Caratterizzazione statica e dinamica dei terreni del centro storico di Sellano P.Capilleri, M. Maugeri Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale, Università di Catania, Italia A. Cavallaro Ricercatore CNR-IBAM, Catania, Italia SOMMARIO: Gli eventi sismici che hanno colpito le regioni dell Umbria e delle Marche nel 1997-1998 rappresentano delle crisi ricorrenti nella storia sismica di quest area. Tali crisi sono caratterizzate essenzialmente da una magnitudo piuttosto moderata; tuttavia nel 1997-1998 hanno causato notevoli danni in diverse città, così come nella città di Sellano (Umbria). In questo lavoro per definire il comportamento dinamico del terreno della città di Sellano, è stata svolta un ulteriore campagna di indagini geotecniche alla fine di Gennaio 3, nella zona del paese maggiormente danneggiata. Sono stati realizzati tre sondaggi, ed effettuate prove SPT e downhole; sono stati prelevati altresì campioni indisturbati di terreno, per eseguire prove di laboratorio in campo dinamico con l apparecchiatura di colonna risonante/taglio torsionale ciclico. In particolare sono stati ricavati le leggi del modulo di taglio (G) e del rapporto di smorzamento (D) al variare della deformazione γ. ABSTRACT: The seismic events that hit the Umbria and Marche Regions in 1997-1998 represent recurrent crises in the seismic history of this area. These crises are mostly characterised by relatively moderate magnitudes; nevertheless in 1997-1998 they caused extensive damage in different towns, such as in the town of Sellano (Umbria Region). In this paper in order to define the seismic behaviour of the Sellano soil, further geotechnical investigations on the most significantly damaged zones in the Sellano built-up area was carried out, at the end of January 3. Three boreholes were made. During the boring SPT and down-hole tests were also performed and the undisturbed samples were retrieved from the boreholes. On the undisturbed samples the dynamic laboratory tests with the resonant column device were performed. In particular for Sellano soil was determined, the shear modulus (G) and the damping ratio (D) linked to the current shear deformation γ. 1 INTRODUZIONE Il terremoto verificatosi nell autunno 1997 nelle Regioni dell Umbria e delle Marche, rappresenta uno degli eventi sismici più significativi avvenuti in Italia nell ultimo secolo. L attività sismica ha avuto inizio il 4 Settembre 1997, con una scossa di magnitudo locale pari a M L =4.4, localizzata nella zona di Colfiorito. Tale scossa è stata seguita da una serie di repliche di piccola magnitudo e bassa energia. Il 6 Settembre, alle ore :3 una scossa di magnitudo M L =5.5 è stata registrata nella zona di Cesi Colfiorito, seguita alle ore 9:4 da una scossa di magnitudo M L =5.8 che è stata considerata il main shock dell intera sequenza. Questa scossa ha prodotto danni fino al IX grado della scala Mercalli (MCS) in numerose località dei comuni di Serravalle di Chienti, Foligno, Sellano e Nocera Umbra. Nelle settimane successive, l attività sismica si è mantenuta a livelli particolarmente elevati sia in termini di frequenza (più di scosse dal 6 settembre al 11 ottobre) che di energia (19 scosse di magnitudo superiore a quattro), interessando una zona sismogenetica con un estensione di circa 3 chilometri a nord e a sud di Colfiorito. È interessante notare come a partire dal giorno 1 ottobre l attività sismica, che fino a quel momento si era concentrata nella zona di Colfiorito, si sia spostata all estremità meridionale dell area attivata durante l intera sequenza, precisamente nella zona di Sellano e Preci. Il 14 ottobre alle 15:3 una scossa di magnitudo M L =5.4, la terza più forte dell intera sequenza, si è verificata in prossimità di Sellano, causando ingenti danni a questo comune che era stato in parte risparmiato dalle prime scosse.
