PIEVE FOSCIANA Par Inquadramento generale PIEVE FOSCIANA

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1 PIEVE FOSCIANA Par Inquadramento generale 10 PIEVE FOSCIANA 10.1 INQUADRAMENTO GENERALE: GEOLOGIA E MORFOLOGIA LOCALE Il centro urbano di Pieve Fosciana è ubicato sulla spianata morfologica di un terrazzo alluvionale di pendenza pari a circa il 4%, così come la zona di espansione, anche se un po' spostata verso il bordo occidentale del terrazzo inciso dal Torrente Castiglione). Sia il centro urbano che la zona di espansione sorgono su depositi alluvionali terrazzati (at), corrispondenti ad alluvioni antiche (Quaternario, Olocene), generalmente di limitato spessore (3 5 m), seguito da uno strato di ciottoli, ghiaie e sabbie prevalenti (ciottoli di macigno, ct/mg) di spessore comunque modesto, e da uno strato sottostante, di spessore molto più consistente, di argilliti (arg); in prossimità del bordo occidentale del terrazzo, dove si estende la zona di espansione, vi sono affioramenti di macigno (mg) e di ciottoli di macigno, come è possibile vedere dalla carta geomorfologica (Nardi et Al ) riportata in Figura I fenomeni franosi individuati (attivi e quiescenti) interessano esclusivamente le scarpate dei terrazzi e quindi non direttamente il centro abitato. La valutazione degli effetti sismici locali è quindi finalizzata alla definizione degli effetti amplificativi legati alle caratteristiche litologiche della copertura alluvionale e del substrato. Al di sotto dei depositi terrazzati, affiorano due formazioni appartenenti alla parte sommitale della Successione Toscana; le unità e le formazioni ad esse appartenenti in ordine di sovrapposizione geometrica dall'alto verso il basso sono: 259

2 PIEVE FOSCIANA Par Inquadramento generale SUCCESSIONE TOSCANA (Paleozoico - Oligocene sup.): Marne di Pontecchio (fp); Macigno (mg). DEPOSITI FLUVIO LACUSTRI: argille (arg). DEPOSITI QUATERNARI: Depositi alluvionali terrazzati (at); Depositi detritici(dt); Depositi alluvionali recenti e attuali (all); Terreni di riporto (rp). mg all 1 SASW1 at 4 S1 SITO 1 ct/mg at 4 PF1 SITO 2 SASW2 at 4 Figura 10.1 Carta della geologia superficiale e della morfologia relativa al Comune di Pieve Fosciana e ubicazione dei siti e delle prove Dal punto di vista dell analisi della risposta sismica locale nei siti di Pieve Fosciana il bedrock è in generale costituito dalle argilliti; la copertura è costituita dai depositi composti dalle alluvioni terrazzate, in corrispondenza dello strato più superficiale, e da ciottoli di macigno (ct/mg), nello strato immediatamente sottostante ANALISI E RICERCHE PRECEDENTEMENTE EFFETTUATE Nell area di Pieve Fosciana, sia per la vicinanza con un centro di maggiore importanza come Castelnuovo Garfagnana sia per la mancanza di particolari problemi da un punto di vista geomorfologico o tettonico, non sono state 260

3 PIEVE FOSCIANA Par Analisi e ricerche precedentemente effettuate effettuate molte ricerche in passato e i dati disponibili sono pochi e non sempre affidabili Analisi di amplificazione locale In questo centro si è operata un indagine sismica da scoppio per determinare la velocità di propagazione delle onde sismiche nelle coperture alluvionali e i loro effetti amplificativi (CNR-IRRS, 1996). Gli scoppi sono stati registrati sia con stazioni sismologiche che con cavo sismico disposti lungo due sezioni ortogonali in direzioni NE-SO e NO-SE. Sulle medesime sezioni è stata effettuata anche un indagine sismica a rifrazione. Sulla base dei risultati ottenuti dalla sismica a rifrazione, è stato ipotizzato un modello geologico e geofisico per l interpretazione degli strati e delle rispettive caratteristiche meccaniche. In particolare in corrispondenza della sezione che attraversa il centro abitato (indicata PF1 in Figura 10.1), tale modello (Figura 10.2 a) presenta una successione di strati piano paralleli, costituiti: da un primo strato superficiale di alluvioni antiche terrazzate (at) per uno spessore variabile tra 3 e 5 m (con velocità delle onde P di 500 m/s), da uno strato sottostante di ciottoli di macigno (ct/mg) con uno spessore intorno ai 15 m e una velocità delle onde P di 1600 m/s, e uno strato molto consistente di argillite di spessore medio pari a 60 m e velocità delle onde P di 2300 m/s e infine un basamento di macigno (con velocità di 3200 m/s). I valori di amplificazione determinati con gli scoppi (e riportati in Figura 10.2 b in funzione della frequenza) sono risultati di scarsa rilevanza su gran parte della sezione, e comunque nell area di interesse in prossimità del centro abitato PROGRAMMAZIONE DELLE INDAGINI Problematiche individuate Sulla base dei risultati ottenuti dalle analisi di amplificazione già effettuate sono emerse le seguenti esigenze: a) caratterizzare la stratigrafia delle copertura (at e ct/mg) e del substrato (ac e mg) in corrispondenza del centro urbano; b) determinare i corrispondenti parametri dinamici (velocità delle onde S, V S e modulo di taglio G) 261

