COMUNE DI MENTANA ROMA

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1 COMUNE DI MENTANA ROMA di Abballe NUOVO ISTITUTO COMPRENSIVO VIA BRUNELLESCHI DOWN-HOLE

2 INDICE 1.0 DESCRIZIONE DELLE ATTIVITÀ SVOLTE DESCRIZIONE E FINALITA DELLA METODOLOGIA DI INDAGINE DOWN - HOLE Attrezzatura utilizzata e metodologia d esecuzione Calcolo dei tempi d arrivo Elaborazione dati Correlazione con i Moduli Elastici INTERPRETAZIONE DELLA PROVA DOWN-HOLE Analisi dei risultati della prova down-hole, e determinazione dei valori dei moduli elastici dinamici CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE... 18

3 Relazione Indagine Geofisica 1. DESCRIZIONE DELLE ATTIVITÀ SVOLTE Nella presente relazione, vengono descritte le risultanze relative alla prova di n 1 sondaggio geofisico in perforo del tipo Down Hole, eseguito su incarico della ditta TECNOGEO sas. Nel loro insieme, le procedure adottate sono state eseguite in accordo alle norme tecniche per le costruzioni del DM 14 Gennaio 2008 (ex DM 14/09/2005). In particolare sono state eseguite la seguente tipologie di indagine : -Prospezioni sismiche in foro Down Hole - SISMICA IN FORO Profondità (m) Step Letture (m) Down Hole DH_01 30,0 2,0

4 2. DESCRIZIONE E FINALITA DELLA METODOLOGIA DI INDAGINE DOWN - HOLE Mediante questa tecnica d indagine, è possibile determinare la velocità di propagazione, in senso verticale (media e d intervallo), delle onde sismiche di compressione (P) e di quelle trasversali o di taglio (S), a diverse profondità lungo l asse del foro; questa metodologia, come le altre tecniche di sismica in foro, ha il vantaggio di non avere come condizione che la velocità aumenti con la profondità (es. sismica di rifrazione superficiale), giacché si valutano i tempi d arrivo delle onde elastiche lungo la profondità del foro è sempre possibile valutare eventuali inversioni di velocità nell ambito della successione dei litotipi incontrati nella perforazione. Inoltre, la preventiva conoscenza della stratigrafia dei sondaggi ha permesso di scegliere il passo di misura più idoneo a caratterizzare anche strati aventi ridotto spessore. 2.1 Attrezzatura utilizzata e metodologia d esecuzione La strumentazione utilizzata consiste in un geofono da pozzo 3D,(tre geofoni disposti ortogonalmente tra loro) dotato di un sistema d ancoraggio pneumatico, e di un sismografo della Ambrogeo digitale con memoria incrementale. Le caratteristiche tecniche del sistema sono: -capacità di campionamento dei segnali da sec a 1sec; -sistema di comunicazione e di trasmissione del tempo zero tramite starter collegato al circuito trigger del sismografo. -Filtri High Pass e Band Reject -Automatic Gain Control -Acquisizione dati ad incremento di segnale -Convertitore A/D a 16 bit -n.1 geofono tridirezionali (di cui uno verticale e gli altri due orizzontali a 90 tra loro); -periodo proprio geofoni 10 Hz.

5 Swich Massa battente Sismografo trigger Piastra Cavo in acciaio cavo fissaggio Sistema pneumatico Geofono Ancoraggio fig. 1 L energizzazione del terreno è stata effettuata mediante massa battente, così come rappresentato in figura 1. Al fine di facilitare la generazione delle onde trasversali per la valutazione della velocità di propagazione delle onde di taglio, il terreno è stato sollecitato tangenzialmente tramite una trave di politilene, posizionata ad una distanza di 1,0 metri dall asse del foro, in modo da ridurre la dissipazione in fase d energizzazione, inoltre la registrazione delle onde di taglio per ogni campionamento, è avvenuta mediante due battute aventi opposte direzioni di impatto. Le misure sono state eseguite inserendo il geofono tridimensionale all interno del foro del sondaggio geognostico a c.c. opportunamente attrezzato, rivestito adeguatamente con un tubo PVC, mentre è stato cementato lo spazio esistente tra le pareti e il tubo di rivestimento, in modo da garantire la continuità di contatto terrenotubazione. Il passo di lettura è stato di 2,0 metri e ad ogni acquisizione i geofoni sono stati resi solidali alle pareti del foro, mediante dei pistoni ad estrazione pneumatica. Ogni campionamento è stato caratterizzato da 3 tracce sismiche, relative alla misura della terna di geofoni all interno del foro.

