RELAZIONE GEOLOGICA E GEOTECNICA CON MICROZONAZIONE SISMICA LOCALE III livello di approfondimento (delib. RER 112/2007)

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1 CASADIO & CO. studio tecnico associato Via V.Veneto 1/bis FORLI Tel: P.I RELAZIONE GEOLOGICA E GEOTECNICA CON MICROZONAZIONE SISMICA LOCALE III livello di approfondimento (delib. RER 112/2007) Committente: Comune di Forlì DATA: 28/5/2012 PER IL RECUPERO DELLA PALESTRA DELL AREA CAMPOSTRINO SITA IN VIA REGNOLI A FORLI Il geologo MARIO CASADIO

2 RELAZIONE GEOLOGICA E GEOTECNICA PER IL RECUPERO DELLA PALESTRA DELL AREA CAMPOSTRINO SITA IN VIA REGNOLI A FORLI SOMMARIO Premessa...3 Normativa di riferimento...3 Descrizione dell Intervento...4 Morfologia e Geologia del territorio...4 Indagine Geoelettrica...5 Prove Penetrometriche Statiche CPT (cone penetration test)...9 Calcolo dei Valori Caratteristici dei Terreni...17 Calcolo Portanza e Cedimenti di Fondazioni Superficiali...18 Cedimenti Edometrici...21 Verifica del Carico Limite...23 Indagine Sismica...29 Elementi di progettazione antisismica...34 Valutazione dell Amplificazione Sismica Locale...36 Primo segnale di riferimento (46)...41 Secondo segnale di riferimento (126)...45 Terzo segnale di riferimento (354)...49 Verifica sulla Liquefazione delle Sabbie...56 Addensamento dei terreni sotto carico ciclico...59 Conclusioni...60 Pag. 2

3 PREMESSA La presente relazione geologica e geotecnica è stata commissionata allo scrivente allo scopo di verificare le condizioni idrogeologiche e geotecniche di un'area sulla quale sarà recuperato l edificio ad uso palestra Campostrino sito in via Oreste Regnoli a Forlì. Inoltre sull area sarà anche analizzato il comportamento sismico locale secondo la delibera n.112/2007 della Regione Emilia Romagna. Geograficamente l area è inserita nel foglio n della carta tecnica regionale. Lo studio è finalizzato anche alla ricerca dei parametri che consentono la classificazione sismica del terreno, a tale scopo sono state programmate le seguenti indagini: Esecuzione di n.2 prove penetrometriche statiche Rilievo sismico con tromografo e MASW Rilievo geoelettrico Ricerca bibliografica. Alla presente relazione sono allegati: planimetria area d intervento a scala 1:500 con ubicazione prove mappe geoelettriche sezioni geoelettriche grafici penetrometrici corografia a scala 1:5.000 carta geologica alla scala 1: NORMATIVA DI RIFERIMENTO Relativamente alla parte geologica, si fa riferimento alle seguenti normative: - Decreto Ministeriale Testo Unitario - Norme Tecniche per le Costruzioni - Istruzioni per l applicazione delle Norme tecniche per le costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio Circolare 2 febbraio Pericolosità sismica e Criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale. - Allegato al voto n. 36 del Eurocodice 8 (1998) - Indicazioni progettuali per la resistenza fisica delle strutture - Parte 5: Fondazioni, strutture di contenimento ed aspetti geotecnici (stesura finale 2003) Pag. 3

4 - - Eurocodice 7.1 (1997) - Progettazione geotecnica Parte I : Regole Generali. - UNI - Eurocodice 7.2 (2002) - Progettazione geotecnica Parte II : Progettazione assistita da prove di laboratorio (2002). UNI - Eurocodice 7.3 (2002) - Progettazione geotecnica Parte II : Progettazione assistita con prove in sito(2002). UNI DESCRIZIONE DELL INTERVENTO L edificio oggetto del presente studio ha una forma rettangolare con lati 28 x 13 metri ed è stato realizzato alla fine del 1800 e poi ristrutturato e ampliato nei primi anni del 900. La fondazione dell edificio sono probabilmente nastriformi. Sul retro dello stabile è presente un area a quota leggermente più bassa in cui vi è un campo di calcetto. MORFOLOGIA E GEOLOGIA DEL TERRITORIO Il lotto qui studiato è posto a circa 31 m s.l.m., morfologicamente si presenta pianeggiante in area fortemente urbanizzata tra le vie Regnoli, e via Della Torre. Idrologicamente le acque superficiali sono regimate dal reticolo fognario urbano. Geologicamente i terreni fanno parte dei depositi alluvionali olocenici costituiti da terreni a grana fine e strati sabbiosi e ghiaiosi in profondità. Lo spessore degli strati alluvionali non è inferiore ai 140 metri così come mostra la sezione geologica profonda allegata. La stratigrafia dell area superficiale è invece ricavata dalle due prove penetrometriche sino alla profondità di 15 metri, ed è qui di seguito riportata. Prova n.1 Prof. Strato Descrizione (m) 1.00 Terreno vegetale con riporto 1.40 Argille organiche e terreni misti 6.80 Argilla inorganica molto compatta 8.20 Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi 9.40 Argilla inorganica molto compatta Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Argilla inorganica compatta Argilla inorganica molto compatta Pag. 4

5 Prova n.2 Prof. Strato Descrizione (m) 1.20 Terreno vegetale con riporto 2.20 Argilla inorganica molto compatta 4.80 Argilla inorganica compatta 7.00 Argilla di consistenza media Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Argilla inorganica compatta Argille sabbiose e limose Si nota una presenza prevalente di terreni limosi e argillosi intercalati da straterelli sabbioso limosi tra i 7 e 10 metri. Il primo strato ghiaioso è posto a profondità maggiore di 25 metri. Nei fori di prova la falda è stata misurata a profondità di 3,2 m (prova n.1) e 3,7 m (prova n.2) che mostrano una sostanziale uniformità della profondità anche se una debole pendenza in direzione nord est è verificata. INDAGINE GEOELETTRICA L esplorazione geoelettrica consiste nella determinazione sperimentale del parametro della resistività apparente. Tale parametro è definito da un sistema composto da coppie di elettrodi. Una prima coppia (elettrodi energizzanti) immette corrente elettrica nel sottosuolo ed una seconda (elettrodi riceventi) ne misura la differenza di potenziale. Da tale applicazione è possibile studiare e mettere in evidenza i contrasti di resistività esistenti tra diverse litologie, fornendo così informazioni sulla presenza di discontinuità strutturali (faglie, superfici di scorrimento,...), presenza e andamento della falda acquifera, presenza di strutture interrate (muri...), individuazione di fenomeni di inquinamento (perdita percolato, sversamenti, ecc.) Tali anomalie si riflettono in una deflessione delle linee di corrente che vengono riconosciute come disomogeneità. Le misure geoelettriche tomografiche presentano il vantaggio di poter ottenere, nelle aree da indagare, una copertura estensiva e rapida alla necessaria profondità di indagine, fornendo indicazioni sul comportamento elettrico dei materiali interessati ed utilizzare questa informazione per mirare o integrare indagini puntuali dirette quali sondaggi e prove geognostiche allo scopo di estendere sensibilmente la conoscenza della stratigrafia di terreni in aree soggette a caratterizzazione ambientale e geotecnica. La tecnica di acquisizione 3D, permette poi di indagare zone non del tutto accessibili superficialmente, consentendo di ricostruire i valori di resistività e/o caricabilità nel sottosuolo ad esempio al di sotto di aree edificate. Pag. 5

