DOTT. DE NUZZO SILVIO GEOLOGO COMUNE DI BOLOGNA PROGETTO DEL NUOVO COLLEGAMENTO VIARIO TRA VIA ZANARDI E VIA ROVERETOLO PROPEDEUTICO ALLA SOPPRESSIONE DEI P.L. DI VIA ZANARDI (Km 2+535) E VIA DEL PANE (Km 2+896). PROPRIETA : RFI - COMUNE DI BOLOGNA STUDIO GEOLOGICO E SISMICO DI III LIVELLO (ai sensi della DAL n. 2193 del 2015)- Bologna 15/02/2016 Via Santa Croce, 5/c 40122 Bologna Tel. & fax 051. 524634 E-mail studio@denuzzosilvio.191.it --P.I. 03953940370--
INDICE INDICE...1 PREMESSE...2 NORMATIVA DI RIFERIMENTO...3 GEOLOGIA E MORFOLOGIA DELL AREA...4 INDAGINI SISMICHE... 10 DEFINIZIONE DEL MODELLO SISMOSTRATIGRAFICO DI INPUT... 23 DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA AL SUBSTRATO... 26 MODELLAZIONE 1D DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE... 27 VERIFICA A LIQUEFAZIONE E CEDIMENTI POST SISMA... 31 CONCLUSIONI... 35 1
PREMESSE In funzione dell'inserimento nel Piano Operativo Comunale (POC) del Comune di Bologna del progetto di collegamento viario tra la Via Zanardi e via di Roveretolo, propedeutico alla soppressione dei passaggi a livello di Via Zanardi e di Via del Pane, lo scrivente ha condotto il seguente studio geologico e sismico di III livello. L analisi è stata condotta secondo quanto riportato nell allegato A4 del DAL 2139/2015 procedure di riferimento per le analisi di terzo livello di approfondimento utilizzando come segnali di input sismico quelli forniti dalla regione (000046xa.xy, 000126xa.xy, 000354xa.xy) e come valore di ag di riferimento il valore del punto della griglia più vicino all area di studio (coordinate nodo LON 11,3175, LAT 44,5150, Aref(g) = 0,1637). Lo studio è stato condotto 1D implementato mediante il codice di calcolo EERA (J. P. Bardet, K. Ichii, and C. H. Lin). Per le curve di variazione del modulo di rigidezza a taglio G e del fattore di smorzamento D (damping ratio) in funzione della deformazione sono state utilizzate le curve riportate per i diversi materiali nel volume Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica di F. Bramerini, G. Di Pasquale, G. Naso, M. Severino; Conferenza delle Regioni e delle Province autonome Presidenza del consiglio dei ministri. Per la realizzazione del modello stratigrafico del sito si è fatto riferimento a prove geognostiche e geofisiche eseguite in sito per la redazione della Relazione Geologica, a firma dello scrivente in data 11/10/2015. In particolare: n 6 prove penetrometriche statiche meccaniche CPT; n 1 prove penetrometriche dinamica superpesante DPSH; n 1 MASW; n 1 HVSR; Inoltre si è fatto riferimento a sondaggi e a sezioni messe a disposizione dalla regione Emilia Romagna (Bologna_001, 220080P787, 220080P670 e sezione L07). L area di intervento ricade tra gli elementi CTR scala 1:5000 n 220081 e 220082. 2
NORMATIVA DI RIFERIMENTO La stesura della seguente relazione è stata effettuata in ottemperanza alle disposizioni contenute nella normativa di riferimento elencata di seguito: DGR n.2193 del 2015 Gli indirizzi per gli studi di microzonazione sismica in Emilia Romagna per la pianificazione urbanistica e territoriale aggiornamento DAL n. 112/2007. 3
GEOLOGIA E MORFOLOGIA DELL AREA L area oggetto del presente studio è ubicata a nord-ovest della città di Bologna ad una quota di circa 36 mt s.l.m.. Da un punto di vista geologico stratigrafico nell area affiorano i terreni alluvionali appartenenti all Unità di Modena (indicati dalla carta geologica regionale come AES8a). Si tratta di depositi costituiti da limi, argille, sabbie e ghiaie. L'aspetto morfologico generale è quello caratteristico di un ampia pianura alluvionale (zona di alta-media pianura), colmata, in tempi recenti, da sedimenti continentali in facies fluviale e fluvio-lacustre. La stratigrafia superficiale dell area, ottenuta attraverso l elaborazione di sei prove penetrometriche CPT e una DPSH, viene di seguito riportata. 4
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DPSH Il terreno appare costituito da terreni prevalentementi argilloso limosi con intercalati livelli sabbiosi poggianti su ghiaia. Lo spessore dello strato di ghiaia non è stato possibile definirlo in sede di esecuzione delle prove perché è risultata impenetrabile. Per maggiori dettagli fare riferimento alla relazione geologica a firma dello scrivente in data 11 Dicembre 2015. 9
INDAGINI SISMICHE Ad integrazione delle prove penetrometriche è stata eseguita una campagna d indagine sismica formata da una indagine sismica attiva tipo MASW e da una indagine sismica passiva tipo HVSR. Di seguito viene riportata l ubicazione delle indagini e gli elaborati. 10
METODOLOGIA D INDAGINE INDAGINE SISMICA CON METODOLOGIA MASW MODALITÀ ESECUTIVE 11