6 2.2 Calcolo dei tempi d arrivo I segnali sismici registrati in formato digitale sono stati analizzati nel dominio del tempo, tramite software dedicato, nella fattispecie ECHO12_ , per la stima del primo arrivo delle onde sismiche generate (P ed S). La determinazione del primo arrivo delle onde S è stata effettuata mediante la tecnica dell inversione di fase, cioè, alternando il senso di impatto alla sorgente, si evidenzia per uno stesso geofono una opposizione di fase delle onde di taglio generate, nello specifico la registrazione che viene effettuata secondo un verso di impatto, viene confrontate con la traccia relativa allo stesso geofono secondo il verso di impatto in opposizione, in tal modo si riesce distinguere una netta inversione di fase che facilita l individuazione dei tempi di arrivo delle onde S dalle onde P; Riconoscimento delle onde S mediante inversione di fase (esempio) fig Elaborazione dati L elaborazione dati consiste nella determinazione delle velocità di propagazione delle onde sismiche P e S. Tale velocità si ottiene conoscendo il tempo di arrivo dei treni d onda analizzati, la distanza tra il punto di energizzazione ed il sensore posto in foro.

7 In dettaglio, considerando la fig.1, se d è la distanza della sorgente energizzante S dall asse del perforo, z è la profondità cui è fissato il sistema di rilevazione G ed è l angolo tra la congiungente G-S e la verticale (corrispondente all asse del perforo) il tempo verticale o corretto tv, cioè il tempo di propagazione dell onda elastica secondo l asse del perforo, è uguale a : tv = t cos (1) dove t è il tempo di ricezione del primo impulso rilevato e dove è dato da : = arctan d/z (2) La correzione che si effettua con la (1), trascura le deviazioni dei percorsi dei raggi generati dalla rifrazione lungo eventuali superfici di discontinuità, approssimando le grandezze geometriche e fisiche in gioco. Tale approssimazione è tanto più accettabile quanto più deboli sono i contrasti di velocità e quanto più prossimi all asse del perforo, mantenendo costanti la profondità dei sensori e la sorgente energizzante. I tempi corretti Tv sono diagrammati rispetto alla profondità z in modo da individuare le dromocrone relative ai litotipi incontrati nella perforazione, determinandone le velocità e gli spessori. Infatti, se vi è la velocità dello strato jesimo di spessore hj e z è la profondità del geofono, posto all interno dello strato jesimo, il tempo verticale o corretto tv(z) è dato dalla seguente relazione teorica : t v z ( ) z i 1 V j 1 j h i j 1 i 1 hi V i (3) che è l equazione di una retta con coefficiente angolare pari all inverso della velocità dello strato i-esimo. Qui di seguito in vengono illustrati i grafici relativi ai tempi corretti degli arrivi Ts e Tp relativamente alle misure dei down hole eseguiti:

8 Allo scopo di avere una valutazione del grado di disomogeneità dei sismostrati riscontrati nel foro di sondaggio, si determina la velocità di intervallo vera Vi, cioè la velocità in cui viaggerebbe il fronte d onda, lungo l asse verticale, tra due posizioni

9 consecutive dell apparato geofonico; calcolando le distanze parziali sz = zn - z(n-1), e i tempi verticali parziali tv=tvn-tv(n-1) si ricava la seguente velocità intervallo: Vi = sz/tv (4) I tempi scaturiti, consentono in funzione della distanza tra il punto d energizzazione e la ricezione dei segnali, di definire, per i singoli intervalli, le velocità delle onde P (Vp) e delle onde S (Vs) (4), e di calcolare, inoltre, i rapporti Vp/Vs e Vs/Vp, per la stima del coefficiente di Poisson ( ), e con i valori di laboratorio dei pesi di volume, anche il calcolo dei moduli elastodinamici e geosismici. 2.4 Correlazione con i Moduli Elastici Il calcolo dei moduli elastici si basa sulla teoria dell elasticità, la quale prevede che per sforzi impulsivi e di piccola energia, i corpi subiscono deformazioni linearmente proporzionali alle forze che le originano. In tali condizioni ai terreni ed alle rocce si possono attribuire le proprietà dei corpi elastici e vale a dire: omogeneità, isotropia e continuità. Pertanto, per sollecitazioni impulsive e di bassa energia, terreni e rocce rispondono nel campo della la legge di Hooke: = K nella quale: = sforzo applicato = deformazione prodotta K = coefficiente di proporzionalità. K, è un generico coefficiente di proporzionalità che assume significato fisico diverso in relazione al tipo di forze applicate e deformazioni conseguenti (costanti elastiche dei mezzi).