6 Configurazione delle misure I sistemi di misura più recenti permettono di acquisire dati utilizzando più elettrodi emittenti e riceventi (16, 24, 32, 48 ecc.) mediante stendimenti superficiali con spaziatura tra gli elettrodi a diverse distanze in funzione della profondità che si deve raggiungere. E così possibile ottenere un numero molto alto di combinazioni, indagando quindi non più solo lungo una verticale, ma lungo tutta una sezione ottenendo un informazione bidimensionale o anche tridimensionale. Le attività di acquisizione dati riguardano la misura dei valori di potenziale e di corrente necessari per il calcolo della resistività elettrica e della caricabilità (polarizzazione indotta), che vengono restituite e interpretate secondo immagini tomografiche bidimensionali e tridimensionali. Tale ricostruzioni in 2-3 dimensioni sono possibili grazie a software di calcolo che creano un modello (detto tomografia ) del sito mediante algoritmi di inversione. In questa indagine è stato utilizzato il software di elaborazione ERTLAB (Geostudi Astier s.r.l.). Per le ricostruzioni bidimensionali le più usate sono lo schema Wenner, dipolo-dipolo, Wenner- Schlumberger, polo-dipolo. Sia il sistema quadripolo di Wenner che quello di Schlumberger prevede i quattro elettrodi allineati di cui i due più esterni sono quelli trasmettitori; i due sistemi si differenziano per le diverse distanze fra gli elettrodi. In questi sistemi i valori ricavati sono molto puliti in quanto poco influenzati dal rumore di fondo. Il polo-dipolo è il metodo che indaga la profondità maggiore a parità di condizioni. I due trasmettitori sono costituiti, da uno remoto (polo) che viene posizionato ad una distanza pari almeno a 5 volte la lunghezza dello stendimento e da uno variabile sulla sequenza, mentre i due ricevitori sono posti sempre sulla sequenza tra i due trasmettitori. Quando la sequenza ha una configurazione diversa dalla sezione (sequenze a L, a U a GRECA, ecc.), questo metodo restituisce una ricostruzione in 3D. Strumentazione ed elaborazione dati Per l esecuzione dei profili si utilizzano opportuni cavi multiconduttori a elettrodi; ogni elettrodo viene infisso nello strato superficiale per una profondità media di cm dal piano campagna. La strumentazione che viene adottata (Syscal R1 a commutazione concentrata, prodotto da IRIS Instruments, Francia), permette di eseguire misure di alta precisione, con correnti indotte fino ad oltre 2 Ampere, con automatica compensazione del potenziale spontaneo (caduta di tensione esistente tra due poli in assenza di trasmissione, e spesso fortemente variabile nel breve tempo). L elaborazione 2D e 3D delle misure di campagna è prodotta con software proprietario, a discretizzazione FEM (elementi finiti), correzione topografica, procedura di inversione robusta con possibile inserimento di vincoli complessi; tale software è capace di ricostruire la distribuzione di resistività reale in due e tre dimensioni, (Morelli G., 1996). Pag. 6

7 Proprietà elettriche del suolo La resistività elettrica è la grandezza che misura la difficoltà che ha la corrente elettrica ad attraversare i materiali. Tale caratteristica dipende da vari fattori (descritti in seguito) e quindi può essere utile per verificare variazioni di tali caratteristiche. La resistività è la difficoltà opposta da una porzione standard di materiale al passaggio della corrente elettrica. La resistività è un parametro variabile non solo da conduttore a conduttore ma anche nel medesimo conduttore a seconda della sua temperatura. In generale nelle rocce la resistività diminuisce all aumentare della temperatura. La resistività delle rocce e dei suoli dipende principalmente dalla presenza di acqua nei pori. Macrofessure o cavità laddove è presente l aria hanno un comportamento elettrico nullo, in cui la resistività tende a valori altissimi. La resistività delle rocce dipende anche dalla tessitura cioè dalla disposizione, forma e dimensione dei granuli che la compongono e dai vuoti riempiti di acqua. La resistività dei sedimenti è controllata principalmente dai seguenti fattori: grado di saturazione dei pori, porosità, salinità del fluido, se presente nei pori, temperatura, eventuale presenza di sostanze organiche (idrocarburi, solventi, ecc.), presenza di argilla, presenza di minerali particolari (ad esempio le miche), grado di compattazione. Nella tabella sottostante si elencano le resistività di alcune rocce (ohm*m): ROCCE SEDIMENTARIE RESISTIVITA CALCARE ARGILLA SUOLO COPERTURA SUOLO ARGILLOSO SUOLO SABBIOSO GHIAIA SABBIA SABBIE E GHIAIE SABBIA SCIOLTA Pag. 7

8 CONGLOMERATI CALCARI MARNOSI ARENARIA DOLOMIE MARNA QUARZITE ACQUE RESISTIVITA Di mare < 0,2 Pura Naturale Con 20% di sale (NaCl) 0,001 MATERIALI INQUINANTI RESISTIVITA Rifiuti domestici Fanghi industriali Plume contaminato da rifiuti domestici 1-10 Olio esausto Il metodo della polarizzazione indotta (IP) si applica contemporaneamente al metodo della tomografia elettrica di resistività. E un fenomeno generato dalla stimolazione di una corrente elettrica che viene osservata dopo l applicazione di una tensione nel terreno. Il metodo si basa sull osservazione della curva di decadimento del potenziale susseguente all interruzione della corrente immessa, cioè sulla misura della caricabilità residua trattenuta dal mezzo di indagine sottoposto a corrente ed è espresso in percentuale. La rielaborazione è la medesima della resistività. Anche questo parametro è legato alle caratteristiche stratigrafiche e litologiche del sottosuolo e quindi offre un ulteriore punto di vista per interpretare le varie discontinuità. Risultati I due stendimenti ad U hanno consentito di elaborare una mappa tridimensionale delle resistività con due sezioni che si allegano. La resistività dei terreni varia dai 10 ai 200 ohm nel campo quindi delle argille e argille-sabbiose. L indagine aveva la finalità di localizzare eventuali anomalie che infatti sono emerse in vari punti: 1. anomalie a sud dell edificio costituite da una linea fognaria e da vari pozzetti e cisterne. Sono identificabili su una linea e hanno dei punti a maggiore resistività nei punti di ubicazione dei pozzetti. Pag. 8

9 2. Anomalie a nord dell edificio, lungo il muro di confine, rappresentata da una linea fognaria e pozzetti. 3. Una anomalia importante sotto al campo di calcetto che ha una dimensione di circa 12 x 18 metri e che si sviluppa sino ad almeno 2,5 metri di profondità. Anomalie di questa dimensione possono essere prodotte anche da manufatti sotterranei. L area quindi andrebbe indagata direttamente con scavi. PROVE PENETROMETRICHE STATICHE CPT (CONE PENETRATION TEST) PROVE CPT : METODOLOGIA DELL' INDAGINE La prova penetrometrica statica CPT (di tipo meccanico) consiste essenzialmente nella misura della resistenza alla penetrazione di una punta meccanica di dimensioni e caratteristiche standardizzate, infissa nel terreno a velocità costante (v = 2 cm / sec 0,5 cm / sec ). La penetrazione viene effettuata tramite un dispositivo di spinta (martinetto idraulico), opportunamente ancorato al suolo con coppie di coclee ad infissione, che agisce su una batteria doppia di aste (aste coassiali esterne cave e interne piene), alla cui estremità è collegata la punta. Lo sforzo necessario per l'infissione è misurato per mezzo di manometri, collegati al martinetto mediante una testa di misura idraulica. La punta conica (del tipo telescopico) è dotata di un manicotto sovrastante, per la misura dell'attrito laterale : punta / manicotto tipo "Begemann". Le dimensioni della punta / manicotto sono standardizzate, e precisamente : - diametro Punta Conica meccanica = 35,7 mm - area di punta Ap = 10 cm 2 - angolo di apertura del cono α = 60 - superficie laterale del manicotto Am = 150 cm 2 Sulla batteria di aste esterne può essere installato un anello allargatore per diminuire l'attrito sulle aste, facilitandone l'infissione. REGISTRAZIONE DATI. Una cella di carico, che rileva gli sforzi di infissione, è montata all'interno di un'unità rimovibile, chiamata "selettore", che preme alternativamente sull'asta interna e su quella esterna. Pag. 9

