UNIVERSITÁ DI PISA

UNIVERSITÁ DI PISA

Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Idraulica,

dei Trasporti e del Territorio

Tesi di Laurea

USO DEL PIEZOCONO PER LA DETERMINAZIONE

DEL PROFILO STRATIGRAFICO DEI TERRENI

Relatore:

Prof. Diego Lo Presti

Correlatore:

Candidato:

Dott. Nunziante Squeglia

Giuseppe Candela

Cap.1 - Introduzione

1.1 Tematica e scopo della tesi

La ripetitività delle misure, la possibilità di indagare un ampio volume di terreno e di ottenere registrazioni continue di parametri che mettono in luce peculiarità stratigrafiche, rendono le prove CPT e CPTU ideali per l’identificazione di variazioni litologiche e la ricostruzione del profilo stratigrafico. Il presente lavoro ha avuto come obiettivo la verifica dell’applicabilità delle principali correlazioni messe a punto in letteratura per individuare i tipi di terreno attraversati e quindi definire l’andamento stratigrafico lungo una verticale. A tale scopo sono stati selezionati alcuni siti di terreni caratterizzati tramite indagini geognostiche, prove in sito (CPT e CPTU) e prove geotecniche di laboratorio. In particolare per questa tesi sono stati analizzati:

• Il territorio di Paganico, alle porte di Lucca, dove si verificava la formazione di cavità in seguito ad improvvisi gradienti idraulici in un terreno stratificato con limi, argille e ghiaie.

• Il palazzo ACI sito in Pisa, zona Pisanova,. L’intera struttura manifesta sin dall’ultimazione dei lavori di costruzione fino ad oggi un evidente stato fessurativo evolutivo che non accenna ad arrestarsi.

• Il porto di Livorno, ristrutturazione della Darsena Calafati per migliorare la funzionalità del porto. A questo scopo si intendeva costruire delle nuove opere di banchinamento dimensionate alla luce della vigente normativa tecnica.

Dopo aver determinato i parametri geotecnici dei siti appena descritti, è possibile procedere all’interpretazione della stratigrafia del terreno mediante apposite carte di classificazione, correlazioni empiriche (carte di classificazione dei terreni) quali quelle di BEGEMANN [1965], SCHMERTMANN [1978] e SEARLE [1979] per le CPT e quelle di ROBERTSON ed altri [1986], ROBERTSON [1990], ESLAMI e FELLENIUS [1997, 2000] per le CPTU e di procedere ad un confronto con la reale stratigrafia dei siti indagati.

Dalla verifica che verrà effettuata ne determineremo l’accuratezza delle correlazioni empiriche delle carte con i dati di output determinati dalle prove CPT e CPTU.

Cap. 2 - La Prova Penetrometrica Statica

2.1 Scopo e campo di applicazione

La prova penetrometrica statica CPT (Cone Penetration Test) è un mezzo d’indagine molto diffuso in Italia, poiché permette la stima di una successione stratigrafica lungo una

verticale, e di molti parametri

geotecnici ad un costo modesto.

Le prove CPT possono essere eseguite su tutti i tipi di terreno

granulometri-camente compresi tra le argille e le sabbie grosse; ghiaie o ciottoli potrebbero danneggiare la punta vengono quindi esclusi come campi di indagine.

Dal punto di vista qualitativo la prova permette di determinare:

• La variazione della resistenza alla punta con la profondità e consente di individuare la presenza nel sottosuolo di strati di terreni con consistenza

posizione rende di grande utilità l’impiego del penetrometro per la ricerca di superfici con deboli livelli di resistenza al taglio lungo le quali possa avvenire uno scorrimento.

• La stessa punta inoltre permette di determinare la resistenza all’attrito laterale. Con le due resistenze si estrapola un parametro molto utile per le nostre indagini detto friction ratio. Poiché è possibile mediante correlazioni empiriche, risalire con una certa approssimazione alla natura dei terreni attraversati, infatti, come l’esperienza mostra tale rapporto dipende dalla composizione granulometrica dei terreni stessi.