10 Le deformazioni e le tensioni generate da un impulso sismico rispondono ai requisiti visti prima: sollecitazioni impulsive di bassa energia. Quindi, come già detto, i terreni e le rocce attraversate da onde sismiche subiscono deformazioni di tipo elastico. Tali deformazioni trovano un intrinseca corrispondenza biunivoca con le fasi P e S dell input sismico. Infatti, le velocità di propagazione delle onde sismiche variano al variare delle caratteristiche geomeccaniche e fisiche dei litotipi coinvolti e, pertanto, consentono di ottenere informazioni sulle proprietà elastiche dei mezzi attraversati. Tali parametri esprimono le caratteristiche elastiche di un corpo quando sottoposto ad uno sforzo e sono: (modulo di elasticità o di Young) esprime la resistenza alla deformazione lineare quando lo si sottopone ad uno sforzo di dilatazione o di compressione; (rapporto di Poisson) indica la misura del cambiamento geometrico in forma di un corpo elastico; G (modulo di rigidità) dà una misura del rapporto sforzo-deformazione nel caso di uno sforzo tangenziale ed esprime quindi la capacità del materiale a resistere cambiando di forma e non di volume; (modulo di incompressibilità-bulk) misura il rapporto sforzo-deformazione nel caso di una pressione idrostatica ed indica la resistenza di un corpo alle variazioni di volume.

11 3.0 INTERPRETAZIONE DELLA PROVA DOWN-HOLE I dati sismici acquisiti in campagna sono stati elaborati mediante la separazione dei singoli sismogrammi della prova down-hole, contenenti le sole registrazioni relative allo stesso scoppio e allo stesso geofono, dove è stato eseguito il controllo e il riconoscimento rispettivamente degli arrivi delle fasi P e S. Dai suddetti tempi rilevati, si sono costruiti dei grafici interpretativi, in cui sono riportate le funzioni tempo-profondità, (corrette per l offset), le funzioni velocità di intervallo profondità e l andamento del coefficiente di Poisson, del modulo di Young, del modulo di taglio. 3.1 Analisi dei risultati della prova down-hole, e determinazione dei valori dei moduli elastici dinamici. Dall analisi dei dati sismici relativi alla prova down-hole, opportunamente correlate con la colonna litostratigrafica del relativo sondaggio geognostico a c.c, è stato possibile calcolare e verificare, l andamento delle variazioni delle velocità e dei valori dei moduli dinamici lungo la verticale del foro del sondaggio e quindi di poter rilevare quanto segue: -Down Hole DH_01 Dalla lettura del grafico delle velocità intervallo-profondità è stato possibile discretizzare lungo la verticale del foro di misura un modello a n 4 sismostrati, in particolar modo a partire dalla superficie si distingue un primo sismostrato con spessore di circa 2,0 m, caratterizzato da velocità media di attraversamento delle onde P (Vp) di circa 302,56 m/s e delle onde S (Vs) di circa 99,42 m/s, valori riferibili a materiali di copertura scarsamente addensati che costituiscono l areato superficiale. A seguire si passa ad un secondo sismostrato, composto da materiali a grana medio medio-fine da poco addensati, avente uno spessore di circa 4,0 m e transitato dalle onde longitudinali (Vp) ad una velocità media di circa 574,66 m/s e dalle onde di taglio (Vs) ad una velocità media di circa di 171,27 m/s. A partire da circa 6,00 m m dal piano di campagna (p.c.) fino ad una profondità di circa 12,00 m, si rinvengono materiali della stessa natura litologica con maggior grado di