10 Durante la fase di spinta le aste sono azionate automaticamente da un comando idraulico. L'operatore deve solamente controllare i movimenti di spinta per l'infissione delle aste. I valori acquisiti dalla cella di carico sono visualizzati sul display di una Sistema Acquisizione Automatico (qualora presente) o sui manometri. Le letture di campagna (che possono essere rilevate dal sistema di acquisizione sia in Kg che in Kg/cm 2 ) durante l infissione sono le seguenti: Lettura alla punta LP = prima lettura di campagna durante l infissione relativa all infissione della sola punta Lettura laterale LT = seconda lettura di campagna relativa all infissione della punta+manicotto Lettura totale LLTT = terza lettura di campagna relativa all infissione delle aste esterne ( tale lettura non sempre viene rilevata in quanto non è influente metodologicamente ai fini interpretativi). METODOLOGIA DI ELABORAZIONE I dati rilevati della prova sono quindi una coppia di valori per ogni intervallo di lettura costituiti da LP (Lettura alla punta) e LT (Lettura della punta + manicotto), le relative resistenze vengono quindi desunte per differenza, inoltre la resistenza laterale viene conteggiata 20 cm sotto (alla quota della prima lettura della punta). Trasferiti i dati ad un PC vengono elaborati da un programma di calcolo STATIC PROBING della GeoStru La resistenze specifiche Qc (Resistenza alla punta RP ) e Ql (Resistenza Laterale RL o fs attrito laterale specifico che considera la superficie del manicotto di frizione) vengono desunte tramite opportune costanti e sulla base dei valori specifici dell area di base della punta e dell area del manicotto di frizione laterale tenendo in debito conto che: Ap = l area punta (base del cono punta tipo Begemann ) = 10 cm 2 Am = area del manicotto di frizione = 150 cm 2 Ct = costante di trasformazione =10 La loro elaborazione, interpretazione e visualizzazione grafica consente di catalogare e parametrizzare il suolo attraversato con un immagine in continuo, che permette anche di avere un raffronto sulle consistenze dei vari livelli attraversati e una correlazione diretta con sondaggi geognostici per la caratterizzazione stratigrafica. La sonda penetrometrica permette inoltre di riconoscere abbastanza precisamente lo spessore delle coltri sul substrato, la quota di eventuali falde e superfici di rottura sui pendii, e la consistenza in generale del terreno. L utilizzo dei dati dovrà comunque essere trattato con spirito critico e possibilmente, dopo esperienze geologiche acquisite in zona. I dati di uscita principali sono RP (Resistenza alla punta) e RL (Resistenza laterale o fs, attrito laterale specifico che considera la superficie del manicotto di frizione) che il programma calcola automaticamente; Pag. 10

11 inoltre viene calcolato il Rapporto RP/RL (Rapporto Begemann 1965) e il Rapporto RL/RP (Rapporto Schmertmann 1978 FR %- ). I valori sono calcolati con queste formule: Qc (RP) = (LP x Ct) / 10 cm ² Resistenza alla punta Ql (RL) ( fs) = [(LT LP) x Ct] / 150 cm ² Resistenza laterale Qc (RP) = Lettura alla punta LP x Costante di Trasformazione Ct / Superficie Punta Ap Ql (RL) ( fs) = Lettura laterale LT- Lettura alla punta LP x Costante di Trasformazione Ct / Am area del manicotto di frizione N.B. Ap = 10 cm 2 e Am = 150 cm 2 la resistenza laterale viene conteggiata 20 cm sotto (alla quota della prima lettura della punta) CORRELAZIONI Scegliendo il tipo di interpretazione litologica (consigliata o meno a seconda del tipo di penetrometro utilizzato) si ha in automatico la stratigrafia con il passo dello strumento ed interpolazione automatica degli strati. Il programma esegue inoltre il grafico (per i vari autori) Profondità/Valutazioni litologiche, per visualizzare in maniera diretta l andamento delle litologie presenti lungo la verticale indagata. INTERPRETAZIONI LITOLOGICHE ( Autori di riferimento) Schmertmann1978 ( consigliato per CPT) L utilizzo della stratigrafia dovrà comunque essere trattato con spirito critico e possibilmente, dopo esperienze geologiche acquisite in zona. CORRELAZIONI GEOTECNICHE Scegliendo il tipo di interpretazione litologica si ha in automatico la stratigrafia con il passo dello strumento ed interpolazione automatica degli strati. Ad ogni strato mediato il programma calcola la Qc media, la fs media, il peso di volume naturale medio, il comportamento geotecnico (coesivo, incoerente o coesivo-incoerente), ed applica una texture. TERRENI INCOERENTI Angolo di Attrito Angolo di Attrito (Caquot) - per sabbie N.C. e S.C. non cementate e per prof. > 2 mt. in terreni saturi o > 1 mt. non saturi Densità relativa (%) Densità Relativa (Jamiolkowski 1985) Modulo di Young Modulo di Young (ISOPT ) Ey (50) - per sabbie OC sovraconsolidate e SC Modulo Edometrico Pag. 11

12 Modulo Edometrico (Mitchell & Gardner 1975) valido per sabbie Peso di Volume Gamma Peso di Volume Gamma (Meyerhof) - Peso di Volume Gamma saturo (Meyerhof ) - Modulo di deformazione di taglio Imai & Tonouchi (1982) elaborazione valida soprattutto per sabbie e per tensioni litostatiche comprese tra 0,5-4,0 kg/cmq. Fattori di compressibilità Ramo di carico C ( autori vari) Ramo di carico medio Crm (autori vari) OCR - Grado di Sovraconsolidazione Grado di Sovraconsolidazione OCR (Piacentini-Righi Inacos 1978) MODULO DI REAZIONE Ko (Kulhawy Maine, 1990). CORRELAZIONE NSPT Meardi Meigh 1972 TERRENI COESIVI Coesione Non Drenata Coesione non drenata (Baligh ed altri ) in tale elaborazione occorre inserire il valore di Nk (generalmente 20) Modulo Edometrico-Confinato Metodo generale del modulo edometrico. Peso di Volume Gamma Peso di Volume terreni coesivi (t/mq) (Meyerhof) Peso di Volume saturo terreni coesivi (t/mq) (Meyerhof) Modulo di deformazione di taglio Imai & Tonouchi (1982) OCR Grado di Sovraconsolidazione OCR (Piacentini-Righi Inacos 1978) Permeabilità Coefficiente di Permeabilità K (Piacentini-Righi, 1988). PROVA N.1 Committente: Comune di Forlì Strumento utilizzato: PAGANI TG 63 (200 kn) Prova eseguita in data: 08/05/2012 Profondità prova: mt Località: Forlì Profondità (m) Lettura punta (Kg/cm²) Lettura laterale (Kg/cm²) qc (Kg/cm²) fs (Kg/cm²) qc/fs Begemann fs/qcx100 (Schmertmann) Pag. 12