Tabella 1: Storia sismica di Sellano (Guadagno et al. 1998) Area epicentrale Anno M s Norcia 173 6.7 Valnerina 1838 5.5 Norcia 1979 5.9 Sellano 1941 4. Visso 1898 5. Avezzano 1915 7. Castel Sant`Angelo 197 3.7 Rieti 1898 5. Monterchi-Citerna 1917 5.6 Assisi 1915 4.7 Ternano 1917 4.7 Giano Dell`Umbria 1918 4.7 Colli Albani 189 4.7 Irpinia-Lucania 198 6.9 Sellano nel passato è stata ripetutamente colpita da forti terremoti, come si evidenzia dalla Tabella 1. In particolare si osserva che è stata interessata da terremoti che hanno liberato un energia un centinaio di volte più grande rispetto a quello della crisi sismica del Settembre 1997. Ad esempio per il terremoto del 173 con epicentro a Norcia è stata stimata una magnitudo (M S ) pari a 6.7 (Guadagno et. al 1998). Nonostante tutto, tra le località colpite dal terremoto, Sellano si è presentato come uno dei casi più difficili da indagare. L elevato grado di danneggiamento, in presenza di un terremoto relativamente modesto non si accordava con i risultati della campagna di registrazione, né con le prime informazioni geologiche e geomorfologiche. Inoltre, le ricerche effettuate negli anni dopo il terremoto, hanno messo in evidenza, che la conoscenza delle condizioni locali dell area del centro di Sellano, non può essere ricondotta a una mera caratterizzazione stratigrafica delle formazioni costituenti il substrato, ma necessita di approfondimenti sulle caratteristiche geotecniche dei terreni più superficiali, in quanto essi esercitano notevole influenza sia sulla microzonazione sismica (Guadagno e Magaldi 1), che sul recupero e adeguamento sismico degli edifici. Pertanto ad integrazione delle campagne d indagini, svolte a seguito del sequenza sismica, è stata svolta un ulteriore campagna, dal 7 al 3 gennaio 3 (proposta ed eseguita dall Università di Catania in collaborazione con l Università di Perugia, mediante la fruizione del finanziamento di Ricerca diffusa Progetto Giovani Ricercatori da parte dell Università di Catania), con lo scopo di prelevare dei campioni indisturbati che potessero dare la possibilità di studiare il comportamento dei terreni sottoposti ad azioni cicliche attraverso prove di laboratorio (Capilleri, 3). DESCRIZIONE DELL AREA E CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA Sellano è un piccolo centro della catena Appenninica, ubicato lungo la strada sellanese fra il chilometro 16 e 17 su una dorsale collinare a quota di circa 64 m. s.l.m., allungata in senso antiappenninico (Figura 1) In epoca medioevale costituì un importante Castello dell'area spoletina, trovandosi al centro e/o partecipando alle lotte per la giurisdizione dei territori della zona. Come tutti i Castelli dell'appennino Umbro, anche quello di Sellano si colloca in posizione di colmo collinare secondo uno schema difensivo che prevedeva una cinta muraria di forma pressappoco triangolare e torri ubicate in posizioni strategiche. Se la cinta muraria era ben sviluppata sui lati occidentali del perimetro triangolare, essa sembra essere meno significativa su quello orientale, anche per la presenza dell'acclive versante sul fiume Vigi, naturale presidio difensivo.