Oltre a rilevare l’andamento stratigrafico lungo una verticale, ed individuare i tipi di terreno attraversato, si possono ottenere informazioni da un punto di vista quantitativo riguardanti gli indici di resistenza che vengono correlati alle caratteristiche meccaniche del terreno. Informazioni che, derivando da correlazioni empiriche, vanno comunque valutate e considerate con le dovute cautele.

E’ quindi possibile effettuare, per mezzo inoltre della punta CPTU:

• misure di resistenza alla penetrazione in terreni coesivi consentono una stima del valore della resistenza al taglio in condizioni non drenate nei

terreni saturi e del modulo di deformazione elastico in condizioni non drenate, il grado di sovraconsolidazione OCR.

• Nei terreni sabbiosi è possibile valutare lo stato di addensamento DR; il modulo di deformazione drenato E’, l’angolo di attrito interno ϕ’.

• Si aggiungono informazioni circa il livello idrostatico della falda nel terreno a varie quote e le caratteristiche di consolidazione dei materiali coesivi teneri.

2.2 Il penetrometro meccanico

I primi impieghi della prova penetrometrica statica, sinteticamente indicata con

la sigla CPT (Cone Penetration Test) risalgono

al 1917 ad opera della Swedish State Railways,

al 1927 per conto della Danish Railways e al 1935 per conto del Departure of Public Works in Olanda. Inizialmente l’apparecchiatura consisteva in un semplice cono. Il carico sulla punta veniva misurato facendo avanzare il cono, rispetto alla batteria di tubi esterni, agendo su una batteria di aste interne. Lo sforzo totale si misurava infiggendo la batteria di tubi esterni. Più tardi la punta fu ridisegnata in modo tale da evitare l’infiltrazione di particelle di terreno fra le due parti. Per misurare localmente l’adesione terreno acciaio venne progettata la punta Begemann (1953) munita di un manicotto sopra il cono, come da figura.

La prova CPT, che è standardizzata dall’ASTM (D3441-86), consiste nella misura della resistenza alla penetrazione di una punta conica di dimensioni e caratteristiche standard, infissa ad una velocità costante di 2 cm/s nel terreno attraverso un martinetto idraulico che esercita la spinta necessaria su una batteria di aste, alla cui estremità è collegata la punta. Lo sforzo per l’infissione della punta è misurato mediante manometri, da uno a tre, collegati al martinetto azionato dal sistema idraulico della macchina.

Le misure di resistenza vengono eseguite ed annotate ogni 20 cm. La punta “tipo Begemann” è costituita da una parte conica terminale, con angolo di apertura del cono di 60° e diametro di 35,7 mm, attraverso il quale si misura la resistenza di punta qC, e da un manicotto, con una superficie laterale di 150 cmq , con cui è possibile misurare la resistenza di attrito laterale locale fS. Nei penetrometri meccanici la punta conica è collegata ad una batteria di aste, coassiali a una tubazione di rivestimento. Viene misurata la resistenza all’avanzamento della punta indicata col simbolo qC. Sottraendo il valore della spinta applicata nel tratto precedente è possibile risalire alla misura dell’attrito laterale fS.

2.3 La punta elettrica

La punta elettrica, è una evoluzione tecnologica delle prove penetrometriche. Mentre con il precedente sistema meccanico, si determinavano le misure di resistenza alla punta, totale e laterale ogni 20 cm per mezzo di manometri fissati alla base della struttura, con questo sistema è possibile determinare i dati con una maggiore accuratezza, livello di risoluzione 1 centimetro, ed in maniera continuativa con riscontro diretto dei differenti parametri resistivi, non alternati come nella prova meccanica. La punta è solidale a una tubazione priva di rivestimento e la separazione tra resistenza alla punta e attrito laterale è resa possibile da misure elettriche interne. La punta, infatti, contiene all’interno dei trasduttori elettrici che attraverso un cablaggio interno alle aste riportano simultaneamente i valori di pressione. Con un manicotto inserito nell’asta della punta e collegato ad altri sensori che ne riscontrano le oscillazioni si determina la resistenza laterale.