13 Pag. 13

14 Prof. Strato (m) qc Media (Kg/cm²) fs Media (Kg/cm²) Gamma Medio (t/m³) Comp. Geotecnico Descrizione Incoerente-Coesivo Terreno vegetale con riporto Coesivo Argille organiche e terreni misti Coesivo Argilla inorganica molto compatta Incoerente-Coesivo Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Coesivo Argilla inorganica molto compatta Incoerente-Coesivo Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Coesivo Argilla inorganica compatta Coesivo Argilla inorganica molto compatta STIMA PARAMETRI GEOTECNICI MEDI Nr: Numero progressivo strato Prof: Profondità strato (m) Tipo: C: Coesivo. I: Incoerente. CI: Coesivo-Incoerente Cu: Coesione non drenata (Kg/cm²) Eu: Modulo di defomazione non drenato (Kg/cm²) Mo: Modulo Edometrico (Kg/cm²) G: Modulo di deformazione a taglio (Kg/cm²) OCR: Grado di sovraconsolidazione Puv: Peso unità di volume (t/m³) PuvS: Peso unità di volume saturo (t/m³) Dr: Densità relativa (%) Fi: Angolo di resistenza al taglio ( ) Ey: Modulo di Young (Kg/cm²) Vs: Velocità onde di taglio (m/s) Nr. Prof. Tipo Cu Eu Mo G OCR Puv PuvS Dr Fi Ey Vs CI > C > C > CI > C CI C C Pag. 14

15 PROVA N.2 Committente: Comune di Forlì Strumento utilizzato: PAGANI TG 63 (200 kn) Prova eseguita in data: 08/05/2012 Profondità prova: mt Località: Forlì Profondità (m) Lettura punta (Kg/cm²) Lettura laterale (Kg/cm²) qc (Kg/cm²) fs (Kg/cm²) qc/fs Begemann fs/qcx100 (Schmertmann) Pag. 15

16 Prof. Strato (m) qc Media (Kg/cm²) fs Media (Kg/cm²) Gamma Medio (t/m³) Comp. Geotecnico Descrizione Incoerente-Coesivo Terreno vegetale con riporto Coesivo Argilla inorganica molto compatta Coesivo Argilla inorganica compatta Coesivo Argilla di consistenza media Incoerente-Coesivo Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Coesivo Argilla inorganica compatta Incoerente-Coesivo Argille sabbiose e limose STIMA PARAMETRI GEOTECNICI Nr: Numero progressivo strato Prof: Profondità strato (m) Tipo: C: Coesivo. I: Incoerente. CI: Coesivo-Incoerente Cu: Coesione non drenata (Kg/cm²) Eu: Modulo di defomazione non drenato (Kg/cm²) Mo: Modulo Edometrico (Kg/cm²) G: Modulo di deformazione a taglio (Kg/cm²) OCR: Grado di sovraconsolidazione Puv: Peso unità di volume (t/m³) PuvS: Peso unità di volume saturo (t/m³) Dr: Densità relativa (%) Fi: Angolo di resistenza al taglio ( ) Ey: Modulo di Young (Kg/cm²) Vs: Velocità onde di taglio (m/s) Nr. Prof. Tipo Cu Eu Mo G OCR Puv PuvS Dr Fi Ey Vs CI > C > C C CI > C CI Pag. 16

17 CALCOLO DEI VALORI CARATTERISTICI DEI TERRENI Il calcolo dei valori caratteristici è stato eseguito utilizzando il software CVSOIL che consente di elaborare i dati forniti dalle prove e ricavare il 5 percentile da una curva statistica con distribuzione standard. Le seguenti tabelle riassumono i dati ottenuti che saranno poi utilizzati nel calcolo della portanza e dei cedimenti. Sondaggio n. 1 Angolo di resistenza al taglio [ ] Coesione drenata [kn/mq] Coesione non drenata [kn/mq] Modulo di compressibilità edometrica [kn/mq] Modulo di Young [kn/mq] Peso di volume naturale [kn/mc] Peso di volume saturo [kn/mc] Terreno vegetale con riporto Argille organiche e terreni misti Argilla inorganica molto compatta Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Argilla inorganica molto compatta Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Argilla inorganica compatta Argilla inorganica molto compatta Sondaggio n. 2 Angolo di resistenza al taglio [ ] Coesione drenata [kn/mq] Coesione non drenata [kn/mq] Modulo di compressibilità edometrica [kn/mq] Modulo di Young [kn/mq] Peso di volume naturale [kn/mc] Peso di volume saturo [kn/mc] Terreno vegetale con riporto Argilla inorganica molto compatta Argilla inorganica compatta Argilla di consistenza media Terre Limo sabbiose - Sabbie Arg. - Limi Argilla inorganica compatta Argille sabbiose e limose Pag. 17

18 CALCOLO PORTANZA E CEDIMENTI DI FONDAZIONI SUPERFICIALI NORMATIVE DI RIFERIMENTO Norme tecniche per le Costruzioni 2008 Norme tecniche per le costruzioni D.M. 14 gennaio Eurocodice 7 Progettazione geotecnica Parte 1: Regole generali. Eurocodice 8 Indicazioni progettuali per la resistenza sismica delle strutture - Parte 5: Fondazioni, strutture di contenimento ed aspetti geotecnici. CARICO LIMITE DI FONDAZIONI SU TERRENI Il carico limite di una fondazione superficiale può essere definito con riferimento a quel valore del carico, maggiore del precedente, per il quale il fenomeno di rottura si è esteso ad un ampio volume del suolo (metodo di Prandtl e successivi). All'atto della rottura si verifica la plasticizzazione del materiale racchiuso fra la superficie limite del semispazio e la superficie GFBCD. Nel triangolo AEB la rottura avviene secondo due famiglie di segmenti rettilinei ed inclinati di 45 + /2 rispetto all'orizzontale. Nelle zone ABF e EBC la rottura si produce lungo due famiglie di linee, l'una costituita da segmenti rettilinei passanti rispettivamente per i punti A ed E e l'altra da archi di de famiglie di spirali logaritmiche. I poli di queste sono i punti A ed E. Nei triangoli AFG e ECD la rottura avviene su segmenti inclinati di ±(45 + /2 ) rispetto alla verticale. 2b G A E D F B C Pag. 18

19 Formula Brich-Hansen (EC 7 EC 8) Affinché una fondazione possa resistere il carico di progetto con sicurezza nei riguardi della rottura generale, per tutte le combinazioni di carico relative allo SLU (stato limite ultimo), deve essere soddisfatta la seguente disuguaglianza: Vd Rd Dove Vd è il carico di progetto allo SLU, normale alla base della fondazione, comprendente anche il peso della fondazione stessa; mentre Rd è il carico limite di progetto della fondazione nei confronti di carichi normali, tenendo conto anche dell effetto di carichi inclinati o eccentrici. Nella valutazione analitica del carico limite di progetto Rd si devono considerare le situazioni a breve e a lungo termine nei terreni a grana fine. Il carico limite di progetto in condizioni non drenate si calcola come: R/A = (2 + ) cu sc ic +q Dove: A = B L area della fondazione efficace di progetto, intesa, in caso di carico eccentrico, come l area ridotta al cui centro viene applicata la risultante del carico. cu q sc Coesione non drenata. pressione litostatica totale sul piano di posa. Fattore di forma sc = 1 + 0,2 (B /L ) per fondazioni rettangolari sc = 1,2 per fondazioni quadrate o circolari. ic Fattore correttivo per l inclinazione del carico dovuta ad un carico H. i c 0,51 1 H / A' c u Per le condizioni drenate il carico limite di progetto è calcolato come segue. R/A = c Nc sc ic + q Nq sq iq + 0,5 B N s i dove: N q e tan ' tan 2 45 '/ 2 N c N q 1 cot ' N 1.5 N q 1 tan ' Fattori di forma s q 1 B' / L' sen ' per forma rettangolare s q 1 sen ' per forma quadrata o circolare s 1 0,3 B' / L' per forma rettangolare s 0,7 per forma quadrata o circolare sc sq Nq 1 / Nq 1 per forma rettangolare, quadrata o circolare. Pag. 19