Figura 1: Localizzazione di Sellano Nell'area delimitata dagli attuali resti del perimetro murario, testimonianza della fortificazione del XV secolo, che costituisce l'ultima fase delle costruzioni difensive medievali, si sviluppò l edilizia dell'abitato. E' da sottolineare che la fortificazione del Castello costrinse a notevoli riporti e costruzioni di opere supplementari sia nella zona esterna che in quella interna. Ciò ha comportato ulteriori movimenti di terra. Di conseguenza, in quest'area si sono trovate, tracce profonde dell'importante attività antropica attuata attraverso la formazione di tagli, riporti e scavi in sotterraneo. I primi sondaggi a rotazione e carotaggio a seguito del terremoto, sono stati eseguiti nel periodo compreso tra il novembre 1998 e il 13 gennaio 1999, poi ancora nell ottobre 1999. In questa fase i sondaggi hanno dato la possibilità di ricostruire il profilo stratigrafico, di prelevare campioni rappresentativi per il riconoscimento dei terreni, di installare piezometri ed eseguire prove in sito. Tali sondaggi, hanno messo in evidenza la presenza di masse detritiche, distribuite con un assetto a macchia di leopardo. Inoltre le osservazioni sia sugli affioramenti che sulle stesse carote estratte, mostrano elementi ciottolosi o frammenti di conci rocciosi, costituiti da frammenti delle sottostanti formazioni, immersi in una matrice limo argillosa, talvolta sabbiosa. Al di sotto del terreno detritico di ricoprimento sono presenti le formazioni della Scaglia variegata (Sv), Scaglia cinerea (Sc) Scaglia rossa (Sr) e Bisciaro (Bi).Tutte queste formazioni sono tipiche di questa zona dell Appennino Umbro, sono tutte fortemente fratturate a causa della tettonica compressiva e distensiva che interessa l area suddetta. 3 CARATTERISTICHE GEOTECNICHE DEI TERRENI Il complesso delle indagini geotecniche, compiute a seguito della crisi sismica iniziata il 6 settembre 1997, ha interessato principalmente la zona del centro abitato di Sellano, che è stata l area più fortemente danneggiata dalle scosse del 1 e del 14 ottobre 1997, e le frazioni limitrofe di Forfi, Vio, Petrognano, Piaggia, Postignano e Villamagina. Ad integrazione di questi indagini, sono state effettuate ulteriori indagini dal 7 al 3 gennaio 3 (Figura ), con lo scopo di prelevare dei campioni indisturbati che potessero dare la possibilità di studiare il comportamento dei terreni sottoposti ad azioni cicliche attraverso prove di laboratorio. Sulla base dei risultati della prima campagna d indagini (denominati con A ), i nuovi fori di sondaggio (denominati con B ) sono stati realizzati nella zona del centro storico e nell area compresa tra i nuclei scolastici (Figura ) ove necessitavano maggiori informazioni. In particolare sono stati eseguiti: n 3 sondaggi a rotazione e carotaggio continuo, a conservazione di nucleo, con prelievo di n 6 campioni indisturbati di terreno; n 4 prove S.P.T. (Standard Penetration Test) in foro a varie profondità, nei fori dei sondaggi S 1B, S B e S 3B ;
Figura : Carta geologica con ubicazione dei sondaggi svolti nella recente campagna di indagini (Capilleri, 3) n prove Down Hole mediante installazione di tubi in PVC del diametro di 8 mm e cementazione degli stessi alle pareti del foro, per la determinazione della velocità delle onde di taglio V s, e di compressione V p, nei sondaggi S 1B e S 3B. I campioni indisturbati sono stati prelevati con campionatore shelby, nella parte più superficiale del terreno fino ad una profondità di circa 7 metri, in parte nella zona del centro storico e