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INDAGINE SISMICA CON METODOLOGIA HVSR ELABORAZIONE DATI INDAGINE SISMICA CON METODOLOGIA MASW ANALISI DELLE IMMAGINI DI DISPERSIONE 13
INTERPRETAZIONE 14
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INDAGINE SISMICA CON METODOLOGIA HVSR 16
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PRESENTAZIONE DEI RISULTATI PROVA SISMICA MASW 19
DETERMINAZIONE DELLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO I terreni del sito appartengono alla Categoria C. 20
PROVA SISMICA HVSR 21
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DEFINIZIONE DEL MODELLO SISMOSTRATIGRAFICO DI INPUT I depositi del sito in esame possono essere considerati costituiti da una sequenza di strati piani e paralleli con superficie topografica orizzontale, per tale motivo è stato possibile affettuare le analisi assumendo un modello stratigrafico monodimensionale 1D. In tabella 1 sono riepilogate le unità sismostratigrafiche del modello preso come riferimento per l analisi di risposta sismica locale. Il modello geologico è basato sugli esiti delle prove penetrometriche CPT e sulle indagini geofisiche (una registrazione HVSR e una MASW) eseguite nell area e riportate sinteticamente nei paragrafi precedenti. Per il sottosuolo più profondo sono considerati i dati dei pozzi P670, P787 e Bologna 001 (archivio geognostica RER) e la sezione L07 pubblicata dal Servizio Geologico Sismico e dei Suoli regionale (figura 1). Tabella 1 Il modello risulta costituito da 7 sismostrati formati da sedimenti alluvionali prevalentemente argillosi (Soil material type 1 nel modello di input di EERA) e ghiaiosi (Soil material type 2) poggianti su substrato marino ad una profondità di circa 235 mt da p.c.. La profondità del substrato marino è stata desunta dal pozzo AGIP Bologna _001 distante circa 2 km dall area di interesse in direzione sud ovest. Di seguito si riporta una parte della sezione L07 con l ubicazione del pozzo P670 dal quale sono state in parte prese le informazioni circa la stratigrafia. 23
Figura 1 Per le curve di decadimento, in assenza di prove specifiche, si è fatto riferimento come premesso alle curve di decadimento tratte dalla letteratura e riportate anche dagli Indirizzi di Microzonazione sismica. In particolare per gli orizzonti prevalentemente argillosi si è utilizzata la curva di decadimento di Vucetic (P:I:=50) riportata in fig.2. 24
Figura 2 Per gli orizzonti prevalentemente ghiaiosi si è fatto riferimento alla curva di decadimento di Rollins et al 1998 fig3 Figura 3 25
DEFINIZIONE DELL AZIONE SISMICA AL SUBSTRATO L analisi è stata condotta attraverso l utilizzo dei tre accelerogrammi forniti dalla Regione Emilia Romagna identificati come 000046xa; 000126xa; 000354xa e un valori di ag di riferimento che per l area di interessa vale 0.1637 (valore del nodo più vicino all area di studio). I tre accelerogrammi di input, opportunamente adeguati alla accelerazione sismica del sito in esame, vengono mostrati di seguito. 000046xa 000126xa 000354xa 26
MODELLAZIONE 1D DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE L analisi di risposta sismica locale in 1D al p.d.c. in condizioni di free field è stata realizzata mediante il software EERA Equivalent-linear Earthquake site Response Analisys of Layered Soil Deposits, J. P. BARDET, K. ICHII, and C. H. LIN. La figura 4 illustra l interfaccia EERA relativa all inserimento dei dati secondo il modello di tabella 1. Figura 4- interfaccia grafica EERA relativa al modello sismostratigrafico considerato Le elaborazioni, svolte sui 3 accelerogrammi di riferimento, hanno consentito di valutare i coefficienti di amplificazione sismica espressi sia in termini di rapporto di accelerazione massima orizzonatale (PGA/PGA0) sia di rapporto di intensità di Housner (SI/SI0) per prefissati intervalli di tempo (tabella 2 e fig 6). Figura 5- spettri di risposta sismica locale 27
Il valore medio della PGA in superficie è risultato pari a 0,23 g, poiché il valore della PGA0 medio al bedrock è pari a 0,1637 ne consegue un fattore di amplificazione (PGA/PGA0) di 1,41. Il fattore di amplificazione locale in termini di rapporto di intensità di Housner (SI/SI0) negli intervalli di frequenza 0.1-0.5 sec, 0.5 1.0 sec e 0.5-1.5 sec (tabella 2 e fig.6), è risultato pari a: Tabella 2 Figura 6 I grafici che seguiranno (fig 7-8-9) mostrano i risultati dell andamento in profondità dello sforzo di taglio massimo, del rapporto G/G 0 e dello smorzamento per i tre accelerogrammi considerati. 28
Figura 7 000046xa Figura 8 000126xa 29
Figura 9 000354xa 30
