0.32g: durata 12 s; frequenza fondamentale 2-5 Hz, numero di cicli

equivalenti pari a 5), gli effetti sismici più probabili siano i fenomeni di instabilità

dei pendii e non gli effetti di sito.

d) Correlazioni di validità regionale. La ricerca di correlazioni regionali tra parametri

dinamici (VS e G0) e altri parametri di più semplice determinazione è stata solo in

parte possibile per via diretta, sia per l'impossibilità di effettuare alcune prove di tipo

corrente (come le prove SPT) sia perché si nota in genere una notevole indipendenza

delle proprietà geotecniche dalla profondità, sia infine per le incertezze sui valori di

alcuni parametri (per es. OCR). Si è ritenuto perciò di procedere con un metodo in-

verso, ricercando, sulla base dei valori dell'indice dei vuoti, e0, della pressione di

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

o

0

10

20

30

40

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

D [%

]

Pieve Fosciana

Castelnuovo G.na

San Romano G.na

Pieve Fosciana

Castelnuovo G.na

San Romano G.na


96

confinamento, ? '0, dell'indice di plasticità, Ip, del grado di consolidazione, OCR, e

dei valori di VS ricavati in sito, di identificare le correlazioni di letteratura che meglio

interpretano i risultati puntuali ottenuti.

e) Variabilità spaziale delle diverse proprietà. Per quanto riguarda la determinazione

della variabilità spaziale delle proprietà geotecniche delle principali formazioni, il

presente lavoro ha, evidentemente, posto solo le prime basi, dal momento che sareb-

be stato necessario un numero di misure ben maggiore per ogni proprietà. Tuttavia,

come visto ai punti a), b) e c), sono stati raggiunti alcuni importanti risultati sulla si-

milarità di talune formazioni. Nel deposito di Pieve Fosciana, che meglio di tutti si

prestava a stimare la variabilità intrinseca della formazione ARG, in due sondaggi di-

sposti alla distanza di 14m sono stati prelevati alla stessa quota dei campioni, che

hanno mostrato che, pur in una generale uniformità, vi possono essere, localmente,

situazioni abbastanza differenziate (Tabella 12). Tuttavia, le analisi effettuate sui co-

efficienti di variazione delle principali proprietà geotecniche mostrano che la variabi-

lità nella direzione verticale è contenuta e che i valori ottenuti ricadono generalmente

entro i limiti indicati in letteratura [LUMB, 1974; CRESPELLANI & MADIAI, 1988; LA-

CASSE, 1994; CHERUBINI, 1997; DUNCAN, 2000; MASUDA et al., 2001]. Nella Tabella

13, a titolo di esempio, i valori del coefficiente di variazione, CV, di alcune proprietà

delle ARG sono messi a confronto con i campi di variabilità di CV indicati da vari

autori. Tabella 12 - Variabilità delle proprietà indici nella direzione orizzontale rilevate in due fori vi-cini

Z = 18.00-18.80 m

Z = 30.5-32.00 m

Proprietà

[%] Campione

N1 Campione

N2 Campione

N1 Campione

N2 G 3 0 0 1 S 10 2 35 6 L 72 66 51 65 A 15 32 14 28 w 21 20 15 24 wL 56 44 34 43 wP 34 25 25 25 Ip 22 19 9 18

G = ghiaia ; S = sabbia; L =limo; A= argilla w = contenuto d'acqua naturale; wL = limite liquido; wP =limite plastico;

Ip =indice di plasticità


97

Tabella 13 - Coefficienti di variazione nella direzione verticale delle ARG a Castelnuovo G.

Proprietà

Media CV Campo di variazione di CV*

Gs (-) 2. 72 1.1 1-10 e (-) 0.446 5.7 13-42

w (%) 13.37 6.5 6-63 wL (%) 23.51 5.1 2-48 wP (%) 16.59 9.1 9-29 IP (%) 7.23 18.0 7-79

* I campi di variazione di CV sono tratti da LEE et al. [1983] e DUNCAN [2000]

f) Confronto tra prove in sito e in laboratorio con diverse tecniche e apparecchiature di

prova. Una scelta razionale dei parametri geotecnici più idonei per la modellazione è

la parte più difficile di uno studio di risposta sismica locale. Poiché le tecniche e le

apparecchiature per lo studio del comportamento dinamico dei terreni sono in conti-

nua evoluzione e ognuna presenta vantaggi e limiti in rapporto alla natura dei mate-

riali e agli scenari sismici, il programma di prove è stato anche mirato a confrontare:

1) i valori della rigidezza iniziale G0 ottenibili con diversi tipi di prove in sito e in la-

boratorio, 2) le curve di decadimento di G e di variazione del rapporto di

smorzamento D ottenibili con le apparecchiature di RC e TTC con quelle analoghe

ricavabili con prove TX cicliche, 3) le curve sforzi - deformazioni e la resistenza al

taglio in condizioni drenate e non drenate. Tali obiettivi sono stati in larga parte

raggiunti. Come già visto al punto b), le misure di G0 in laboratorio sono nella

maggior parte dei casi molto diverse dai valori ottenuti in sito, che, benché misurati

con differenti tecniche, sono risultati tra loro confrontabili. Globalmente, i valori di

G0 ricavati in laboratorio con prove TX cicliche (e misure di deformazioni locali con

i Bender Elements) sono più vicini a quelli ottenuti in sito rispetto ai valori ricavati

con le prove RC e TTC.

Invece, tutti i tipi di prove di laboratorio (RC, TTC, TX cicliche e monotone in con-

dizioni drenate e non drenate) hanno fornito - ai livelli di deformazione che possono

essere indotti dal terremoto di riferimento -, risultati concordi, come si può osservare

negli esempi delle Figura 43 e 44, che riportano i risultati ottenuti su due campioni.

Giova sottolineare che è molto importante, per il confronto delle curve di decadimen-

to ottenute con diverse procedure (RC, TTC, TX cicliche e monotone), che la norma-

lizzazione di G venga effettuata considerando valori del modulo iniziale ottenuti in


98

laboratorio su provini analizzati a partire da analoghe condizioni. Ad esempio, nella

Figura 13, che riporta i risultati di prove RC, TTC e TXC non drenate su un campio-

ne estratto a Castelnuovo Garfagnana a profondità compresa tra 25.50 e 26.10m, è

riportata anche la curva di decadimento ottenuta da CALOSI et al. [2001], utilizzando

i risultati della prova TXC.

Figura 43 - Confronto tra le curve di decadimento ottenute su uno stesso campione nelle

ARG di Castelnuovo Garfagnana con diverse prove (RC, TTC, TXC). Si può osservare l'in-

fluenza del parametro di normalizzazione sulla forma della curva di decadimento. La curva

di Calosi et al. (2001) è stata ottenuta normalizzando il modulo E con un valore di E0 otte-

nuto dopo prestraining. La curva TXC ottenuta nel presente studio è stata ottenuta normaliz-

zando E con il valore di E0 precedente l'operazione di prestraining

A parte un errore materiale commesso nel riportare i risultati della prova triassiale ci-

clica (in ascisse sono stati riportati sull'asse degli scorrimenti, ?, i valori sperimentali

delle deformazioni assiali, ?a , e non gli scorrimenti ? = ?a (1+?)), per la costruzione

della curva di decadimento a partire da tale prova TXC, sono stati utilizzati per la

normalizzazione del modulo di Young, E, i valori di E0 ottenuti dopo un prestrai-

ning. Se si adottano i valori iniziali di Eo (come sembrerebbe invece logico per il

confronto, dal momento che l'operazione di prestraining non è stata effettuata sui

provini sottoposti a prova di colonna risonante e taglio torsionale ciclico), la curva di

decadimento E/E0 viene a coincidere perfettamente con quella delle prove RC e

TTC. Inoltre, tale curva di decadimento appare più congruente con la curva di varia-

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

o

CR

TTC

TXC (Calosi et al.2001)

TXC (presente studio)

TXM


99

zione del rapporto di smorzamento ottenuta nella stessa prova e col fatto che anche la

curva di decadimento ottenuta in prove triassiali monotone non drenate in condizioni

postcicliche non sia influenzata dalla storia ciclica. Il modesto incremento del rap-

porto di smorzamento nell'intervallo di deformazione ? = 0.0005-0.01% è in accordo

con l'ipotesi di comportamento elastico del terreno all'interno di tale intervallo.

Figura 44 - Confronto tra curve di decadimento ottenute con prove TTC, RC e TX con consoli-

dazione K0 monotone drenate con misura delle deformazioni locali, su uno stesso campione

6. OSSERVAZIONI E CONFRONTI

A partire dalla sperimentazione effettuata si possono svolgere le seguenti considerazioni

conclusive.