4 PIEVE FOSCIANA Par Programmazione delle indagini Figura 10.2 Modello geologico determinato per la sezione PF1 (a) e fattori di amplificazione calcolati in funzione della frequenza, sulla base delle registrazioni degli scoppi (b) nel Comune di Pieve Fosciana 262

5 PIEVE FOSCIANA Par Programmazione delle indagini Scelta dei siti Per la risoluzione delle problematiche e per il conseguimento degli obiettivi sopra elencati è risultato sufficiente (data la particolare regolarità della struttura geologica e morfologica) concentrare le indagini su due siti, indicati con Sito 1 e Sito 2 in Figura 10.1, di cui il primo, posizionato all interno del centro abitato, è stato scelto per definire lo spessore e caratterizzare la coltre alluvionale che si estende per una vasta area geologicamente omogenea; per individuare la natura e la profondità del bedrock, nonché le sue proprietà meccaniche in campo dinamico. Il secondo sito, più interno rispetto al bordo del terrazzo (indicato con Sito 2), è stato scelto per valutare la consistenza e la variabilità dello spessore della coltre alluvionale Scelta del tipo di indagini In corrispondenza di tale sito sono state effettuate le seguenti indagini: 4 sondaggi geotecnici a pochi metri di distanza l uno dall altro, condotti sino alla profondità di 80 m. 2 prove SASW multicanale Sui 14 campioni estratti durante i sondaggi sono state eseguite le seguenti prove di laboratorio: prove di classificazione (peso di volume, contenuto d acqua, analisi granulometrica, limiti di Atterberg); prove edometriche con misura di k 0. prove triassiali monotone k 0 -consolidate drenate; prove di colonna risonante; prove di taglio torsionale ciclica; misure con bender elements ELABORAZIONE ED ANALISI DEI RISULTATI DELLE PROVE IN SITO Caratterizzazione stratigrafica Le caratteristiche stratigrafiche del sito esplorato, facilmente estendibili ad altri siti vicini nella medesima area, 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 263

6 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove in sito prevalente, con ciottoli e sabbia da media-grossolana a fine (e con una componente limosa maggiore) con la profondità, interrotta da trovanti di arenaria (mg), e presenta uno spessore di 9 m, che si presume si mantenga costante per l intero centro abitato e si riduca progressivamente avvicinandosi al bordo occidentale del terrazzo (adiacente al Torrente Castiglione), in prossimità della zona di espansione. Il substrato è costituito da limo argilloso grigio scuro, laminato compatto e sovraconsolidato 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. La stratigrafie rilevate 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 riportate in Figura 10.3, con l indicazione delle quote di prelievo dei campioni ed evidenziando la posizione e lo spessore relativo a ciascuna delle formazioni incontrate Caratterizzazione dinamica: misura della velocità delle onde S A parte lo strato superficiale di pochi metri, corrispondente alla copertura alluvionale, i materiali incontrati durante l esecuzione dei sondaggi sono risultati particolarmente duri e rigidi, come confermato dalla difficoltà nel prelevare i campioni e nell impossibilità di eseguire 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 10.1), comunque entrambe sulla spianata morfologica su cui sorge il centro urbano. Esse hanno rivelato entrambe abbastanza nettamente la presenza di un deposito superficiale (costituito direttamente dai ciottoli di macigno 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, 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), 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. 264

