NODO DI INTERSCAMBIO STURA

REGIONE PIEMONTE PROVINCIA DI TORINO COMUNE DI TORINO NODO DI INTERSCAMBIO STURA PROGETTO ESECUTIVO RELAZIONE GEOTECNICA Indice: 1 PREMESSA...2 2 descrizione dell area e dell intervento... 2 3 INDAGINE GEOTECNICA... 3 4 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA... 4 4.1 Densità relativa... 4 4.2 Angolo di resistenza al taglio... 6 4.3 Spinta delle terre... 6 4.4 Livello acquifero... 6 4.5 PARAMETRI DI DEFORMABILITà... 7 5 CAPACITA PORTANTE E CEDIMENTI... 7 5.1 Capacità portante... 7 5.2 CEdimenti... 10 5.2.1 Limiti ammissibili... 10 5.2.2 Stima dei cedimenti indotti... 11 5.2.2.1 Approccio di Burland, Broms e De Mello, 1977... 11 5.2.2.2 Approccio di Burland e Burbidge... 12 5.2.2.3 Considerazioni finali sul calcolo dei cedimenti... 13 5.2.3 Considerazioni finali sulla capacità portante ammissibile... 14 1

1 PREMESSA La presente relazione viene redatta ai fini della individuazione delle problematiche legate agli aspetti più strettamente geotecnici, e quindi progettuali, che fanno capo alla scelta tipologica ed al dimensionamento delle fondazioni per il nuovo centro di interscambio Stura alla periferia est della città in prossimità dell inizio dell autostrada per Milano. Il rapporto si sviluppa sulla definizione dei seguenti aspetti: inquadramento generale della struttura indagine geotecnica caratterizzazione geotecnica scelta tipologica e dimensionamento delle fondazioni con verifiche di capacità portante e valutazione dei cedimenti. Il rapporto viene redatto sulla base delle indicazioni della vigente normativa nazionale del settore rappresentata dai seguenti testi: D.M. 11.03.1988, Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione Circolare del Ministero dei Lavori Pubblici del 24.09.88 n 30483, Istruzioni relative alle Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l esecuzione ed il collaudo delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione Ordinanza 20.03.2003 n 3274 del Presidente del Consiglio dei Ministri, Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica e successive ordinanze. 2 DESCRIZIONE DELL AREA E DELL INTERVENTO All interno del progetto Movicentro promosso dall Assessorato ai Trasporti della Regione Piemonte è stato individuato nella zona nord-est della città in prossimità della stazione ferroviaria di Stura un ambito che, per la presenza di importanti infrastrutture di trasporto su gomma e su ferro, ha tutte le prerogative per diventare un nodo intermodale: si tratta dell ingresso nord della città, ove l autostrada Torino Milano si innesta sulla rete viaria urbana, che in quella zona ha i propri assi portanti in corso Giulio Cesare e corso Vercelli. Più nel dettaglio, l area in cui sono previsti gli interventi illustrati nel paragrafo dedicato al progetto è divisa in due zone dal viadotto dell autostrada A4 TO-MI che l attraversa con una angolazione di circa 45 lungo l asse Nord-Sud. Essa è così delimitata: a Nord la linea ferroviaria Torino-Milano, scavalcata dal viadotto autostradale; 2