20 Fattori inclinazione risultante dovuta ad un carico orizzontale H parallelo a L iq = i = 1- H / (V + A c cot ) ic = (iq Nq -1) / ( Nq 1) Fattori inclinazione risultante dovuta ad un carico orizzontale H parallelo a B 3 iq 1 0,7H / V A' c' cot ' i ic 1 iq H / V Nq A' c' 1 / Nq cot 1 ' 3 Oltre ai fattori correttivi di cui sopra sono considerati quelli complementari della profondità del piano di posa e dell inclinazione del piano di posa e del piano campagna (Hansen). FATTORI CORRETTIVI SISMICI: PAOLUCCI E PECKER Per tener conto degli effetti inerziali indotti dal sisma sulla determinazione del qlim vengono introdotti i fattori correttivi z: z z z q c z 1 q k tg h 1 0,32 k 0,35 h Dove Kh è il coefficiente sismico orizzontale. Calcolo coefficienti sismici Le NTC 2008 calcolano i coefficienti Kh e Kv in dipendenza di vari fattori: Kh = (amax/g) Kv=±0,5 Kh = coefficiente di riduzione accelerazione massima attesa al sito; amax = accelerazione orizzontale massima attesa al sito; g = accelerazione di gravità; Tutti i fattori presenti nelle precedenti formule dipendono dall accelerazione massima attesa sul sito di riferimento rigido e dalle caratteristiche geomorfologiche del territorio. amax = SS ST ag SS (effetto di amplificazione stratigrafica): 0.90 Ss 1.80; è funzione di F0 (Fattore massimo di amplificazione dello spettro in accelerazione orizzontale) e della categoria di suolo (A, B, C, D, E). ST (effetto di amplificazione topografica) per fondazioni in prossimità di pendi. Il valore di ST varia con il variare delle quattro categorie topografiche introdotte: T1 (ST = 1.0) T2 (ST = 1.20) T3(ST =1.20) T4(ST = 1.40). Pag. 20

21 Questi valori sono calcolati come funzione del punto in cui si trova il sito oggetto di analisi. Il parametro di entrata per il calcolo è il tempo di ritorno dell evento sismico che è valutato come segue: TR=-VR/ln(1-PVR) Con VR vita di riferimento della costruzione e PVR probabilità di superamento, nella vita di riferimento, associata allo stato limite considerato. La vita di riferimento dipende dalla vita nominale della costruzione e dalla classe d uso della costruzione (in linea con quanto previsto al punto delle NTC). In ogni caso VR dovrà essere maggiore o uguale a 35 anni. Per l'applicazione dell'eurocodice 8 (progettazione geotecnica in campo sismico) il coefficiente sismico orizzontale viene così definito: Kh = agr γi S / (g) agr : accelerazione di picco di riferimento su suolo rigido affiorante, γi: fattore di importanza, S: soil factor e dipende dal tipo di terreno (da A ad E). ag = agr γi è la design ground acceleration on type A ground. Il coefficiente sismico verticale Kv è definito in funzione di Kh, e vale: Kv = ± 0.5 Kh CEDIMENTI EDOMETRICI Il calcolo dei cedimenti con l approccio edometrico consente di valutare un cedimento di consolidazione di tipo monodimensionale, prodotto dalle tensioni indotte da un carico applicato in condizioni di espansione laterale impedita. Pertanto la stima effettuata con questo metodo va considerata come empirica, piuttosto che teorica. Tuttavia la semplicità d uso e la facilità di controllare l influenza dei vari parametri che intervengono nel calcolo, ne fanno un metodo molto diffuso. L approccio edometrico nel calcolo dei cedimenti passa essenzialmente attraverso due fasi: il calcolo delle tensioni verticali indotte alle varie profondità con l applicazione della teoria dell elasticità; la valutazione dei parametri di compressibilità attraverso la prova edometrica. In riferimento ai risultati della prova edometrica, il cedimento è valutato come: 0 RR log ' v0 ' v0 v se si tratta di un terreno sovraconsolidato (OCR>1), ossia se l incremento di tensione dovuto all applicazione del carico non fa superare la pressione di preconsolidazione p ( ' v0 v < p). Pag. 21

22 Se invece il terreno è normalconsolidato ( e il cedimento è valutato come: ' v 0 = p) le deformazioni avvengono nel tratto di compressione ' 0 CR log v0 v ' v0 dove: RR Rapporto di ricompressione; CR Rapporto di compressione; H0 spessore iniziale dello strato; v0 tensione verticale efficace prima dell applicazione del carico. v incremento di tensione verticale dovuto all applicazione del carico. In alternativa ai parametri RR e CR si fa riferimento al modulo edometrico M; in tal caso però occorre scegliere opportunamente il valore del modulo da utilizzare, tenendo conto dell intervallo tensionale ' ( v v 0 ) significativo per il problema in esame. L applicazione corretta di questo tipo di approccio richiede: la suddivisione degli strati compressibili in una serie di piccoli strati di modesto spessore (< 2.00 m); la stima del modulo edometrico nell ambito di ciascuno strato; il calcolo del cedimento come somma dei contributi valutati per ogni piccolo strato in cui è stato suddiviso il banco compressibile. Molti usano le espressioni sopra riportate per il calcolo del cedimento di consolidazione tanto per le argille quanto per le sabbie di granulometria da fina a media, perché il modulo di elasticità impiegato è ricavato direttamente da prove di consolidazione. Tuttavia, per terreni a grana più grossa le dimensioni dei provini edometrici sono poco significative del comportamento globale dello strato e, per le sabbie, risulta preferibile impiegare prove penetrometriche statiche e dinamiche. Cedimento secondario Il cedimento secondario è calcolato facendo riferimento alla relazione: s c C log T T 100 in cui: Hc è l altezza dello strato in fase di consolidazione; C è il coefficiente di consolidazione secondaria come pendenza nel tratto secondario della curva cedimento-logaritmo tempo; T tempo in cui si vuole il cedimento secondario; T100 tempo necessario all esaurimento del processo di consolidazione primaria. Pag. 22

23 VERIFICA DEL CARICO LIMITE Non avendo informazioni sulla natura della struttura fondale, si ipotizzano due tipologie una nastriforme a e una a platea entrambe a profondità di 1.2 metri. I dati geotecnici utilizzati sono quelli della prova n.2 che hanno valori più cautelativi. Fondazione Nastriforme a -1.2 metro DATI GENERALI ========================================= Azione sismica NTC 2008 Larghezza fondazione 1.5 m Lunghezza fondazione 15.0 m Profondità piano di posa 1.2 m Altezza di incastro 0.5 m Profondità falda 3.7 m ========================================= SISMA ========================================= Accelerazione massima (ag/g) Effetto sismico secondo NTC(C ) Fattore di struttura [q] 3 Periodo fondamentale vibrazione [T] 0.25 Pag. 23