La consistenza dei principali litotipi è risultata in generale molto più elevata di

quella prevista sulla base delle informazioni geologiche disponibili. I materiali studiati

in laboratorio risultano sempre molto cementati; ad esempio, nelle ARG di Castelnuovo

G. il contenuto di CaCO3 è intorno al 20-24%. Pertanto, i livelli di deformazione, ripor-

tati nella Figura 6 e impiegati come base per la programmazione delle prove geotecni-

che, sono del tutto cautelativi. Infatti, utilizzando invece dei valori di VS a suo tempo

ipotizzati, i valori misurati l'ampiezza massima della deformazione di taglio passa da

valori di 0.05% a valori che non superano 0.02-0.03%. Se poi si tiene conto delle nuove

indicazioni del Servizio Sismico [LUCANTONI et al., 2001] sul rischio sismico in Italia,

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0.0001 0.001 0.01 0.1 1

? [%]

G/G

o

CRTTC

TXM


100

che prevedono per la Garfagnana valori di PGA compresi tra 0.25g e 0.30g (con proba-

bilità di eccedenza del 10% in 50 anni), l'ampiezza massima della deformazione di ta-

glio scende a valori inferiori a 0.01%, nettamente al di sotto della soglia volumetrica

riscontrata nelle formazioni più diffuse in Garfagnana (compresa tra 0.01 e 0.05%). Va

inoltre aggiunto che, in massima parte, i litotipi studiati hanno esibito un comportamen-

to dilatante, e che, pertanto, è molto improbabile che durante il terremoto atteso si ab-

biano incrementi e accumuli di pressioni interstiziali positive. Inoltre il grado di satura-

zione, Sr, è per lo più compreso tra 0.80 e 0.95, e come molte formazioni dell'Appenni-

no Settentrionale le formazioni ARG e AC sono permeabili in grande. È quindi in gene-

rale giustificato l'impiego dei codici di calcolo SHAKE91 e QUAD4M, cioè di codici

che eseguono l'analisi della risposta sismica locale con legge costitutiva lineare equiva-

lente e in termini di pressioni totali.

Un'altra osservazione riguarda il fatto che, come è stato recentemente dimostrato da

vari Autori [KOKUSHO & MATSUMOTO , 1999; WHANG, 2001; YANG & SATO, 2001],

la risposta sismica dei materiali non saturi è diversa da quelli saturi, e può dar luogo a

maggiori amplificazioni con uno spostamento delle frequenze fondamentali verso valori

più bassi. Inoltre nei materiali non saturi, mentre è improbabile un aumento delle pres-

sioni interstiziali positive, durante un terremoto si possono avere deformazioni volume-

triche significative, il che nei siti caratterizzati da forte acclività (come ad es. S. Roma-

no o Piazza al Serchio), potrebbe comportare dei problemi di instabilità. Benché nei ma-

teriali non saturi la velocità delle onde di taglio sia maggiore di quella dei materiali sa-

turi (anche del doppio), è anche dimostrato [WHANG, 2001] che i terreni cementati non

saturi hanno un decadimento della rigidezza più rapido di quello degli stessi materiali in

condizioni sature e un comportamento a rottura più fragile. Ovviamente, con i dati a di-

sposizione, non è possibile capire in che misura i valori di Sr ottenuti siano rappresenta-

tivi di una condizione generalizzata di non saturazione o se, invece, non siano legati ad

altri fattori (disturbo dei campioni, effetti di scongelamento, ecc.).

7. CONCLUSIONI

La programmazione delle indagini geotecniche per la valutazione degli effetti locali

presenta tratti distintivi e peculiari rispetto alla programmazione delle indagini geotec-

niche usuali, non solo perché deve essere rapportata alla metodologia di valutazione de-

gli effetti locali, ai livelli di protezione, alla scala di indagine, alle risorse disponibili,


101

alle caratteristiche dei siti, e allo stato delle conoscenze, ma anche perché richiede una

preidentificazione degli scenari sismici e delle caratteristiche del moto sismico atteso.

Soprattutto per quanto riguarda le prove di laboratorio, essendo queste mirate a ri-

produrre le condizioni che meglio identificano il comportamento del terreno prima, du-

rante e dopo il terremoto atteso, la conoscenza dei livelli deformativi massimi raggiun-

gibili durante il terremoto è essenziale per individuare le tecniche e le procedure di pro-

va in laboratorio di tipo dinamico più appropriate. Ma per la preidentificazione dei livel-

li deformativi occorre già una qualche conoscenza delle proprietà di rigidezza dei mate-

riali. In Garfagnana, prima della presente sperimentazione nell'ambito del Progetto

VEL, le conoscenze esistenti erano solo di natura geologica, con descrizioni delle pro-

prietà delle formazioni che spesso non hanno corrisposto a quelle dei materiali incontra-

ti nella presente indagine. È stata infatti rilevata una presenza molto più diffusa del pre-

visto di materiali molto consistenti, spesso grossolani, cementati, talora sovraconsolidati

e a consistenza litoide.