7 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove in sito 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 sovraconosolidato con passaggi di sabbia limosa Limo argilloso grigio laminato sovraconsolidato compatto S3 ct/mg S3C arg alt. S1C Vs (m/s) Valori di laboratorio Sito1 Sito2 25 Limo argilloso grigio-verdastro alternato a livelli di sabbia finissimae Limo argilloso con passaggi a livelli sempre più consistenti di sabbia fine-media S3C3 30 S1C2 arg comp. S4C1 S4C2 S4C3 profondità (m) Limo argilloso compatto Limo argilloso alternato a strati di sabbia grossolana S1C3 S1C4 S1C5 S1C S1C7 65 Limo argilloso alternato a strati di sabbia fine S1C S1C9 Figura 10.3 Stratigrafia relativa ai sondaggio S1, S2, S3 e S4 e profili di Vs ricavati dalle prove SASW eseguite nei siti 1 e

8 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove in sito Il substrato costituito dalle argilliti compatte presenta delle velocità inizialmente basse nei primi due metri, corrispondenti probabilmente ad uno stato di alterazione del materiale, 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 sollecitazione 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 ai 15 m, con una velocità introno ai 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 ELABORAZIONE ED ANALISI DEI RISULTATI DELLE PROVE IN LABORATORIO Proprietà indici Sulla base dei risultati delle prove di laboratorio, effettuate solo sulle argilliti (in corrispondenza della quale sono stati estratti tutti i campioni), si può dire che in corrispondenza di tale sito esse sono costituite da limo sabbioso fine argilloso grigio scuro particolarmente compatto fin dallo strato più superficiale (γ =20 22 kn/m 3 ), con indice di plasticità e indice dei vuoti abbastanza variabili e generalmente in diminuzione con la profondità (e = , I p = 7 27%) e elevata consistenza (I c = ), con granulometria 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 % riducendosi con la profondità, e il limite plastico, w p, oscilla nell intervallo %. Sono state eseguite 5 prove edometriche, di cui 3 a deformazione controllata e 2 a incrementi di carico con misura del coefficiente di spinta a riposo K o e quindi del grado di sovraconsolidazione, OCR, che è risultato più elevato in corrispondenza degli strati superficiali (intorno a 4 5 a 18.5 m) e più vicino a 1 a profondità maggiori (circa 2, a 32 m). I dati più significativi relativi a ciascun campione esaminato (distinto in base alla formazione di appartenenza) sono riassunti in Tabella

9 Camp. Form. Z [m] γ [kn/m 3 ] γ d [kn/m 3 ] G s [ - ] e [ - ] S [%] w [%] w l [%] w p [%] U [ - ] USCS σ' c [Mpa] σ' vo [MPa] OCR [ - ] k 0 [ - ] S2C1 S2C2 S2C3 S2C6 S2C7 S3C1 S3C2 S3C6 dt ac ac ac ac dt ac ac 3,20-3, ,25-3, CL-ML CL-ML ,48-5, CL-ML CL-ML 7,55-7, ,65-7, CL-ML CL-ML 18,20-18, CL-ML CL-ML 25,25-25, CL-ML CL-ML 6,03-6, CL-ML CL-ML 10,59-10, CL-ML 10,69-10, CL-ML 29,38-29, CL-ML CL-ML Tabella 10.1 Valori delle proprietà indici relative ai campioni estratti nei siti di Pieve Fosciana