in parte nella zona compresa tra la scuola media e la scuola elementare. Le osservazioni sia sugli affioramenti che sulle stesse carote estratte, hanno evidenziato elementi ghiaiosi o frammenti di conci rocciosi, formati prevalentemente da scaglia variegata e rossa, immersi in una matrice limo argillosa, talvolta sabbiosa, che in alcuni casi hanno dato la possibilità di poter eseguire esclusivamente prove di classificazione. In particolare i risultati ottenuti dall analisi granulometrica, confermano nella zona del centro storico in corrispondenza dei sondaggi S B1 e S B, la presenza di un terreno a matrice prettamente sabbioso limosa con inclusioni di litoidi di varie dimensioni, mentre nella zona vicino le scuole, poco distante da centro storico (sondaggio S B3 ), è stato possibile trovare argilla limosa con inclusi calcarei di diverse dimensioni, a differenti profondità. Inoltre, per ognuno dei campioni sono stati valutati: i limiti di Atterberg, il peso specifico dei grani (G s ), il contenuto naturale d`acqua (w n ), la quantità della frazione calcarea nel terreno, (CaCO 3 ). Infine, per un solo campione(s 3B /C 1 ) è stata realizzata una prova edometrica. La Tabella mostra le caratteristiche meccaniche trovate, per ognuno dei campioni analizzati. Precisamente è possibile osservare che il limite liquido (w L ) varia da un valore pari a 38 % ad un valore pari a 68 %; il limite plastico (w P ) varia tra 4% e 43%; l indice plastico (I P ) varia da un minimo di 1.5% per il campione S 1B /C 1 ad un valore massimo di 3 % per il campione S 3B /C 1, infine i valori di Ic vanno da 1.11 a 1.53. Tabella : Caratteristiche meccaniche dei campioni di terreno (Capilleri, 3) Campione z (m) w n (%) w L (%) w P (%) Ip(%) Ic G s CaCO 3 (%) OCR S 1B /C 1.5 3. 16.49 37.7 5. 1.5 1.46.7 76.6 - S B /C 1.4.8.1 41.8 3.98 17.85 1.11.71 75.4 - S 3B /C 1 3.7 4.5 4.38 53.53 8.57 4.96 1.17.7 64.4 1.3 S 3B /C 1 4.5 4.5 4.38 6.15 35.33 9.8 1.7.74 41.4 - S 3B /C 5.7 5.9 19.5 49. 6. 3. 1.9.57 45. - S 3B /C 3 6. 6.3 3.1 65.51 43.5. 1.5.74 47.3 - S 3B /C 4 6.3 6.7 9.7 68. 43. 5. 1.53.7. -
Nella Figura 3 possiamo osservare i valori di tali indici (w n, w L, w p, Ic), con il variare della profondità, mentre nella Figura 4 riportata la carta di plasticità. Possiamo osservare, che i relativi punti rappresentati nella carta della plasticità ricadono nell aree CL ed MH dei limi e delle argille inorganiche. w n, w L, w p (%) Ic 1 3 5 7..6 1 1.4 1.8 z (m) 4 z (m) 4 6 6 8 Figura 3:Valori di w n, w L, w p e I c al variare della profondità (Capilleri, 3) 7 W L W n W p 8 6 Indice di Plasticità ( ) 5 4 3 CL CH MH-OH 1 ML-OL 1 3 4 5 6 7 8 Limite liquido ( ) L 9 1 11 1 Figura 4: Carta di Plasticità (Capilleri, 3) La pressione di preconsolidazione σ' p ed il grado di sovraconsolidazione OCR = σ' p / σ' vo sono stati valutati attraverso la curva di compressione ottenuta dalla prova edometrica ad incremento di carico. Si è ottenuto un valore di OCR = 1.3. Infine le osservazioni sui valori del contenuto di CaCO 3 nei campioni analizzati, hanno messo in evidenza la presenza di quantità di carbonato di calcio molto elevate. In particolare i campioni con un maggiore contenuto di carbonato di calcio sono stati quelli relativi ai campioni siti al centro (C 1 /S 1B, C 1 /S B ), con valori da 77% 7 %. Mentre i campioni prelevati nella zona delle