VERIFICA A LIQUEFAZIONE E CEDIMENTI POST SISMA Si definisce liquefazione una diminuzione di resistenza al taglio e/o di rigidezza causata dall aumento di pressione interstiziale in un terreno saturo non coesivo durante uno scuotimento sismico, tale da generare deformazioni permanenti significative e persino l annullamento degli sforzi efficaci nel terreno. Possono essere coinvolti dal fenomeno della liquefazione i terreni granulari non coesivi che si trovano in falda. Il rischio di liquefazione può rivestire notevole importanza in occasione di eventi sismici. Il manifestarsi di un evento sismico di entità considerevole, quali terremoti contraddistinti da magnitudo superore a 6 gradi, di durata maggiore di 15-20 secondi e caratterizzati da accelerazioni massime al sito maggiori di 0.10 g. può causare un addensamento delle particelle solide che compongono il terreno con una rapidità che non consente il drenaggio del liquido interstiziale. Tale situazione genera un incremento della pressione dell acqua, la quale arriva ad eguagliare la pressione di confinamento, rendendo nulle le pressioni efficaci trasmesse attraverso le particelle solide, le quali, di conseguenza, perdono il contatto tra di loro e il deposito si comporta come un liquido. I terreni maggiormente suscettibili di liquefazione sono le sabbie ben cernite costituite da grani medio-piccoli. La probabilità che si manifestino fenomeni di liquefazione è bassa o nulla se è verificata almeno una delle seguenti condizioni: 1. Magnitudo attesa inferiore a 5; 2. Accelerazione massima attesa in superficie in condizioni free-field minore di 0.1g; 3. Terreni con caratteristiche ricadenti in una delle tre seguenti categorie: - frazione di fine1, FC, superiore al 20%, con indice di plasticità IP>10%; - FC 35% e resistenza (N1)60>20 oppure qc1n>95 oppure VS1>200 m/s; - FC 5% e resistenza (N1)60>25 oppure qc1n>160 oppure VS1>220 m/s 31
(N1)60, qc1n, VS1 sono i valori normalizzati dell indice NSPT della Standard Penetration Test, della resistenza di punta qc della prova CPT e della velocità di propagazione delle onde di taglio da prove geofisiche. In prima approssimazione tali valori possono essere calcolati con le seguenti equazioni: essendo pa la pressione atmosferica e σ v0 la pressione efficace litostatica verticale. 4. Distribuzione granulometrica esterna per oltre il 50% al fuso indicato in Figura 1a nel caso di materiale con coefficiente di uniformità Uc<3.5 ed in Figura 1b per coefficienti di uniformità Uc>3.5. 5. Profondità media stagionale della falda superiore ai 15 m dal piano campagna. 1 La frazione fine è definita come la frazione passante al setaccio 200 ASTM (0.074 mm) e può essere determinata con misure dirette in laboratorio o mediante relazioni empiriche. 32
<<Fasce granulometriche per la valutazione preliminare della suscettibilità alla liquefazione di terreni a granulometria uniforme (a) ed estesa (b) (AGI, 2005)>> Dall analisi delle prove penetrometriche eseguite emerge la presenza lungo le colonne stratigrafiche di livelli a composizione prevalentemente sabbiosa, tuttavia, come detto in precedenza, non è stata rilevata la presenza della falda almeno fino alle profondità indagate. Pertanto si esclude il verificarsi del fenomeno della liquefazione. Per la stima dei cedimenti post sismici in terreni coesivi, non avendo a disposizione tutti i dati relativi al calcolo, si è proceduto come segue: - è stato determinato il valore medio della deformazione di taglio massima max. alla profondità massima di 7 mt da pc. (spessore dell orizzonte argilloso) dalla risposta sismica locale per i tre accelerogrammi ed è risultato pari a circa 0.04% (Maximum Shear strain % in fig 7-8-9); - successivamente è stato ricavato il valore del rapporto di pressione interstiziale attraverso la tabella di figura 10. 33
Figura 10 Per il valore di 0.04% l ru risulta essere di circa 0.2. Poiché il valore di ru determinato è <0.3, indicato come limite dalla norma, non risulta necessario procedere al calcolo dei cedimenti post sismici. 34
CONCLUSIONI All'interno dell'area indagata, è stato condotto uno studio geologico e sismico di III livello (ai sensi del DGR. n. 2139/2015) Il valore medio della PGA in superficie è risultato pari a 0,23 g, poiché il valore della PGA0 medio al bedrock è pari a 0,1637 ne consegue un fattore di amplificazione (PGA/PGA0) di 1,41. Il fattore di amplificazione locale in termini di rapporto di intensità di Housner (SI/SI 0 ), negli intervalli di frequenza 0.1-0.5 sec, 0.5 1.0 sec e 0.5-1.5 sec, è risultato pari a: Si escudono inoltre fenomeni di liquefazione del terreno e valori dei cedimenti post sismici significativi. Bologna, 15 Febbraio 2016 35