a Sud corso Romania; ad Ovest il gruppo di case Snia; ad Est un area privata attualmente ricoperta da una fitta pineta. Il terreno dell area in questione è pianeggiante (quota approssimativa 220 m.s.l.m.). L area è inoltre attualmente attraversata dalla bealera della Mariannina, un fosso che provenendo da nord, sottopassa intubato la ferrovia, ritorna a cielo aperto in prossimità del cavalcavia autostradale, lambisce le strutture e le scarpate di quest ultimo e si intuba di nuovo in prossimità del terreno adiacente la caserma dei vigili del fuoco. Le opere previste sono volte in primo luogo: alla realizzazione di una superficie esterna sistemata in modo tale da interconnettere tra loro gli accessi pedonali delle tre infrastrutture di trasporto interessate; a consentire l attraversamento dell area in modo confortevole mediante un sistema di protezione del percorso pedonale dagli agenti atmosferici; a consentire l attraversamento di tale superficie in sicurezza e mediante opere specifiche quali quelli riguardanti i rischi connessi al ribaltamento di automezzi transitanti sull autostrada To-Mi. Da un punto di vista geotecnico l intervento che si va a realizzare è costituito da una serie di opere che si sviluppano planimetricamente su un ampia area senza che si debba ricorrere a piani interrati e con elevazioni modeste che consentono un contenimento dei carichi verticali al piede, grazie anche all utilizzo di strutture leggere. 3 INDAGINE GEOTECNICA Non si è ritenuto di procedere alla realizzazione di una indagine geotecnica dedicata in quanto sono stati resi gentilmente disponibili da parte di GTT i dati relativi ai sondaggi realizzati per la progettazione dell adiacente parcheggio multipiano. Pertanto l intero dimensionamento del nodo Stura viene condotto sulla scorta di quelle informazioni che si ritengono congrue alla luce della similarità morfologica e geologica tra i due siti oltre che alla loro vicinanza. L indagine GTT cui si fa riferimento è stata condotta realizzando due perforazioni a rotazione e carotaggio continuo della lunghezza di 20 m con realizzazione di prove SPT in entrambi i fori per la valutazione del grado di addensamento dei terreni e con la contemporanea esecuzione di due prove di permeabilità di tipo Lefranc e predisposizione di un piezometro all interno di uno dei due fori per il rilievo della falda. Con riferimento alle stratigrafie dei due fori risulta la seguente sequenza litologica: strato S1 superficiale formato da materiale limoso argilloso e riporto con potenza variabile fino ad un massimo di 3 m rispetto al piano campagna strato S2 profondo costituito da sabbie e ghiaie alluvionali piuttosto addensate. Per quanto riguarda le prove penetrometriche dinamiche si sono ottenuti i seguenti risultati: 3

Profondità [m] Foro S1 Foro S2 3.00 100 64 6.00 72 79 9.00 68 64 12.00 62 100 15.00 65 70 18.00 100 71 I valori pari a 100 sono convenzionalmente riferiti al rifiuto della punta. Non sono disponibili informazioni di tipo penetrometrico circa lo strato più superficiale che comunque non riveste alcuna importanza dl punto di vista geotecnico e dovrà sempre e comunque essere necessariamente attraversato. Si può notare dai risultati delle prove che il materiale costituente lo strato S2 è molto addensato e presenta ottime caratteristiche di resistenza e scarsa deformabilità. I valori dell indice debbono comunque essere analizzati con spirito critico a causa della notevole influenza sui risultati dovuta alla presenza dei ciottoli. 4 CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA Il completamento dell indagine ha consentito di accertare la prevedibile ottima omogeneità dei terreni di fondazione su tutta l area interessata dall intervento a partire dal livello S2. In definitiva ci si trova di fronte ad un area interessata completamente da depositi alluvionali piuttosto grossolani fortemente addensati: materiali quindi che presentano ottime caratteristiche di resistenza meccanica e scarsa deformabilità. Sulla base di queste considerazioni si procede ora ad una più completa caratterizzazione degli strati di terreno rinvenuti. 4.1 DENSITÀ RELATIVA Il primo passo da compiere per la caratterizzazione di questo tipo di terreni consiste nella valutazione della densità relativa, cioè del grado di addensamento del materiale in sito. Esistono infatti terreni grossolani non coesivi che sono scarsamente addensati e che pertanto mal si prestano all essere utilizzati come base di appoggio per costruzioni. La stima del grado di addensamento è stata eseguita sulla scorta del diagramma di Gibbs e Holtz (figura allegata) che lega i valori di indice penetrometrico con la tensione efficace in sito e consente di stimare la densità relativa del materiale. 4