24 Coefficiente intensità sismico terreno [Khk] Coefficiente intensità sismico struttura [Khi] ========================================= Coefficienti sismici [N.T.C.] ======================================================================== Dati generali Tipo opera: 2 - Opere ordinarie Classe d'uso: Classe II Vita nominale: 50.0 [anni] Vita di riferimento: 50.0 [anni] Parametri sismici su sito di riferimento Categoria sottosuolo: C Categoria topografica: T1 S.L. Stato limite TR Tempo ritorno [anni] ag [m/s²] F0 [-] TC* [sec] S.L.O S.L.D S.L.V S.L.C Coefficienti sismici orizzontali e verticali Opera: Stabilità dei pendii e Fondazioni S.L. Stato limite amax [m/s²] beta [-] kh [-] kv [sec] S.L.O S.L.D S.L.V S.L.C Carichi di progetto agenti sulla fondazione Nr. Nome combinazione Pressione normale di progetto [kn/m²] N [kn] Mx [kn m] My [kn m] 1 A1+M1+R Progetto 2 Sisma Progetto 3 S.L.E Servizio 4 S.L.D Servizio Sisma + Coeff. parziali parametri geotecnici terreno + Resistenze Nr Correzione Sismica Coesione efficace Coesione non drenata Tangente angolo di resistenza al taglio Peso Unità volume in fondazione Hx [kn] Peso unità volume copertura Hy [kn] Coef. Rid. Capacità portante verticale Tipo Coef.Rid.Cap acità portante orizzontale 1 Si Si No No Pag. 24

25 CARICO LIMITE FONDAZIONE COMBINAZIONE...A1+M1+R3 Autore: Brinch - Hansen 1970 Carico limite [Qult] kn/m² Resistenza di progetto[rd] kn/m² Tensione [Ed] kn/m² Fattore sicurezza [Fs=Qult/Ed] 2.94 Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata A1+M1+R3 ====================================================== Fattore [Nq] 1.0 Fattore [Nc] 5.14 Fattore [Ng] 0.0 Fattore forma [Sc] 1.02 Fattore profondità [Dc] 1.32 Fattore inclinazione carichi [Ic] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zq] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zg] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zc] 1.0 ====================================================== Carico limite kn/m² Resistenza di progetto kn/m² Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata ====================================================== Sisma Autore: Brinch - Hansen 1970 (Condizione non drenata) ====================================================== Fattore [Nq] 1.0 Fattore [Nc] 5.14 Fattore [Ng] 0.0 Fattore forma [Sc] 1.02 Fattore profondità [Dc] 1.32 Fattore inclinazione carichi [Ic] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zq] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zg] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zc] 1.0 ====================================================== Carico limite kn/m² Resistenza di progetto kn/m² Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata ====================================================== CEDIMENTI PER OGNI STRATO *Cedimento edometrico calcolato con: Metodo consolidazione monodimensionale di Terzaghi Pressione normale di progetto kn/m² Cedimento dopo T anni 1.0 Cedimento totale 0.88 cm Pag. 25

26 PLATEA A -1,2 ========================================== Azione sismica NTC 2008 Larghezza fondazione 15.0 m Lunghezza fondazione 25.0 m Profondità piano di posa 1.2 m Altezza di incastro 0.5 m Profondità falda 3.7 ========================================== SISMA ========================================== Accelerazione massima (ag/g) Effetto sismico secondo NTC(C ) Fattore di struttura [q] 3 Periodo fondamentale vibrazione [T] 0.25 Coefficiente intensità sismico terreno [Khk] Coefficiente intensità sismico struttura [Khi] ============================================ Coefficienti sismici [N.T.C.] ======================================================================== Dati generali Tipo opera: 2 - Opere ordinarie Classe d'uso: Classe II Vita nominale: 50.0 [anni] Vita di riferimento: 50.0 [anni] Pag. 26

27 Parametri sismici su sito di riferimento Categoria sottosuolo: Categoria topografica: C T1 S.L. Stato limite TR Tempo ritorno [anni] ag [m/s²] F0 [-] TC* [sec] S.L.O S.L.D S.L.V S.L.C Coefficienti sismici orizzontali e verticali Opera: Stabilità dei pendii e Fondazioni S.L. Stato limite amax [m/s²] beta [-] kh [-] kv [sec] S.L.O S.L.D S.L.V S.L.C Carichi di progetto agenti sulla fondazione Nr. Nome combinazion e Pressione normale di progetto N [kn] Mx [kn m] My [kn m] [kn/m²] 1 A1+M1+R Progetto 2 Sisma Progetto 3 S.L.E Servizio 4 S.L.D Servizio Sisma + Coeff. parziali parametri geotecnici terreno + Resistenze Nr Correzione Sismica Coesione efficace Coesione non drenata Tangente angolo di resistenza al taglio Peso Unità volume in fondazione Hx [kn] Peso unità volume copertura Hy [kn] Coef. Rid. Capacità portante verticale Tipo Coef.Rid.Ca pacità portante orizzontale 1 No Si No No CARICO LIMITE FONDAZIONE COMBINAZIONE...A1+M1+R3 Autore: Brinch - Hansen 1970 Carico limite [Qult] kn/m² Resistenza di progetto[rd] kn/m² Tensione [Ed] kn/m² Fattore sicurezza [Fs=Qult/Ed] 2.53 Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata Autore: Brinch - Hansen 1970 (Condizione non drenata) A1+M1+R3 Pag. 27

28 ====================================================== Fattore [Nq] 1.0 Fattore [Nc] 5.14 Fattore [Ng] 0.0 Fattore forma [Sc] 1.12 Fattore profondità [Dc] 1.03 Fattore inclinazione carichi [Ic] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zq] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zg] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zc] 1.0 ====================================================== Carico limite kn/m² Resistenza di progetto kn/m² Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata ====================================================== Sisma Autore: Brinch - Hansen 1970 (Condizione non drenata) ====================================================== Fattore [Nq] 1.0 Fattore [Nc] 5.14 Fattore [Ng] 0.0 Fattore forma [Sc] 1.12 Fattore profondità [Dc] 1.03 Fattore inclinazione carichi [Ic] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zq] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zg] 1.0 Fattore correzione sismico inerziale [zc] 1.0 ====================================================== Carico limite kn/m² Resistenza di progetto kn/m² Condizione di verifica [Ed<=Rd] Verificata ====================================================== COEFFICIENTE DI SOTTOFONDAZIONE BOWLES (1982) Il coefficiente di sottofondo è il rapporto tra il carico applicato e il cedimento conseguente nell ipotesi di un terreno ideale elastico in un sistema fondazione terreno. Tale modulo dipende quindi sia dal tipo di terreno sia dalle condizioni di carico. Valori indicativi per il coefficiente sono forniti dalla bibliografia: Terreni sabbiosi Terreno con sabbia sciolta : K1 = [KN/mc] Terreno con sabbia media : K1 = [KN/mc] Terreno con sabbia densa : K1 = [KN/mc] Terreno con sabbia densa mediamente argillosa : K1 = [KN/mc] Terreno con sabbia densa mediamente siltosa : K1 = [KN/mc] Pag. 28