12 consistenza, dove le velocità di propagazione delle onde P (Vp) risultano essere di circa 1053,18 m/s e delle onde S (Vs) di circa 247,16 m/s. Il quarto sismostrato è compreso tra le profondità di 12,00 e 30,00 m dal p.c., ed è caratterizzato da uno notevole aumento delle velocità di transito delle onde sismiche con Vp di 1862,22 m/s e di Vs di circa 585,36 m/s, valori riferibili a materiali a grana medio fine molto consistenti. Per quando riguarda il calcolo della velocità media di attraversamento delle onde P ed S, secondo l espressione utilizzata dalle NCT 14/01/2008 lungo l intera profondità del foro, la classificazione del sito è stata ottenuta sulla base del valore Vs30 (velocità media delle onde di taglio nei primi 30 m), dato dalla seguente espressione: dove h i e Vi indicano rispettivamente lo spessore (m) e la velocità delle onde di taglio dello strato i-esimo (m/sec), per un totale di N strati presenti nei primi 30 metri superiori. In base al passo di lettura lungo il foro, si sono considerati n 15 strati con spessore di 2,0 m, ottenendo i seguenti valori Vp ,32 m/s e Vs30 299,87 m/s. Da quanto sopra esposto, ai fini della definizione della azione sismica di progetto, la categoria di suolo relativamente al piano di fondazione dei settori di studio è la C e cioè : 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 Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kpa nei terreni a grana fina).così come previsto dalla normativa vigente. DH Nuove Norme Tecniche per la Costruzione D.M. 14 Gennaio 2008 DH_01 Categ. Suolo di fondazione C Vs30 =299,87 m/s

13 Oltre a ciò, dalla determinazione del modulo di Poisson, dalla stima delle Vs e Vp, e dai valori del peso di volume, si sono calcolati i moduli elastici dinamici e geosismici, utilizzando le seguenti relazioni: Mod. di Poisson Mod. di Taglio Mod. di Incompressibilità (Bulk) Mod. di Young = 0.5(Vp/ Vs) 2-1 (Vp/ Vs) 2-1 G = Vs 2 K= (Vp 2 4/3 Vs 2 ) E= K 3(1-2 ) Di seguito vengono presentate le tabelle con i valori delle velocità medie e dei moduli dinamici calcolati, relativamente agli intervalli di campionamento ed ai diversi sismostrati individuati. A seguire i grafici relativi alle funzioni velocità-profondità, modulo di Poisson( )- profondità, modulo di Young(E)-profondità, modulo di taglio(g)-profondità. -Down-Hole DH1 (30 m) Sismostrato Velocità media Vs (m/s) Velocità media Vp (m/s) Profondità (m) I ,0 2,00 II ,00 6,00 III ,00 12,00 IV ,00 30,00

14 Velocità medie di intervallo e relativi valori dei moduli dinamici (DH1) Strato Profondità dal p.c. (m) Vs m/s Vp m/s (Mod.di taglio) G(Mpa) (Mod. di incompressibilità) K(Mpa) (Mod. di poisson) Modulo diyoung E(Mpa) 1-2, , , , , , , , , , , , , , ,

15 Valori medi ponderati dei moduli dinamici dei quattro sismostrati identificati (DH_01) Sismotrato (Mod.di taglio)-g-(mpa) (Mod. di incompressibilità)-k-(mpa) (Modulo di poisson)- Modulo diyoung-e-(mpa) Profondità (m) I ,0 2,00 II ,00 6,00 III ,00 12,00 IV ,00 30,00 14

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19 4. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE La risultanza della prova Down-Hole, mediante il calcolo dei valori di velocità delle onde longitudinali (Vp) e trasversali (Vs) e dei relativi moduli elastici dinamici, ha permesso di caratterizzare e quantificare l aspetto sismico dei terreni oggetto di studio. Dalla interpretazione della prova sismica in foro, congiuntamente ai dati del sondaggio meccanico, e dalle prove geofisiche di tipo Masw è emerso un riscontro sismo-stratigrafico abbastanza definito. Dal grafico delle velocità intervalloprofondità dei Down hole DH_01, si è discretizzato un modello a n 4 sismostrati, dove è stata eseguita una caratterizzazione geofisica delle principali caratteristiche fisiche, quali la velocità di attraversamento delle onde P ed S con i relativi valori ponderati dei moduli elastici dinamici riferiti a terreni soggetti a sollecitazioni di tipo sismico. Inoltre, è stata eseguita una quantificazione degli aspetti fisici per ogni punto di misura, e cioè per orizzonti aventi spessore di 2,0 m a partire dal piano di campagna, fino alla profondità di 30,0 m. I risultati delle indagini ha avuto un apprezzabile riscontro con le caratteristiche stratigrafiche riscontrate nel carotaggio meccanico. In osservanza al Nuovo NTC di cui al D.M. del 14 Gennaio 2008, ai fini dell azione sismica di progetto, la stima del valore del Vs30 (velocità media delle onde di taglio nei primi 30 metri), relativamente alle aree di studio delle prove Down hole, risulta essere di 299,87 m/s, ne consegue che la categoria di suolo atttribuibile al settore in tudio risulta essere la C e cioè 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 Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu,30 < 250 kpa nei terreni a grana fina) TECNOGEO Roma, Febbraio 2015