I valori ottenuti possono essere riassunti nella seguente tabella (valori medi da indice penetrometrico sui due sondaggi): Foro Profondità di riferimento [m] Densità relativa percentuale S1 S2 3 6 > 90 6 9 > 90 9 12 > 90 12 15 90 15 18 90 Considerati i risultati medi rilevati nei due fori si ritiene di poter assumere per la stima dei parametri di resistenza un valore di densità relativa pari a 90 %, mediamente rappresentativo 5

del grado di addensamento dei depositi indagati. I valori più elevati vengono infatti trascurati in quanto verosimilmente inficiati dalla presenza dei ciottoli decimetrici che tendono ad arrestare la punta nel foro. 4.2 ANGOLO DI RESISTENZA AL TAGLIO La letteratura geotecnica specialistica fornisce molte correlazioni che consentono di passare dal grado di addensamento del materiale, e cioè dalla sua densità relativa, alla valutazione quantitativa dei suoi parametri di resistenza e deformabilità: il più importante parametro di resistenza è costituito dall angolo di resistenza al taglio in condizioni di picco ed in condizioni residue a volume costante. La stima dei valori di picco può avvenire attraverso una serie di relazioni ed in questa occasione si è adottata quella proposta da NAVFAC. Per valori di densità relativa intorno a 90 % si ottengono i seguenti parametri di resistenza: angolo di resistenza al taglio in condizioni di picco: 44 gradi; angolo di resistenza al taglio in condizioni di volume costante: 35 gradi. 4.3 SPINTA DELLE TERRE Non ci sono problematiche legati a scavi e pertanto non viene trattata la scelta dei parametri di spinta dei terreni. 4.4 LIVELLO ACQUIFERO Per quanto riguarda il livello dell acquifero i dati disponibili sono relativi ai rilievi eseguiti durante l indagine geotecnica che hanno dato valori di soggiacenza medi pari a 7.5 m dal piano campagna. Tuttavia al momento della redazione di questo rapporto è stato verificato in sito, visitando i cantieri GTT già aperti, che il livello di falda si trova a profondità inferiori rispetto a quelle riscontrate nel corso dell indagine geotecnica: ai fini del dimensionamento delle fondazioni si ritiene pertanto di assumere che il livello di falda possa risalire fino a 3 4 m dal piano campagna, influenzando di fatto la portanza del terreno di fondazione. Per accertare la permeabilità dei terreni di fondazione sono anche state realizzate prove di tipo Lefranc che hanno dato i seguenti risultati: Foro Profondità di riferimento [m] Permeabilità [m/s] S1 6.00 0.64e-3 S1 9.00 0.42e-3 6

4.5 PARAMETRI DI DEFORMABILITÀ Il valore del modulo elastico è ottenuto in funzione dei valori della pressione geostatica verticale efficace σ' vo e del grado di addensamento dei terreni sulla base delle indicazioni di Janbu [1967]: E = m (σ' vo p' a ) 0.5 Dove m è un coefficiente che è funzione del tipo di terreno e del grado di addensamento e p a la pressione di riferimento pari a 100 kpa. Sulla base dell esperienza e dei dati di letteratura m può assumere i seguenti valori: 0.02 Dr m = 70 * e limi 0.02 Dr m = 110 * e sabbie 0.02 Dr m = 1700 * e ghiaie Utilizzando queste formule si ottengono valori di modulo elastico che per materiali ghiaiosi possono essere stimati intorno a 100 120 MPa per valori di N SPT variabili tra 70 e 80 colpi. 5 CAPACITA PORTANTE E CEDIMENTI Si procede alla valutazione della capacità portante ammissibile del terreno ed alla stima dei cedimenti indotti dai nuovi carichi: in questo secondo caso si preferirà operare con metodi empirici di stima dei cedimenti legati ai casi reali di fondazioni strumentate, piuttosto che passare attraverso la stima, sempre difficile in assenza di sofisticate prove in questo caso non realizzate, dei parametri di deformabilità dei vari strati. Sia per la valutazione della capacità portante che per la stima dei cedimenti si è utilizzato un software di calcolo che computa direttamente la portanza in fase di verifica ed i cedimenti in fase di esercizio. 5.1 CAPACITÀ PORTANTE Il terreno rinvenuto presenta caratteristiche meccaniche ottimali per l adozione di fondazioni superficiali di tipo diretto a plinto purchè venga raggiunto lo strato di base granulare grossolano localizzato ad una profondità massima di 3 m dal piano campagna ed è pertanto su questa tipologia di intervento che vengono fornite le indicazioni progettuali e viene eseguito il dimensionamento. La valutazione della capacità portante è condotta sulla base della usuale formula di Brinch Hansen che viene qui di seguito riportata: q lim = 0.5 γ c B' N γ s γ i γ b γ g γ + c' N c s c d c i c b c g c + q' N q s q d q i q b q g q 7