La sperimentazione effettuata ha consentito di ricavare un'ampia base di conoscen-

ze sulle proprietà geotecniche statiche e dinamiche delle principali formazioni ricorrenti

in Garfagnana, che permetterà di attuare in futuro, anche alla luce delle recenti disposi-

zioni legislative in attuazione della Legge Bassanini (D. Legs. 31 marzo 1998, n.112),

delle politiche di riduzione del rischio sismico sempre più aderenti alla reale pericolosità

sismica del territorio regionale.

Il responsabile scientifico della Convenzione Prof. Ing. Teresa Crespellani

N.B La relazione, redatta nel Luglio 2000, è stata aggiornata alla data Dicembre 2001 per quanto riguarda i riferimenti bibliografici e alcune osservazioni contenute nei par. 5 e 6, PARTE II.

RELAZIONE FINALE RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI

102

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI BUILDING SEISMIC SAFETY COUNCIL (1994) - NEHRP recommended provisions for

seismic regulations for new buildings. Federal Emergency Management Agency. CALOSI E. , DONDOLI A. , FERRINI M., Luzi L. (2000) - GIS e cartografia digitale: pro-

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RELAZIONE FINALE

106

SIMBOLOGIA ADOTTATA

c’: coesione drenata

cu : coesione non drenata

d: diametro dei grani

D: rapporto di smorzamento

Do: rapporto di smorzamento iniziale

Dmax: rapporto di smorzamento massimo

eo: indice dei vuoti iniziale

GS: peso specifico dei grani

G: modulo di taglio

Go: modulo di taglio iniziale

Ic: indice di consistenza

IP: indice di plasticità

Ko: coefficiente di spinta a riposo

NSPT: numero di colpi per 30cm d’infissione nella prova SPT

OCR: grado di sovraconsolidazione

VS: velocità delle onde elastiche trasversali

VP: velocità delle onde elastiche longitudinali

?: coefficiente di Poisson

w: contenuto naturale d’acqua

wL: limite di liquidità

wP: limite di plasticità

z: profondità media di prelievo del campione

zw: profondità della falda

?a: deformazione assiale

?: peso dell’unità di volume totale

?d: peso di volume secco

?: deformazione di taglio

? ’a: tensione efficace assiale

? ’c: tensione efficace di consolidazione

? ’p: pressione di consolidazione

RELAZIONE FINALE

107

? ’o = ? ’v(1+2Ko)/3: tensione efficace media

? ’vo: tensione verticale efficace in sito

? ’v: tensione verticale efficace

?: tensione tangenziale

U: coefficiente di uniformità

S, Sr: grado di saturazione

RELAZIONE FINALE

INDICE INTRODUZIONE……...……………………………………………………….........…..pag.2 PARTE I - ATTIVITÀ VOLTE……………………………………………….................pag.3 PARTE II - RELAZIONE SCIENTIFICA.............................................................………pag.10 1. Criteri di programmazione delle indagini geotecniche ..............................................pag.10 2. Obiettivi delle indagini geotecniche ..........................................................................pag.12

2.1 Obiettivi generali .....................................................................................................pag.12 2.2 Obiettivi specifici delle indagini nei siti campione .................................................pag.15

2.2.1 Castelnuovo Garfagnana ................................................................................pag.15 2.2.2 Pieve Fosciana ...............................................................................................pag.18 2.2.3 San Romano Garfagnana ...............................................................................pag.20 2.2.4 Piazza al Serchio............................................................................................pag.22

3. Preidentificazione degli scenari sismici e dell'accelerogramma di riferimento per la programmazione delle indagini geotecniche .................................................... pag.24

3.1 Magnitudo, intensità sismica, PGA, effetti di sorgente, leggi di attenuazione, effetti locali, accelerogramma di riferimento...........................................................pag.27 3.2 Stima del numero di cicli equivalenti, dell'ampiezza massima degli sforzi di taglio e dei livelli deformativi ..............................................................................pag.31

4. Risultati delle indagini geotecniche nei siti campione ..............................................pag.34 4.1 Castelnuovo Garfagnana ..........................................................................................pag.34 4.2 Pieve Fosciana .........................................................................................................pag.56 4.3 S. Romano Garfagnana ............................................................................................pag.67 4.4 Piazza al Serchio......................................................................................................pag.83

5. Analisi dei risultati in rapporto agli obiettivi generali ...............................................pag.91 6. OSSERVAZIONI E CONFRONTI ...........................................................................pag.99 7. CONCLUSIONI………………..………………………………………………….…pag.101 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI.……….………………………...…..………….…..pag.102 SIMBOLOGIA ADOTTATA……………..……………………………………..….…pag.106 .

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