scuole (C 1 /S 3B, C 1`/S 3B,C /S 3B, C 3 /S 3B, C 4 /S 3B ) presentano una frazione calcarea decrescente con valori da 64% % andando dalla superficie in profondità (Tabella ). 4 MODULO DI TAGLIO E SMORZAMENTO 4.1 Premessa Il modulo di taglio equivalente G eq ed il rapporto di smorzamento D sono stati determinati in laboratorio per mezzo di prove di colonna risonante (RCT) e di taglio torsionale ciclico (CLTST) eseguite su campioni indisturbati attraverso l apparecchio di Colonna Risonante/Taglio Torsionale (Lo Presti et al. 1993). Prove di taglio monotono (MLTST) sono state inoltre eseguite utilizzando lo stesso apparecchio, ottenendo la misura del modulo di taglio secante G s. G è il modulo di taglio di scarico-ricarico valutato attraverso le prove RCT e CLTST, mentre G è il valore massimo od anche il valore di "plateau" osservato nella curva G-log(γ). Generalmente G è costante fino a quanto non viene superato un certo valore limite di deformazione. e Questo limite è chiamato soglia di deformazione elastica ( γ t ) e si ritiene che per deformazioni e inferiori a γ t il terreno esprima un comportamento elastico. La rigidezza elastica per γ< γ e t è così il già definito G. Nel caso di prove RCT il rapporto di smorzamento è stato determinato utilizzando due differenti procedure: seguendo il metodo del fattore di amplificazione, il rapporto di smorzamento è stato ricavato durante la condizione di risonanza del provino; mentre seguendo il metodo del decremento logaritmo il rapporto di smorzamento è stato valutato durante il decremento delle vibrazioni libere. Nel caso di prove CLTST il rapporto di smorzamento è stato ottenuto utilizzando la definizione del rapporto di smorzamento isteretico (D): D W = 4πW in cui W è l area racchiusa dal ciclo di scarico-ricarico e rappresenta l energia totale dissipata durante il ciclo e W è l energia elastica immagazzinata. Infine si è inoltre tentato di valutare G per mezzo di correlazioni empiriche, basate sia sui risultati delle prove penetrometriche (Ohta e Goto 1978, Yoshida e Motonori 1988), sia sui risultati delle prove di laboratorio (Jamiolkowski et al. 1995). 4. Modulo di taglio e rapporto di smorzamento da prove di laboratorio Il tipo di prova eseguita in laboratorio ed i valori ottenuti per il modulo di taglio a piccole deformazioni G o sono riportati nella Tabella 3. Uno stesso campione è stato prima sottoposto ad una prova RCT, dopo un periodo di riposo di 4 ore a drenaggio aperto, ad una prova CLTST, ed alla fine, dopo un ulteriore periodo di riposo di 4 ore sempre a drenaggio aperto, ad una prova MLTST. I provini sono di forma cilindrica con raggio di 5 mm ed altezza di 1 mm. I valori di G [G (RCT) e G (CLTST)] riportati in Tabella 3, indicano una moderata influenza della velocità di deformazione anche per livelli molto bassi di deformazione dove il comportamento del terreno si suppone elastico. Ai fini di una corretta stima degli effetti della velocità su G, è opportuno ricordare che la velocità di deformazione di taglio equivalente ( & γ = 4 f γ [%/ s] ) sperimentata dal provino nel corso della prove RCT può assumere valori di tre ordini di grandezza più elevati di quelli adottati nel corso delle prove CLTST (Tabella 3). Tabella 3: Valori sperimentali del modulo di taglio (Capilleri, 3) Campione Prova γ (ΚΝ/m 3 ) σ' c [kpa] Sr(%) e e G MPa] S 3B /C 1 RCT 18.98 79.6 94.7.895.861 44 S 3B /C 3 RCT 18.98 115.66 8.48.79.76 66 S 3B /C 1 CLTST 18.98 79.6 94.7.895.857 33 S 3B /C 3 CLTST 18.97 115.66 8.48.779.76 51 S 3B /C 1 MLTST 18.97 79.6 94.7.779.74 3 S 3B /C 3 MLTST 18.97 115.66 8.48.779.76 5 (1)