Con il seguente significato per ognuno dei fattori sopra riportati: fattori di capacità portante Nc N γ N q (N q -1) cotφ' 2(N q +1) tanφ' tan 2 (45+φ'/2) e π tanφ' fattori correttivi forma s c s γ s q approfondimento d c 1+0.2 k P (B'/L') 1+0.1 k P (B'/L') 1+0.1 k P (B'/L') d q -[(1-d q )/(N c tanφ')] d q 1+[2 (D/B') tanφ' (1-sinφ') 2 ] per D/B' <1 inclinazione carico i c i γ i q Inclinazione fondazione 1+[2 tanφ' (1-sinφ') 2 tan -1 (D/B') ] per D/B'>1 i q -[(1-i q )/(N c tanφ')] [1-(H/(N+B'L' c' cotφ'))] (m+1) [1-(H/(N+B'L' c' cotφ'))] m m= [2+(B'/L')]/[1+(B'/L')] b q (1-α tanφ') 2 b γ (1-α tanφ') 2 b c inclinazione piano campagna b q -[(1-b q )/(N c tanφ')] g q (1-tanω) 2 g γ (1-tanω) 2 g c g q -[(1-g q )/(N c tanφ')] 8

Il valore della portata ammissibile viene successivamente ricavato sulla base della formula qui di seguito riportata utilizzando un coefficiente di sicurezza pari a 3 come da prescrizioni normative: q amm = (q lim q ) / FS + q dove: q è la pressione efficace alla quota di imposta della fondazione FS è il coefficiente di sicurezza pari a 3. Applicando la formula di Brinch-Hansen si ottengono i seguenti valori di portata ammissibile sulla base di dimensioni variabili della fondazione: B = 1,00 (m) D L 1,00 2,00 4,00 8,00 1,00 380 330 305 293 2,00 579 504 467 448 3,00 776 675 625 600 4,00 928 808 748 717 B = 2,00 (m) D L 2,00 4,00 8,00 16,00 1,00 451 392 362 347 2,00 625 544 503 483 3,00 815 709 656 630 4,00 967 842 779 747 B = 3,00 (m) D L 3,00 6,00 12,00 24,00 1,00 522 453 419 402 2,00 689 599 554 532 3,00 867 754 697 669 4,00 1015 883 817 784 B = 4,00 (m) D L 4,00 8,00 16,00 32,00 1,00 597 518 478 458 2,00 753 655 605 581 3,00 936 814 753 722 4,00 1070 931 861 826 9