10 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio Parametri dinamici Per la caratterizzazione dinamica dei terreni in esame sono state eseguite: 8 prove triassiali monotone (TX) in condizioni drenate precedute da una fase di consolidazione anisotropa alle tensioni geostatiche (in condizioni k o ), con misura locale delle deformazioni assiali e radiali e velocità di deformazione pari a mm/min. Dall analisi delle registrazioni dei carichi applicati e delle corrispondenti deformazioni locali (assiale e radiali) e volumetriche sono state ricavate le condizioni a rottura del materiale raggiunte in condizioni di compressione per carico (tensioni, t e s, a rottura e deformazione assiale, ε a e ε v, a rottura) e il modulo di elasticità secante E, il coefficiente di Poisson ν al variare della deformazione assiale ε a, dal quale, utilizzando le relazioni (Eq. 8.1), si può calcolare il modulo di taglio massimo G 0 e quindi la velocità delle onde S, e la curva di decadimento corrispondente di G con la deformazione di taglio γ. Sugli stessi provini è stata poi eseguita una misura della velocità delle onde S con bender elements (BE). 3 prove di taglio torsionale ciclico e 4 di colonna risonante (TTC/RC) eseguite in questo ordine sullo stesso provino, in condizioni isotrope e non drenate, e separate da una fase di consolidazione di 24 h a drenaggi aperti, per smaltire la sovrappressione interstiziale eventualmente accumulata. La prova di taglio torsionale ciclico viene effettuata con una frequenza d eccitazione costante pari a 0.5 Hz con 12 cicli di carico per ogni livello di sollecitazione raggiunto. Per tutte le prove è stato osservato un buon grado di saturazione con valori del parametro di Skempton B superiori a Nel caso della prova di colonna risonante il modulo di taglio G corrispondente ai vari livelli deformativi raggiunti, γ, (e quindi anche quello a piccole deformazioni) viene determinato considerando la condizione di risonanza e applicando una serie di relazioni sulla teoria di propagazione delle onde valide in campo elastico, mentre il rapporto di smorzamento D viene determinato, sempre indirettamente dal decremento logaritmico delle oscillazioni libere (Amplitude Decay Method). a piccole deformazioni. Invece nella prova di taglio torsionale ciclico i valori di G e D vengono determinati direttamente di cicli sforzi-deformazione. Tutte le prove sono state seguite sulle argilliti e i risultati, espressi in termini di modulo di taglio G 0 a piccole deformazioni in funzione della pressione efficace media σ 0 (distinti in due classi in funzione dell indice dei 268

11 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio vuoti, e = per i campioni più superficiali ed e = per i campioni più profondi), di legge di variazione del modulo di taglio G e del rapporto di smorzamento D con la deformazione a taglio γ sono riportati nelle Figure 10.4 e I risultati delle prove dinamiche (colonna risonante e taglio torsionale ciclico) sono stati integrati con quelli delle prove triassiali, che forniscono il modulo secante E in funzione della deformazione assiale ε a, da cui è stata ricavato (utilizzando le relazioni (Eq. 8.1)) una stima dell andamento del modulo di taglio G con la deformazione a taglio γ. In particolare si può osservare che: i valori di G, sia a piccole deformazioni che in corrispondenza di tutti i successivi livelli deformativi raggiunti, sono risultati (per tutti i campioni esaminati, ad eccezione del campione S3C2), con la TTC, largamente inferiori a quelli ottenuti dalla prova RC, con scarti mediamente del 15% (come è possibile vedere anche dal singolo confronto tra i risultati di tali prove effettuate sullo stesso campione, Figura 10.6 a e b). Ciò è probabilmente 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 consolidazione e perciò maggiormente consolidato, a questo si aggiungano le maggiori frequenze di sollecitazione utilizzate nella prova RC; 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 medesime proprietà meccaniche, in realtà, come è possibile vedere in Figura 10.6 a e b, 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 fornice 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 sia a piccole che medie deformazioni (e si attestano su valori comunque bassi, intorno a 2 4%), con i valori ottenuti dalla prova RC lievemente superiori, ad eccezione del campione S1C3 dove i valori relativi alla RC sono sensibilmente più elevati; i valori di G ottenuti con la prova triassiale sono sostanzialmente in buon accordo con quelli ottenuti da prove dinamiche per quanto riguarda il campo delle piccole deformazioni, soprattutto per quanto riguarda la 269

12 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio prova RC, rispetto alla quale i valori trovati sono lievemente inferiori, mentre tendono a collocarsi tra i risultati ottenuti 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 10.6). I risultati della prova TX tendono comunque a coprire un più vasto campo di deformazioni 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 γ anche se riportati 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; è possibile sottolineare per le argilliti, l elevata non linearità della risposta del materiale (evidenziata dalla elevata pendenza della curva G-γ )che comunque si manifesta solo a partire da livelli deformativi abbastanza elevati (γ l intorno a %) e quindi un dominio di comportamento elastico lineare abbastanza esteso. Dall esame dei valori di G normalizzati rispetto al valore iniziale G o 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 risultati delle prove SASW) i primi metri dello strato di argillite (da 9 a 15 m) sono stati considerati alterati, mentre quelli successivi sono stati classificati come argillite compatta. Per 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 unico trend, essendo i valori meno dispersi. Perciò per rappresentare analiticamente la variazione di G e D con l ampiezza della deformazione di taglio, γ (espressa in %) è stato utilizzato il modello Yokota et al. (Eq. 6.1), distinguendo due curve per il modulo di taglio G e utilizzando un'unica curva per il rapporto di smorzamento; dove i valori delle costanti che in esse compaiono (Tabella 10.2) sono stati determinati utilizzando i soli risultati relativi alle prove di RC e TX (trascurando quelli relativi alla prova TTC per quanto detto sopra) per il modulo di taglio G, e utilizzando tutti i dati a disposizione per il rapporto di smorzamento D. 270