5 45 4 a) 1. 1 b) G [MPa] 35 3 5 G/G O 15 Sellano S 3B C 1 σ' c =116 MPa 1 RCT 5 CLTST MLTST.1.1.1.1 1 γ (%) Figura 5:a)Curve G-γ; b) Curve G/ G o -γ (Capilleri, 3).8.6.4 Sellano- RCT. Campione S 3B C 1 Campione S 3B C 3 Yokota (1981) 1E-5.1.1.1.1 1 γ(%) Come è possibile osservare dai dati riportati in Tabella 3 ed in Figura 5a gli effetti della velocità di deformazione sul modulo di taglio sono gli stessi sull intero intervallo di deformazione investigato Go(RC)/Go(CLTST) 1.4. Questo risultato sperimentale è differente da quello osservato da Cavallaro (1997), Lo Presti et al. (1996), Lo Presti et al. (1998), Tatsuoka et al. (1997) che hanno osservato un incremento dell effetto della velocità di deformazione al crescere del livello deformativo Tale comportamento discordante può essere sperimentalmente spiegato considerando che nel presente studio sono stati utilizzati provini cilindrici pieni caratterizzati da una deformazione di taglio variabile da zero (al centro della sezione) fino al massimo valore al bordo, mentre nei casi precedentemente analizzati sono stati utilizzati provini cilindrici cavi. In tale caso, quindi, la deformazione di taglio si mantiene quasi costante lungo il raggio. I valori del modulo di taglio (Tabella 4) a piccole deformazioni [G o (RCT 4ore )] ottenuti dalla ripetizione delle prove RCT dopo un periodo di riposo di 4 ore, con drenaggio aperto, sono confrontabili con quelli ottenuti dalle prove RCT [G (RCT)]. I valori del modulo di taglio iniziale [G (RCT.p.d. )], riportati in Tabella 4, ottenuti alla fine della prova RCT, sono sempre più bassi di quelli ottenuti all inizio della prova [G (RCT)] per ambedue i campioni. Tabella 4: Confronto tra i valori del modulo di taglio (Capilleri, 3) Campione σ' c G RTC G RTC(p.d.) G RTC(4h) G CLTST G MLTST G DH [kpa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] S 3B /C 1 79.6 44 34 43 33 3 87 S 3B /C 3 115.66 66 47 69 51 5 18 G RTC(p.d.) =post degradazione G RTC(4h) = 4 h dopo prova RCT G DH = da prova Down-hole Tale riduzione del modulo può essere causata dai seguenti fattori: l incremento della pressione interstiziale che determina la riduzione delle tensioni efficaci e la degradazione del terreno causata dal livello di deformazione di taglio investigata durante la prova. Inoltre considerato che il modulo di taglio a piccole deformazioni G (RCT 4ore ) è confrontabile con G (RCT), la riduzione del modulo di taglio può essere attribuita alla riduzione delle tensioni efficaci a causa dell incremento delle pressioni interstiziali. Pertanto il recupero dell energia elastica dissipata può essere attribuito alla dissipazione della pressione interstiziale durante il periodo di drenaggio di 4 ore. I valori del modulo di taglio iniziale [G o (MLTST)] ottenuti nel corso delle prove MLTST sono equivalenti a quelli [G o (CLTST)] ottenuti nel corso delle prove CLTST. Ciò conferma l indipendenza di G dal tipo di prova eseguita e l ampliamento del campo elastico al crescere della velocità di deformazione come è possibile osservare in Figura 5a.
La Figura 5b mostra i risultati delle prove RCT in termini di G(γ) normalizzati rispetto al modulo di taglio a piccole deformazioni G. I risultati sperimentali così ottenuti sono stati utilizzati per determinare i parametri dell equazione proposta da Yokota et al. (1981) in grado di descrivere il decremento del modulo di taglio con il livello di deformazione: G(γ) 1 = () β G o 1+ αγ(%) in cui: G(γ) = modulo di taglio dipendente dalla deformazione; γ = deformazione di taglio; α, β = costanti del terreno. L espressione () consente di valutare la degradazione completa del modulo di taglio con il livello di deformazione. Per l area di Sellano