Essendo: B la dimensione minima della fondazione L la dimensione ortogonale D l approfondimento della fondazione nel terreno. Si noti che i risultati ottenuti sono validi per: approfondimento della fondazione pari a 1 m minimo assenza di sforzi taglianti o flettenti significativi al piede, che richiedono verifiche mirate noti i carichi di progetto. Infine tali valori debbono essere coniugati con le considerazioni legate alla deformabilità dei terreni ed al contenimento dei cedimenti, assoluti e differenziali. 5.2 CEDIMENTI Vengono trattati i limiti di cedimento da imporre alla nuova struttura, in funzione delle sue caratteristiche di rigidezza e dei valori normativi attualmente vigenti. 5.2.1 Limiti ammissibili Nel caso dei terreni non coesivi il dimensionamento delle fondazioni avviene generalmente sulla base dei cedimenti ammissibili della struttura prima ancora che sui valori di capacità portante ricavati con la formula di Brinch-Hansen: la rottura per taglio del terreno è infatti poco probabile per gli usuali livelli tensionali, se non in presenza di plinti di dimensioni molto ridotte con carichi elevati ed in prossimità del piano campagna. È quindi interessante richiamare alcuni concetti fondamentali riguardanti l'ammissibilità dei cedimenti delle fondazioni di manufatti ove la struttura portante sia rappresentata dal tradizionale complesso travi-solette in cemento armato o di strutture similari. Al fine di porre dei limiti bisogna stabilire quali sono i valori di massimo cedimento, assoluto e differenziale, che si verificheranno nel terreno a seguito dell'incremento tensionale prodotto dai nuovi carichi e se questi valori sono compatibili con la deformabilità delle sovrastrutture. In altri termini bisogna valutare l'interazione terreno-struttura e una soluzione corretta può essere ottenuta solamente attraverso una onerosa modellazione numerica di tipo FEM o simili. Di grande importanza è ovviamente la stima del tempo di decorso dei cedimenti nel tempo: tale parametro è infatti funzione delle caratteristiche di permeabilità dei terreni e quindi della loro curva granulometrica. L'approccio generalmente seguito prevede di adottare delle limitazioni del cedimento assoluto e della distorsione angolare ammissibile in funzione del tipo di struttura considerata. Di norma, per strutture in cemento armato, si accetta in letteratura un cedimento massimo di 30 mm, mentre l'eurocodice 7, che costituirà a breve la normativa geotecnica europea, propone un limite di 25 mm. È a quest'ultimo valore che si farà nel seguito riferimento per la definizione progettuale della capacità portante. In questo modo anche i cedimenti differenziali della struttura saranno contenuti entro i limiti ammissibili. 10

Ovviamente nel caso in cui ci si trovi di fronte a strutture di tipo prefabbricato, che comportano generalmente la presenza di vincoli isostatici, i valori di cedimento ammissibile potranno anche essere superiori, ben inteso ove accettati nel contesto globale dell insieme struttura portante strutture di completamento, previa discussione con lo strutturista. 5.2.2 Stima dei cedimenti indotti L'impossibilità di misurare la compressibilità dei terreni granulari non coesivi per una profondità significativa impone un approccio di tipo empirico. Al fine di ovviare alle evidenti incertezze che tale scelta impone, il calcolo è stato svolto con due differenti metodi, tra i più utilizzati tra quelli riportati nella letteratura tecnica del settore. E inoltre importante osservare che il decorso dei cedimenti in terreni con queste caratteristiche granulometriche è sostanzialmente contemporaneo al crescere dei carichi grazie alla elevata permeabilità che consente una rapida dispersione delle pressioni interstiziali generate nei pori dal crescere dei carichi. Questo fatto rappresenta evidentemente un grande vantaggio in quanto i cedimenti si esauriscono nelle fasi preliminari della costruzione (struttura in cemento armato e messa in esercizio dei carichi permanenti) ed hanno successivamente un influenza quasi nulla nel corso della vita di esercizio della struttura stessa. 5.2.2.1 Approccio di Burland, Broms e De Mello, 1977 I valori ottenuti con questo approccio sono desunti da un grafico in cui sono condensati i risultati delle osservazioni di centinaia di casi reali (Figura a lato). Anche con questo metodo si osserva come il valore di capacità portante ammissibile sia effettivamente dettato dalla limitazione dei cedimenti, prima ancora che dalla resistenza al taglio del terreno. Per la stima dei cedimenti si è fatto riferimento alla curva di materiali addensati. Con riferimento ai valori di portanza ammissibile precedentemente calcolati è possibile proporre la seguente tabella che riporta, per valori medi delle dimensioni della fondazione, i cedimenti stimati con questo metodo: 11