13 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio 500 e = 0, e = 0,530 Modulo di taglio massimo, G0 (MPa) Modulo di taglio massimo, G0 (MPa) Tensione media efficace: σ' 0 (kpa) Tensione media efficace: σ' 0 (kpa) Correlazioni di letteratura per sabbie Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iw asaki 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 Dati sperimentali (S1C3) Dati sperimentali (S1C6) Dati sperimentali (S1C8) Dati sperimentali (S1C9) Dati sperimentali (S4C3) Correlazioni di letteratura per sabbie Hardin e Black (1968) sabbie arrotondate Hardin e Black (1968) sabbie angolari Hardin e Drnevich (1972) tutte le sabbie Iw asaki 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 Dati sperimentali (S1C1) Dati sperimentali (S1C2) Dati sperimentali (S3C1) Dati sperimentali (S3C2) Dati sperimentali (S4C1) Figura Valori sperimentali del modulo di taglio iniziale G 0 con la tensione media efficace σ 0 rispetto alle più note correlazioni di letteratura per e = (a) ed e = (b) G/G c 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) D [%] γ [%] γ [%] Figura 10.5 Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G 0,(a) e del rapporto di smorzamento D (b)al variare della deformazione di taglio γ. 271

14 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio RC TTC TX RC TTC TX G/G c G/G0 [MPa] c γ [%] Figura Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G 0,, al variare della deformazione di taglio γ ottenute per lo stesso campione, S3C1 (a) e S3C2 (b), con differenti tipi di prove. 1.2 γ [%] 1 TTC (S3C2) TX (S3C2) TX (S1C1) TTC (S1C1) 0.8 G/G γ [%] Figura Valori sperimentali del modulo di taglio G normalizzato rispetto al valore a piccole deformazioni, G 0 al variare della deformazione di taglio γ, ottenuti alla stessa profondità (18.30 m) per due campioni estratti in due sondaggi a pochi metri di distanza (S1C1 e S3C2). 272

15 PIEVE FOSCIANA Par Elaborazione ed analisi dei risultati delle prove di laboratorio Tabella 10.2 Valori dei parametri delle equazioni di Yokota et al. (1981) α β R 2 η λ R 2 Arg alt Arg comp Le curve G/G o -γ e D-γ ottenute con i suddetti parametri sono riportate nelle Figure 10.8 insieme a quelle già precedentemente ricavate per lo stesso tipo di materiale dai risultati delle prove di laboratorio eseguite sui siti di Castelnuovo Garfagnana e San Romano CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DELLE FORMAZIONI Nonostante l esiguità dei dati sperimentali in sito disponibili vi sono elementi sufficienti 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 sperimentali 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 profondità, riportato in Figura 10.9 a, mentre non sono disponibili misure sperimentali di laboratorio che consentano di determinare analogamente a quanto fatto per gli altri materiali, delle curve sperimentali G/G 0 -γ e D-γ, per cui, tra le curve disponibili in letteratura, è stata scelta quella ritenuta più adeguata al tipo di materiale (Figura 10.9 b e c), proposta da Rollins et al. (1998) ed espressa dalle equazioni (7.7). Per quanto riguarda le argilliti, non potendo le prove SASW comunque arrivare a profondità elevate senza compromettere l affidabilità dei risultati, è stato deciso di adottare i profili di V s, V p, G 0 e del coefficiente di Poisson ν già stimati, sulla base delle misure in sito, (Figura 7.9) effettuate sulle argilliti già incontrate e sudiate nei siti di Castelnuovo Garfagnana, peraltro a non molta distanza dal sito esaminato e appartenenti alla stessa formazione geologica. Come curve G/G 0 -γ e D-γ sono state scelte quelle ricavate col modello di Yokota, sulla base dei dati sperimentali (Figura 10.8). 273