29 Terreni argillosi (qu > 800 kpa) : K1 > [KN/mc] (200 < qu < 400 kpa) : K1 = [KN/mc] (qu < 200 kpa) : K1 = [KN/mc] Dove per qu si intende il valore della pressione che produce un cedimento di 2,54 cm. Nel nostro caso i terreni sotto le fondazioni sono prevalentemente coesivi, è quindi ipotizzando un carico effettivo di 150 kn/mq a cui corrispondono cedimenti di 0,88 cm, si ottiene un valore di: 150/0,0088 = kn/m 3 che si allinea con le tabelle sopra riportate. INDAGINE SISMICA La Regione Emilia-Romagna, con specifiche norme (LR 20/2000 e delib. Regionale n.112/2007) ha richiesto lo studio di microzonazione sismica locale con approfondimento al terzo livello, allo scopo di verificare la pericolosità sismica delle aree con interesse pubblico rilevante. Il territorio regionale è stato suddiviso in varie aree a seconda della tipologia morfologica e stratigrafica. Il comune di Forlì è inserito in categoria II a, mentre per quanto concerne le tabelle delle amplificazioni l area appartiene alla categoria PIANURA 2 ( substrato >100 m dal p.c.). Le tabelle sono quì di seguito riportate: Fattore di Amplificazione P.G.A. (accelerazione orizzontale di picco) Vs F.A. 1,5 1,5 1,5 1,4 1,4 1,4 1,3 1,1 1,0 1,0 Fattore di Amplificazione INTENSITA SPETTRALE 0,1 <To< 0,5 s Vs F.A. 1,8 1,8 1,7 1,7 1,5 1,4 1,3 1,2 1,0 1,0 Fattore di Amplificazione INTENSITA SPETTRALE 0,5 <To< 1,0 s Vs F.A. 2,5 2,3 2,3 2,0 1,8 1,7 1,7 1,5 1,2 1,0 Oltre alle amplificazioni stratigrafiche sono considerate anche le amplificazioni dovute alla topografia che in questo caso essendo in pianura sono di categoria T1. Quì di seguito si mostra la carta della pericolosità sismica con a fianco il valore della PGA attesa. Pag. 29

30 mappa di pericolosità sismica INGV area d intervento Per l analisi sismica sono state eseguiti due rilievi con tromografo e con stendimento MASW allo scopo di valutare la velocità delle onde Vs sino alla massima profondità possibile. Metodi di indagine Prova HVSR All interno dell area di studio è stato condotto il rilievo dei microtremori con il tromografo digitale Tromino, per verificare le caratteristiche sismiche e stratigrafiche del terreno. Lo strumento utilizzato registra il rumore sismico ambientale presente nella superficie terrestre e generato da fenomeni atmosferici, dall attività antropica e dall attività dinamica terrestre. I microtremori sono rappresentati da oscillazioni molto piccole (accelerazioni dell ordine di m/s 2 ), che, attraversando strati con caratteristiche differenti (in termini di densità e velocità di propagazione delle onde), subiscono fenomeni di rifrazione, riflessione, attenuazione e altri. Questi fenomeni sono tali per cui un onda che viaggia all interno di un mezzo e viene riflessa da una superficie di discontinuità interferisce con le onde incidenti, sommandosi e raggiungendo le ampiezze massime quando la lunghezza d onda incidente è pari a 4 volte lo spessore h dello strato (condizione di risonanza): Relativamente alle onde S: VS1 f r 4h fr rappresenta la frequenza fondamentale dello strato, ossia la frequenza cui corrispondono le maggiori accelerazioni sismiche. Pag. 30

31 Utilizzando la formula sopra esposta si evince che conoscendo la profondità di una discontinuità (trovata nelle prove penetrometriche) e la frequenza fondamentale del terreno in superficie (fornita dal tromografo) è possibile risalire alla velocità delle onde S del terreno. Una volta ricavato il valore di Vs, è possibile ricostruire la stratigrafia dell area e l andamento delle discontinuità, se presenti. La tecnica HVSR consiste nella valutazione dei rapporti spettrali tra le componenti orizzontali e verticali del moto ed è in grado di fornire in buona approssimazione il contenuto in frequenza del segnale dei microtremori. Prova MASW L analisi dei microtremori viene effettuata utilizzando la strumentazione classica per la prospezione sismica a rifrazione (a geofono singolo) disposta sul terreno con array lineare, da 12 a 48 geofoni; per ottenere una buona risoluzione in termine di frequenza, oltre ad utilizzare geofoni con bassa frequenza di risonanza (4-14 Hz raccomandati), è indispensabile allungare il tempo di registrazione (15-30s) rispetto alla sismica a rifrazione tradizionale. L uso di un sismografo digitale con elevata dinamica consente di dimezzare la frequenza utile campionabile rispetto a quella nominale dei geofoni impiegati. Si possono così registrare onde di superficie il cui contenuto in frequenza copre un range da 25-30Hz fino a 2 Hz che, in condizioni ottimali, offre una dettagliata ricostruzione dell andamento delle Vs relativamente ai primi cento metri di profondità. L elaborazione del segnale consiste nell operare una trasformata bidimensionale slowness-frequency (pf) che analizza l energia di propagazione delle onde sismiche create mediante una massa battente ad un estremo della linea sismica e nel rappresentarne lo spettro di potenza su un grafico p-f. A questo punto l operatore, in maniera arbitraria ed in base all esperienza, esegue un picking attribuendo ad un certo numero di punti una o più slowness (p o 1/velocità di fase) per alcune frequenze. Tali valori vengono in seguito plottati su un diagramma periodo-velocità di fase per l analisi della curva di dispersione e l ottimizzazione di un modello diretto. Pag. 31

32 Risultati Spettri H/V Rilevo 69 Rilievo 70 La linea rossa corrisponde al rapporto spettrale H/V misurato, mentre quella blu è stata calcolata tramite una procedura matematica di inversione di un profilo stratigrafico mostrato in seguito. Come si vede negli spettri sopraindicati, si osservano picchi ad altissima frequenza (56.6 Hz), relative a livelli molto superficiali o fenomeni antropici; e picchi a frequenze molto basse (1,1 Hz) relative a strati molto profondi. Questo significa che dal piano superficiale sino a quello del substrato non sono presenti variazioni nette di velocità ma piuttosto un aumento costante.. Pag. 32

33 Prova MASW Dalla prova MASW si vede l orizzonte relativo alla velocità delle onde S nel terreno. La stratigrafia sismica dell area, che produce lo spettro sintetico nell elaborazione monodimensionale (spettro H/V) e i punti azzurri nel grafico spettrale della prova in array è qui di seguito mostrata. Depth at the bottom of Thickness [m] Vs [m/s] Poisson ratio the layer [m] inf. inf Pag. 33

34 Il valore calcolato delle VS30 è paria 222 m/s. ELEMENTI DI PROGETTAZIONE ANTISISMICA L attuale normativa in materia sismica impone un approccio più attento relativamente alle azioni indotte da eventi sismici di particolare entità, agenti sulla struttura degli edifici. Le varie tipologie di sottosuolo sono discriminate sulla base delle velocità di propagazione delle onde S e sono state raggruppate in categorie. Il valore indicativo di tali velocità è definito dalla media pesata su uno spessore di 30 m delle velocità misurate v s,30. In alternativa si utilizzano dei parametri corrispondenti, meno significativi, rappresentati dal valore della coesione non drenata c u o del numero di colpi NSPT. Qui di seguito è mostrata la tabella di identificazione dei tipi di sottosuolo: Pag. 34