Dimensione della fondazione quadrata [m] Portata ammissibile calcolata [kpa] Cedimento stimato [mm] 1 380 11.40 2 451 18.04 3 522 26.10 4 597 32.84 5.2.2.2 Approccio di Burland e Burbidge Il metodo consente una stima del valore del cedimento s di una fondazione rettangolare in terreni granulari ed è basato su correlazioni statistiche che legano i valori di cedimenti calcolati con quelli verificatisi in oltre 200 casi reali. La formula di riferimento è la seguente: ' ' ( ) q σv0 max a ' σv0 max af s = fs fh ft + f 3 dove: f s, f H e f t sono coefficienti legati, rispettivamente: alla forma della fondazione, allo spessore dello strato comprimibile al di sotto della fondazione e al tempo per il quale si vuole calcolare il cedimento a f è un coefficiente che correla statisticamente i valori di N spt misurati con un indice di compressibilità σ' v0 max è la pressione di sovraconsolidazione (valutata attraverso il valore del grado di sovraconsolidazione, OCR) Essendo il calcolo dei cedimenti basato su correlazioni statistiche, è possibile associare al cedimento una probabilità. Tale valore di probabilità indica la percentuale di cedimenti che statisticamente supererebbero il valore calcolato (di default viene fornito il valore associato a p = 50%). I risultati che si ottengono con l applicazione della formula di Burland e Burbidge possono essere così riassunti: 12

Fondazione quadrata di larghezza 1 m Cedimento immediato [cm] Cedimento a t 30 anni [cm] Cedimento totale [cm] Probabilità 50 % 0,1 0,1 0,2 Probabilità 30 % 0,2 0,1 0,3 Fondazione quadrata di larghezza 2 m Cedimento immediato [cm] Cedimento a t 30 anni [cm] Cedimento totale [cm] Probabilità 50 % 0,2 0,2 0,4 Probabilità 30 % 0,3 0,2 0,5 Fondazione quadrata di larghezza 3 m Cedimento immediato [cm] Cedimento a t 30 anni [cm] Cedimento totale [cm] Probabilità 50 % 0,3 0,2 0,5 Probabilità 30 % 0,5 0,2 0,7 Fondazione quadrata di larghezza 4 m Cedimento immediato [cm] Cedimento a t 30 anni [cm] Cedimento totale [cm] Probabilità 50 % 0,5 0,2 0,7 Probabilità 30 % 0,7 0,3 1,0 5.2.2.3 Considerazioni finali sul calcolo dei cedimenti La stima dei cedimenti deve comunque essere riguardata come indicativa a causa dei seguenti fattori: i metodi proposti sono stati sviluppati per terreni sabbiosi, molto differenti da quelli qui incontrati: d altra parte per terreni con caratteristiche più francamente grossolane come quelli che sono stati rinvenuti qui ed in assenza di prove geotecniche di laboratorio (peraltro non facilmente realizzabili) si ritiene congruente il metodo di calcolo utilizzato; l'esperienza su casi in vera grandezza sui quali si è proceduto alla strumentazione delle fondazioni dimostra come il metodo di Burland et al. rappresenti una sorta di limite superiore a quanto effettivamente si verifica nella realtà; i cedimenti stimati con i due metodi sono da ritenersi congruenti, alla luce anche delle considerazioni teoriche alla base dei due diversi metodi utilizzati, ricordando a questo proposito che il secondo metodo tratta la stima dei cedimenti in modo statistico. 13

In assenza di indicazioni più precise e delle incertezze nella stima e nell'interpretazione dei parametri caratteristici del terreno si ritiene che i calcoli prodotti in questa sede siano conformi agli scopi proposti. 5.2.3 Considerazioni finali sulla capacità portante ammissibile Alla luce delle stime sui valori di cedimento e sulle considerazioni generali sopra riportate sull argomento per quanto concerne i valori di capacità portante ammissibile da adottare nelle calcolazioni finali di dimensionamento delle fondazioni si ritiene di proporre la seguente tabella riassuntiva valida per fondazioni quadrate e nastriformi: Dimensione della fondazione [m] Fondazione quadrata [kpa] Fondazione nastriforme [kpa] 1 380 293 2 451 347 3 522 402 4 550 458 Si ricorda che tali valori di portanza sono da ritenersi validi nell ipotesi di raggiungimento dello strato ghiaioso che è stato localizzato ad una profondità massima pari a 3 m: si precisa peraltro che lo strato ghiaioso è rinvenuto mediamente ad una profondità di circa 1.5 m e che le situazioni relative alle profondità maggiori risultano per quanto noto dall indagine geotecnica condotta - localizzate ad aree limitate. 14