sono stati ottenuti i valori di α = 1.5 e β = 1.19. In Figure 6a è riportato un confronto tra i valori di smorzamento ottenuti dalle prove RCT e quelli ricavati dalle prove CLTST. Considerato che nel caso di terreni argillosi e per livelli di deformazione inferiori allo.1 % l influenza del numero di cicli di carico N su D è trascurabile (Cavallaro 1997, Lo Presti et al. 1996, Lo Presti et al. 1997a, Lo Presti et al. 1997b, Lo Presti et al. 1998), è possibile prevedere valori di smorzamento più elevati nel caso di prove RCT rispetto alle prove CLTST a causa degli effetti della velocità di deformazione in accordo con quanto ottenuto da Shibuya et al. (1995) e Tatsuoka et al. (1995). Per quanto riguarda i valori di smorzamento riportati in Figura 6a le prove RCT danno sempre valori più elevati rispetto alle prove CLTST lungo tutto il campo deformativo analizzato. In particolare, nel caso delle prove RCT, i valori di D ottenuti utilizzando il metodo del decremento logaritmico sono sempre più elevati di quelli ottenuti attraverso il metodo del fattore di amplificazione. Mentre nel caso di prove CLTST sono stati ricavati sempre valori di D più bassi ma mai nulli; in particolare per deformazioni inferiori a.1 %, D = 1.5 %. 4 35 3 5 Sellano S 3B C 1 σ' c =116 MPa Fattore di amplificazione (RCT) Decremento logaritmico CLTST a) 1 5 b) D (%) D(%) 1 15 1 5.1.1.1.1 1 γ (%) Figura 6: a)curve D-γ ; b) Curve D-G/G o (Capilleri, 3) 5 Sellano- RCT Campione S 3B C 1 Campione S 3B C 3 Yokota (1981) 1..4.6.8 1 1. G/G Sulla base di quanto proposto da Yokota et al. (1981), la variazione inversa dello smorzamento rispetto al modulo di taglio normalizzato assume un andamento esponenziale secondo quanto riportato nella Figura 6b: ( γ ) G D( γ)(%) = η exp λ (3) G o in cui: D(γ) = smorzamento dipendente dalla deformazione; γ = deformazione di taglio; η, λ = costanti del terreno. Per l area di Sellano sono stati ottenuti i valori di η = 9.5 e λ =.
L equazione (3) assume valore massimo D max = % per G(γ)/G o =. e valore minimo D min = 3.76 % per G(γ)/G o = 1. Quindi, l equazione (3) può essere riscritta nella seguente forma normalizzata: D(γ) D(γ) G = exp λ max G o ( γ) Nella Tabella 5 sono riportati, infine, i valori dei parametri dell equazione di Yokota et al. (1981) ottenuti dagli autori in altre località sismiche italiane per terreni coesivi. Tabella 5: Costanti del suolo (Capilleri, 3) Sito α β η λ Sellano 1.5 1.19 9.5.58 Fabriano(Cavallaro et al., ) 15.9 1.8 34.66.16 Augusta saline (Cavallaro et al., 1) 15.3 1.189 9.6.58 Cattedrale Noto(Maugeri et al., ) 15 1.8 5.6 1.95 4.3 Modulo di taglio da prove in sito e da correlazioni empiriche Nell area di Sellano sono state eseguite prove dinamiche in sito del tipo Down Hole (DH). In Figura 7 è riportato l andamento con la profondità delle onde di taglio V s e di compressione V p registrate nel corso delle prove. La Figura 7 riporta inoltre i valori del coefficiente di Poisson ν ottenuto dai risultati sperimentali. Vs (m/s) 15 175 5 75 35 V p (m/s ) 4 6 8 1 1 (4) z (m) z (m) 4 4 6 Sondaggio n 1 Sondaggio n 3 Figura 7: Valori di Vs e Vp da prove Down Hole (Capilleri, 3) 6 Sondaggio n 1 Sondaggio n 3 Per l area di Sellano è possibile definire un valore medio di ν =.43 per il Sondaggio 1 ed un valore medio di ν =.46 per il Sondaggio 3 (Figura 3). Sulla base dei risultati ottenuti è possibile quindi calcolare i valori del modulo di taglio a piccole deformazioni G o attraverso la ben nota relazione basata sulla teoria dell elasticità: G = ρvs (5) dove: ρ = densità di massa.