35 A B C D E S1 S2 Descrizione del profilo stratigrafico Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi Caratterizzati da V s30 > 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti Con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 compresi tra 360 e 800 m/s (oppure resistenza penetrometrica N SPT > 50 nei terreni a grana grossa, o coesione non drenata c u > 250 kpa nei terreni a grana fina) Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 compresi tra 180 e 360 m/s (oppure resistenza penetrometrica 15< N SPT > 50 nei terreni a grana grossa, o coesione non drenata 70< c u > 250 kpa nei terreni a grana fina) Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di V s30 inferiori a 180 m/s (oppure resistenza penetrometrica N SPT < 15 nei terreni a grana grossa, o coesione non drenata c u < 70 kpa nei terreni a grana fina) Terreni dei sottosuoli di tipo C e D per spessore non superiore ai 20 m, posti sul substrato di riferimento con V s30 > 800 m/s Depositi di terreni caratterizzati da valori di V s30 < 100 m/s (10 < c u < 20 kpa) che includono uno strato di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa consistenza, oppure che includono almeno 3 m di torba o di argille altamente organiche. Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive, o qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti Cu V s30 (m/s) NSPT (kpa) > > 50 > < 180 < 15 < 70 < Dai risultati delle prove penetrometriche e del tromografo, il terreno di studio ricade all interno della classe C. Condizioni topografiche Come già descritto il terreno è posto in area pianeggiante e quindi in categoria T1. La normativa prevede le seguenti categorie topografiche Categoria Caratteristiche della superficie topografica T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i 15 T2 Pendii con inclinazione media i > 15 T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15 i 30 T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30 Pag. 35

36 I parametri sismici forniti dalla normativa sono: Vs30 Contesto F.A. PGA F.A.S.I. F.A.S.I. morfologico (0,1s<To<0,5s) (0,5s<To<1s) 200<Vs30<250 PIANURA 2 1,5 1,8 2,3 VALUTAZIONE DELL AMPLIFICAZIONE SISMICA LOCALE Per valutare gli effetti di risposta sismica locale in termini di amplificazione orizzontale di picco PGA e in termini di intensità spettrale S.I. nei due intervalli di periodo 0,1-0,5 secondi e 0,5-1,0 secondi, si è utilizzato il software EERA (USC Equivalent-linear Earthquake site Response Analyses of Layered Soil Deposits), al quale sono stati forniti tre accelerogrammi di sisma forniti dalla Regione Emilia Romagna nella banca dati accelerometrica. I tre accelerogrammi sono già opportunamente scalati all intensità massima di picco stabilita negli atti di indirizzo per gli studi di microzonazione (L.R. 20/2000 e delib. Regionale 112/2007) per il comune di Forlì e cioè 0,205 g. EERA elabora l accelerogramma al substrato nel suo percorso verso la superficie ipotizzando uno smorzamento o un amplificazione derivante dagli strati che incontra durante il tragitto. E stata valutata la profondità del substrato dalle velocità dei primi strati e creando la curva di dispersione rettilinea: Depth at the bottom of the layer [m] Thickness [m] Vs [m/s] Dalla quale si ricava un valore del bedrock di circa 130 metri, compatibile con i valori ricavati dalle indagini sismiche. Per cui si è costruita la stratigrafia da inserire nel software EERA considerando la profondità di 140 m come piano su cui si propaga l accelerogramma. Pag. 36

37 Anche la sezione geologica profonda del Servizio Geologico della Regione Emilia Romagna, allegata in fondo alla presente relazione, conferma tale valore. La stratigrafia e i valori inseriti nel software sono qui di seguito riportati: I seguenti grafici mostrano i valori di Gmax, Vs e Gamma adottati: I modelli di decadimento G e Beta sono quelli elaborati da Sidd Idriss per argille e sabbie, mente per limi sabbiosi e ghiaia si sono utilizzati i grafici dalla regione. Si allegano di seguito i grafici delle curve di decadimento per i vari terreni: Pag. 37

38 Argille Seed Idriss 1970 Sabbia Seed Idriss 1970 Limi argillosi (regione Lombardia) Ghiaie (regione Lombardia) I tre accelerogramma opportunamente adeguati alla accelerazione sismica del comune di Forlì (0.205g Delibera 112/2007) in input sono qui di seguito mostrati: Pag. 38

39 000046xa_040012Forlý.xy xa_040012Forlý.xy xa_040012Forlý.xy Pag. 39

40 Procedura di Calcolo La procedura di calcolo adoperata da EERA utilizza un modello lineare equivalente per la rappresentazione della risposta tensione-deformazione del suolo, basata sul modello monodimensionale di Kelvin-Voigt che ricava la tensione di taglio secondo la seguente formula: Dove G è il modulo di taglio, la viscosità, è la deformazione al taglio e Lo schema del modello è illustrato qui di seguito Pag. 40

41 PRIMO SEGNALE DI RIFERIMENTO (46) Accelerazione massima al bedrock Durata evento Tempo dell accelerazione di picco g s s Risultati I tre grafici seguenti mostrano l andamento in profondità dello sforzo di taglio massimo, del rapporto G/Go, e dello smorzamento dopo 8 iterazioni di calcolo. Qui di seguito sono riportati i grafici con valori di tensione di picco e soprattutto con l andamento dell accelerazione di picco alle varie profondità fornite dalla stratigrafia. Pag. 41

42 Si nota un accelerazione massima 0,479 g in superficie, ma considerando di escludere il primo metro di terreno (che essendo riporto aumenta troppo il dato), si ottiene una valore di g Qui di seguito la tabella con i dati ottenuti al secondo strato e i tre grafici dell accelerazione, velocità relativa e spostamento relativo: Number of sublayer = 2 Type of sublayer = Inside Depth at top of sublayer (m) = 1 Maximum acceleration (g) = 0,372 Time of maximum acceleration (sec) = 2,89 Mean Square frequency (Hz) = 3,47 Maximum relative velocity (m/s) = 0,28521 Time of maximum relative velocity (sec) = 2,75 Maximum relative displacement (m) = 0,03054 Time of maximum relative displacement (sec) = 2,89 Pag. 42

43 Pag. 43

44 Qui di seguito invece i grafici dell amplificazione alla superficie e della trasformata di Fourier, dove si nota rispettivamente un picco massimo a 1,4 Hz e 1,6 Hz (un po più alto rispetto a quello ricavato dal tromografo) Infine qui di seguito lo spettro in risposta a 1 metro della accelerazione del sito con smorzamento del 5%. Pag. 44

45 SECONDO SEGNALE DI RIFERIMENTO (126) Accelerazione massima al bedrock Durata evento Tempo dell accelerazione di picco g s s Risultati I tre grafici seguenti mostrano l andamento in profondità dello sforzo di taglio massimo, del rapporto G/Go, e dello smorzamento dopo 8 iterazioni di calcolo. Qui di seguito sono riportati i grafici con valori di tensione di picco e soprattutto con l andamento dell accelerazione di picco alle varie profondità fornite dalla stratigrafia. Pag. 45

46 Si nota un accelerazione massima 0,358 g in superficie, ma considerando di escludere il primo metro di terreno (che per i valori forniti aumenta troppo il dato), si ottiene una valore di g Qui di seguito la tabella con i dati ottenuti al secondo strato e i tre grafici dell accelerazione, velocità relativa e spostamento relativo: Number of sublayer = 2 Type of sublayer = Inside Depth at top of sublayer (m) = 0 Maximum acceleration (g) = 0,358 Time of maximum acceleration (sec) = 10,29 Mean Square frequency (Hz) = 4,42 Maximum relative velocity (m/s) = 0,24666 Time of maximum relative velocity (sec) = 10,23 Maximum relative displacement (m) = 0,03260 Time of maximum relative displacement (sec) = 10,33 Pag. 46

47 Pag. 47

48 Qui di seguito invece i grafici dell amplificazione alla superficie e della trasformata di Fourier, dove si nota rispettivamente un picco massimo a 1,6 Hz e 2,0 Hz Infine qui di seguito lo spettro in risposta a 1 metro della accelerazione del sito con smorzamento del 5%. Pag. 48