16 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni arg(pieve) arg (San Romano) arg (Castelnuovo) G/G0 0.6 D [%] γ [%] Figura Curva G/G 0 γ e D - γ ricavate col modello di Yokota et al. (1981) sulla base di dati sperimentali ottenuti, per lo stesso materiale, nei differenti siti esaminati in Garfagnana. γ [%] Vs [m/s] 1.0 Profondità [m] Modulo di taglio normalizzato G/Gmax Rapporto di smorzamento, D [%] 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 Deformazione di taglio, γ [%] 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 Deformazione di taglio, γ [%] Figura 10.9 Profilo medio della velocità delle onde S, V s, ricavato sulla base dei risultati delle prove SASW (a) e curve G/G 0 γ (b) e D - γ (c) di letteratura proposte per la formazione ct/mg 274

17 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni 10.7 RISULTATI DELL ANALISI DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE Il modello proposto dal codice PROSHAKE è stato applicato al sito 1, adottando due differenti modelli: nel primo si è assunto che la copertura sia costituita da ciottoli di macigno e da uno strato di argilliti alterate, e che il bedrock, costituito dalle argilliti compatte, si trovi a una profondità di 15 m dal p.c.; nel secondo invece, non essendo stato trovato sperimentalmente il bedrock, da un punto di vista sismico (cioè con velocità di Vs, superiori a 800 m/s) e sapendo, da precedenti studi geofisici, che intorno agli 80 m di profondità è presente un basamento di macigno, è stata ipotizzata una copertura di spessore pari a 80 m, comprendente lo strato di ct/mg superficiale (di spessore pari a 9 m), lo strato di argilliti alterate e poi quello di argilliti compatte, mentre il bedrock, costituito dal macigno, è stato ipotizzato a 80 m dal p.c. I parametri assegnati per la caratterizzazione geometrica e geotecnica del sito (velocità delle onde S, V s, peso per unità di volume, γ, spessore, z, curva G/G o -γ e D-γ per ciascun strato in cui il deposito viene suddiviso) sono nel primo caso quelli ricavati sulla base delle indagini sperimentali (eccetto che per le curve G/G o -γ e D-γ relative ai ciottoli di macigno, scelte tra le curve di letteratura, per la profondità del bedrock, che è stata stimata a 15 m, e per il valore di velocità attribuito, che, ritenuto troppo basso, 520 m/s, è stato assunto pari a 700 m/s sulla base dei valori già ricavati per le argilliti di Castelnuovo e in corrispondenza dell altro sito esaminato a Pieve Fosciana). Nel secondo caso è stato adottato il profilo sperimentale delle velocità delle onde S, fino alla profondità effettivamente investigata (12 m), quindi è stato ipotizzata la presenza di un substrato di macigno, alla profondità di 80 m, ed è stato attribuito allo strato di argillite un andamento medio di V s ricavato sulla base delle misure DH sullo stesso materiale negli altri siti di Castelnuovo Garfagnana, mentre è stato attribuito al macigno come peso di volume, V s e come curve G/G o -γ e D-γ, quelli ricavati sperimentalmente sullo stesso materiale nel sito 1 di Castelnuovo Garfagnana. I dati di input adottati nei due casi sono riassunti nelle Tabelle 10.3 e L input sismico utilizzato è rappresentato dall accelerogramma di riferimento su roccia definito per i Comuni della Garfagnana 275

18 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni Tabella 10.3 Dati di input geotecnici adottati per l analisi della risposta sismica locale effettuata nel sito 1 di Pieve Fosciana (caso 1) Terreno Prof. [m] 0.0 N strato Spessore [m] γ [kn/m 3 ] G 0 [Mpa] G/G 0 -γ, D-γ ct/mg arg alt Bedrock > Inf Rollins et al. (1998) Yokota et al. (1981) Tabella 10.4 Dati di input geotecnici adottati per l analisi della risposta sismica locale effettuata nel sito 1 di Pieve Fosciana (caso 2) Terreno Prof. [m] 0.0 N strato Spessore [m] γ [kn/m 3 ] G 0 [Mpa] G/G 0 -γ, D-γ ct/mg arg alt arg comp Bedrock > Inf Rollins et al. (1998) Yokota et al. (1981) Yokota et al. (1981) In Figura sono riportati gli spettri di risposta elastici calcolati in superficie (con smorzamento strutturale del 5 %) nei due casi esaminati per il medesimo sito, adottando come input sismico l accelerogramma di riferimento, e confrontati coi rispettivi spettri determinati alla base. Si può osservare che gli spettri di risposta, relativi alle due soluzioni adottate, forniscano risultati confrontabili, sia in superficie che alla base del deposito, 276