E possibile inoltre tentare di ricavare il modulo di taglio a piccole deformazioni attraverso le seguenti correlazioni empiriche, disponibili in letteratura, basate sui risultati delle prove penetrometriche o sui risultati di laboratorio: ν.34.38.4.46.5 z (m) 4 c 6 8 Sondaggio n 1 Sondaggio n 3 Figura 8: Coeffecente di Poisson per l area di Sellano (Capilleri, 3) V s = 6.17 69 N Z. F F (6) A B proposta da Ohta e Goto (1978), e adattata da Seed et al. (1986); in cui: V s = velocità delle onde di taglio (m/s), N 6 = numero di colpi da SPT con un rapporto di energia pari al 6 %, Z = profondità (m), F G = fattore geologico (argille = 1., sabbie = 1.86), F A = fattore d età (Holocene = 1., Pleistocene = 1.33); V s N SPT.17. ( ) σ = β (7) ' vo proposta da Yoshida e Motonori (1988); in cui: V s = velocità delle onde di taglio (m/s), N SPT = numero di colpi da SPT, σ' vo = pressione verticale, β = fattore geologico (qualsiasi terreno = 55, sabbia fine = 49). I valori di Vs ottenuti dalla (6) e dalla (7) possono essere utilizzati tramite la (5) per ottenere valori di G.Inoltre il valore modulo di taglio a piccole deformazioni G o può essere stimato anche attraverso l equazione (8); G o 5 5 6 σ '. m p. a = (8) 13. e proposta da Jamiolkowski et. al. (1995) e basata sui risultati di prove di laboratorio; in cui: σ' m = (σ' v + σ' h )/3; p a = 1 bar è una pressione di riferimento; G o, σ' m e p a sono espresse nella stessa unità di misura. I valori di G ottenuti con le correlazioni sopra presentate sono riportati in Figura 9. Il metodo proposto da Jamiolkowski et. al. (1995) è stato applicato considerando un dato profilo dell indice dei vuoti e di K o. I valori di G o ottenuti attraverso la prove Down Hole, per profondità superiori ai m, sono sempre più elevati di quelli ricavati attraverso le correlazioni empiriche. I valori del modulo di taglio iniziale ottenuti attraverso le equazioni (6), (7), (8) sembrano nel complesso in buon accordo fra loro.
Sempre in Figura 9 vengono riportati, per confronto, i valori di G o ottenuti dalle prove RCT, CLTST e MLTST. E possibile osservare come tali valori sono sempre più bassi di quelli ottenuti nel corso delle prove Down-Hole. G (MPa) 6 1 14 18 Sondaggio n 3 Ohta e Goto (1978) Yoshida e Motonori (1988) Jamiolkowski et. al (1995) Down-hole RCT CLTST MLTST z (m) 4 c 6 8 Figura 9: Modulo di Taglio a piccole deformazioni (Capilleri, 3) Un tale comportamento è probabilmente dovuto ad un certo grado di disturbo del campione di terreno analizzato in laboratorio ed al fatto che le tensioni di consolidazione in laboratorio sono più basse di quelle presenti in sito. Inoltre anche le correlazioni empiriche determinano valori di G o sempre più elevati di quelli determinati in laboratorio. Infine l equazione proposta da Jamiolkowski et. al. (1995) sembra allinearsi meglio ai risultati di laboratorio. 5 CONCLUSIONI Nel presente lavoro sono riportati i risultati di uno studio di caratterizzazione geotecnica dell area sismica di Sellano. Sulla base dei risultati ottenuti è possibile esprimere le seguenti considerazioni: il modulo di taglio ottenuto nel corso della prova RCT, dopo un periodo di drenaggio di 4 ore, è confrontabile con quello ottenuto all inizio della prova RCT; la dissipazione della pressione interstiziali determina un recupero dell energia elastica; le differenze tra le prove CLTST e RCT sono attribuibili agli effetti della velocità di deformazione; elevati valori di G sono stati ottenuti nel corso delle prove Down Hole; i valore di G ottenuti da correlazioni empiriche sono confrontabili con quelli calcolati in laboratorio. RINGRAZIAMENTI Gli autori ringraziano l ing. Oronzo Pallara ricercatore del Politecnico di Torino, per la collaborazione durante l esecuzione delle prove di laboratorio. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Capilleri P.(3). Caratterizzazione geotecnica e microzonazione sismica della città di Sellano. Tesi di Dottorato in Ingegneria Geotecnica. Catania, Dicembre 3 Cavallaro, A.M.F. 1997. Influenza della velocità di deformazione sul modulo di taglio e sullo smorzamen-to delle argille. Ph. D. Thesis, University of Catania. Cavallaro A., Maugeri M., Lo Presti D. C. F. and Pallara O., 1999. Characterising Shear Modulus and Damping from in Situ and Laboratory Tests for the Seismic Area of Catania. Proceeding of the nd In-
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