Parametri di deformabilità dei terreni

Per il terreno che costituisce il sottosuolo veneziano è necessario prendere in considerazione le caratteristiche proprie dell’argilla. Un’argilla di recente deposizione, che per effetto del proprio peso si trovi ad essere in condizioni di equilibrio, è detta normalconsolidata se non è stata interessata da deformazioni differite nel tempo (tale fenomeno è detto aging).

Il fenomeno di consolidazione è un fenomeno di compressione assiale cui è sottoposto il terreno nel tempo a causa del peso degli strati costituenti il terreno stesso, senza che siano presenti espansioni laterali date le condizioni di simmetria in cui avviene il fenomeno per l’ampiezza dell’area presa in considerazione.

Nel caso in cui il terreno, nel corso della sua storia geologica, venga sottoposto ad uno scarico tensionale (dovuto per esempio a fenomeni erosivi), l’argilla presenta una maggiore resistenza a taglio (anche se una minore resistenza a compressione) e viene detta sovraconsolidata. In generale il consolidamento del terreno a Venezia può essere dovuto a cause naturali o ad interventi antropici. Attualmente quest’ultima causa è responsabile della maggior parte degli abbassamenti, in concomitanza con le numerose opere di restauro strutturale che comportano incrementi di carichi in fondazione.

Considerato un terreno, a profondità z dalla superficie, esso possiede un suo stato tensionale dato dalla relazione

!_!!   = !" (2.3)

con γ peso di volume del terreno. Nel caso si tratti di terreno stratificato

!_!!   = !_!  !_!   (2.4)

con !_!   profondità specifica del singolo strato.

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ML-Limi inorganici, limi argillosi; CL-Argille inorganiche a bassa plasticità; SP-Sabbie ben pulite ben selezionate; SM-Sabbie limose

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Sanzeni A., Whittle A.J.; Germaine J.T.; Colleselli F., Compression and creep of venice lagoon sands in

Data inoltre la relazione di Terzaghi che stabilisce il rapporto tra pressione totale σ, le pressioni efficaci intergranulari σ’ ed u pressione neutra dell’acqua nei pori

!   = !!+ u   (2.5)

si può affermare che la tensione verticale litostatica, noto il valore della pressione dell’acqua valga

!_!!!   = !_!!   − !_!   (2.6) La tensione orizzontale effettiva, espressa come frazione della verticale tramite l’espressione  !_!! = !!_!! risulta di difficile determinazione soprattutto per i terreni argillosi, dal momento che il parametro K dipende dalla storia di consolidazione del terreno. In condizioni litostatiche vale la relazione !_!!! = !_!  !_!!! , con !_!   coefficiente di spinta a riposo compreso tra 0,4 e 0,6. Nel caso specifico in esame di terreno lagunare, tali valori vengono influenzati dalle variazioni del livello di falda ma anche da fenomeni di consolidazione secondaria come il creep.⁴⁶

Il valore di !_!   può essere descritto dalla relazione empirica di Jaky nel caso di argille NC (normalconsolidate)

!_!   = 1 − !"#Φ  ! (2.7) Per le argille OC (sovraconsolidate) è utile invece definire il parametro

!"# = !_!!/!_!!! (2.8)

con !_!!! tensione attuale del terreno e !_!! tensione precedente maggiore di !_!!! . Tale valore tende all’unità al crescere con la profondità, dove gli effetti del fenomeno di erosione sono meno percepiti.

Tali considerazioni possono essere riassunte in un grafico che riporta in ascissa il logaritmo della tensione verticale efficace !_!! e in ordinata il parametro e, indice dei vuoti nel terreno.

Fig.2.5 Grafico che riporta in ascissa logaritmo

delle tensione verticale efficace e in ordinata l’indice dei vuoti e. La pendenza della curva è l’indice di compressibilità Cc.

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Sanzeni A., Whittle A.J.; Germaine J.T.; Colleselli F., Compression and creep of venice lagoon sands in Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, v.138, n.10, 2012, pp.1266-1276

Nel caso di implicazioni tensionali superficiali di una certa rilevanza, connesse in particolare ad azioni di gelo-disgelo, evaporazioni e variazioni del livello di falda, il valore di !_!    può essere determinato con la relazione di Schmmidt-Alpan

!_!  (!") = !_!   !" !"#  ! (2.9) con α=0,5 (Meyerhof per le argille).

Come già affermato, risulta tuttavia conveniente una misurazione in situ del valore della tensione orizzontale piuttosto che ricorrere a formule empiriche che difficilmente possono rispecchiare la complessità della storia tensionale di un’area.

A Venezia di norma si può notare una diminuzione di OCR con la profondità, ma il valore rimane tuttavia sempre superiore all’unità anche nei terreni più profondi. Si riscontrano valori più alti negli strati più superficiali (caranto) e in alcuni strati profondi, dove la sovraconsolidazione è stata provocata da processi di ossidazione per essiccamento durante fasi di regressione marina. Fatta eccezione per casi eccezionali caratterizzati da formazioni con OCR alto, la maggior parte dei terreni coesivi è leggermente sovraconsolidata, con OCR con valori compresi tra 1.2 e 3.7 e con valore medio pari a 2.3.⁴⁷

E’ utile fare anche qualche considerazione sui parametri di compressibilità dei terreni sulla base del loro livello di sovraconsolidazione.

C_c C_r q_c Strato di argilla NC superficiale 0,30 ÷ 0,35 0,05 ÷ 0,08 4 Mpa Strati di argilla OC profondi 0,28 0,05 10 Mpa

Tab.2.3 Tabella riassuntiva dei parametri medi di compressibilità delle diverse tipologie di argille sulla base del valore dell’indice OCR

I parametri di compressibilità dei terreni Cc (indice di compressibilità) e C_s (indice di rigonfiamento) possono essere ricavati anche da correlazioni empiriche come quella di Terzaghi Peck che lega l’indice di compressibilità al limite di liquidità tramite la relazione

C_c= 0,009 (w_L-10) (2.10)

Nello specifico all’interno di uno studio geotecnico sui sottosuoli di Venezia, tramite l’interpolazione di grafici reali, sono state calcolate le rette di regressione esprimenti il legame tra queste variabili.⁴⁸

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Ricceri G., Il ruolo della geotecnica nella salvaguardia della città di Venezia e della sua laguna in Rivista Italiana di Geotecnica n.I, 2007

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Mazzucato A., Caratteristiche geotecniche del sottosuolo della citta' di Venezia, Laboratorio TerraLab IUAV, Venezia, 2013

C_c= 0,005 (W_L+1,36) (2.11)

C_s =0,0009 (W_L −2,44) (2.12)

A partire invece da profondità comprese fra 10 e 15 m dal piano calpestio si hanno in genere i terreni meno compressibili con valori di Cc ≤ 0.20 e Cs ≤ 0.04.⁴⁹

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Mazzucato A., Caratteristiche geotecniche del sottosuolo della citta' di Venezia, Laboratorio TerraLab IUAV, Venezia, 2013

Fig.2.6 Grafici reali per la determinazione della retta di interpolazione per il calcolo dell’indice di rigonfiamento

e di compressibilità, tratti da Mazzucato A., Caratteristiche geotecniche del sottosuolo della citta' di Venezia, Laboratorio TerraLab IUAV, Venezia, 2013

Capitolo 3

Criticità specifiche legate al comportamento delle fondazioni