19 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni soprattutto in termini di periodo fondamentale (intorno a 0.3 s in entrambi i casi), mentre la massima accelerazione spettrale risulta lievemente maggiore (di circa il 10%) nell ipotesi di bedrock a 80 m rispetto al caso invece di bedrock più superficiale. Ciò porterebbe a pensare che, in presenza di uno strato di argillite di elevato spessore e comunque abbastanza rigido (con elevati valori di V s ), considerare il bedrock a 15 m, al tetto dello strato, dove è stato ipotizzato, o a 80 m di profondità alla base di tale strato (dove probabilmente è situato) non influisce molto sulla risposta sismica del deposito Accelerazione spettrale [g] Periodo [s] Figura Spettri di risposta elastici calcolati in corrispondenza del sito 1 in superficie (linea continua) e alla base del deposito (linea tratteggiata), nel caso di bedrock a 15 m (soluzione 1,colore viola) e a 80 m (soluzione 2, colore blu) di profondità. Comunque in entrambi i casi l amplificazione rispetto alla base del deposito risulta elevata, con un fattore di circa 2.6 in corrispondenza della massima accelerazione. Gli spettri di risposta così ottenuti sono stati poi confrontati con quanto previsto dalla normativa italiana, in termini di spettro di progetto, e quanto previsto dall Eurocodice e dalla normativa francese in termini di spettro di risposta elastico normalizzato. 277

20 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni In particolare calcolando, per i due siti, lo spettro di progetto corrispondente a quello considerato nella normativa italiana (ottenuto dallo spettro di risposta elastico dividendolo per un fattore di duttilità circa pari a 5), si può osservare (Figura 10.11) che lo spettro di progetto previsto per i comuni classificati sismici di seconda categoria, risulta eccessivamente cautelativo per periodi maggiori di 0.48 s, mentre non garantisce una protezione adeguata in un ampio intervallo (che è anche quello di maggiore interesse dato il tipo di costruzioni che si trovano in quest area) con periodi compresi tra 0 e 0.4 s, con amplificazioni massime che raggiungono valori di 5 nel caso di bedrock profondo e 4.4 nel caso di bedrock più superficiale Accelerazione spettrale [g] Normativa Italiana II II Periodo [s] Figura Spettri di progetto ricavati per ciascuno dei due casi analizzati (linea viola, soluzione 1; linea blu, soluzione 2) e confrontati con gli spettri di progetto proposti dalla normativa italiana per la prima e la seconda categoria sismica Qualora invece si consideri lo spettro di progetto più cautelativo previsto dalla normativa, il campo non protetto si restringe all intervallo s e con amplificazioni di

21 PIEVE FOSCIANA Par Caratterizzazione geotecnica delle formazioni Il confronto è poi stato ripetuto in termini di spettri di risposta elastici normalizzati (con smorzamento strutturale del 5%), con lo spettro previsto dall Eurocodice per i terreni di classe A (scelto in base alle caratteristiche geotecniche dei terreni sottostanti i tre siti, indicate in Tabella 4.3) e con lo spettro S1 previsto dalla normativa francese (SP92), scelto in sulla base delle caratteristiche stratigrafiche e geotecniche di siti (indicate nelle Tabelle 4.5 e 4.6). I risultati ottenuti (Figura 10.12) sono più confortanti, rispetto alla normativa italiana, in quanto sia l Eurocodice che la SP 92 offrono per tale sito una protezione, anche eccessiva, per periodi inferiori a 0.20 s e superiori a 0.35 s, invece per valori del periodo intermedi, l amplificazione massima risulta di Accelerazione spettrale normalizzata EC 8 (A) SP 92 (S1) Periodo [s] Figura Spettri di risposta elastici normalizzati (con smorzamento del 5%) ricavati per ciascuna delle due soluzioni considerate (linea viola, soluzione 1; linea blu, soluzione 2) e confrontati con i corrispondenti spettri proposti dall Eurocodice (EC8) e dalla normativa francese (SP 92) 279

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