Come possiamo vedere in dettaglio dalle seguenti figure, le componenti e le connessioni elettriche del sistema sono: il sistema di acquisizione TGAS06, il misuratore della velocità e della profondità di infissione encoder, l’alimentazione elettrica mediante la batteria del mezzo, di norma cingolato per poter agevolmente raggiungere ogni asperità possibile, il cablaggio di connessione che passando per le aste cave collega i trasduttori nella punta alle

aste di spinta, e il software TGSW03 installato su un laptop che permette di acquisire i dati in tempo reale.

La prova CPT è standardizzata dall’ASTM (D3441-86). In essi sono considerate standard sia la punta meccanica che quella elettrica pur essendo noto che, a causa del diverso disegno della punta, i valori misurati non si equivalgono perfettamente per quanto riguarda la resistenza alla punta e differiscono sensibilmente per l’adesione terreno manicotto. La commissione ISSMFE invece considera standard solo la punta elettrica, precisandone dimensione e tolleranze.

2.4 Il piezocono

L’esecuzione di una prova penetrometrica statica con piezocono rappresenta una significativa evoluzione rispetto ad una prova con punta meccanica o elettrica CPT, poiché consente di ottenere un maggior numero di informazioni, più dettagliate e più attendibili. In particolar modo possono essere monitorati, i parametri seguenti:

• la resistenza alla punta qC e la resistenza all’attrito laterale fS

• la pressione nei pori, u0, ed interstiziale u2

• l’inclinazione della batteria di aste, °tilt

Mediante il piezocono inoltre è possibile misurare la pressione interstiziale nei terreni coesivi saturi grazie alla punta elettrica dotata di un elemento poroso detto filtro, di solito posizionato alla base della punta conica.

Questa misura viene definita u2 per distinguerla da misure eseguite con il filtro posto in altre posizioni, nel cono o alla sommità del manicotto di attrito. Il filtro poroso deve essere inoltre poco permeabile al passaggio di aria, indeformabile e resistere all’abrasione; di norma lo stesso è composto da piccole sfere di rame sinterizzate poi con elevata pressione e composte ad

anello per l’apposita sede. Prima dell’esecuzione della prova si provvede

a saturare la punta in maniera opportuna con glicerina

liquida e a sigillarla opportunamente per mantenerne lo stato fino all’infissione

nel terreno con un comune preservativo.

La possibilità di misurare la pressione interstiziale ha notevolmente aumentato la capacità interpretativa della prova nei terreni saturi sotto falda. Infatti,

durante la penetrazione alla velocità di 2 cm/sec, nei terreni sabbiosi e permeabili la pressione misurata coincide con quella piezometrica, u2 = u0, mentre nei terreni a grana fine e poco permeabili si generano delle sovrappressioni interstiziali ∆u, dato dalla differenza tra la pressione neutra, u2, e quella piezometrica, u0.

Il piezocono permette anche l’esecuzione di prove di dissipazione interrompendo l’infissione in strati argillosi e riportando sul grafico l’andamento della sovrappressione in funzione del tempo. Si ottengono così informazioni relative al tempo di dissipazione, ovvero il tempo intercorrente misurato tra la misura della sovrappressione ottenuta in fase di spinta e la pressione misurata in fase di riduzione di spinta. Dal valore di tale parametro possiamo anche ottenere stime relative alle caratteristiche di permeabilità e di consolidazione del terreno.

2.5 Interpretazione dei dati

Effettuato opportunamente l’ancoraggio a terra del penetrometro mediante più aste elicoidali di un metro di lunghezza e dopo aver saturato con glicerina sia il setto poroso che lo spazio interno alla punta compreso tra il filtro e il sensore della pressione, è possibile procedere alla prova e determinare i valori di alcuni parametri geotecnici importanti, i quali, presi singolarmente o confrontati in apposite correlazioni, permettono una larga e approfondita interpretazione dei siti indagati.

I valori acquisiti in funzione dell’avanzamento della punta sono:

• Resistenza all’avanzamento della punta qc ( misurato in MPa)

• Resistenza all’attrito laterale locale fS ( misurato in MPa)

• la pressione u0, ed interstiziale u2 ( misurato in MPa)

I dati precedentemente riportati consentono di ottenere la resistenza alla punta totale corretta [qt= qc + (1-a) * u2 ] con “a” fattore del cono, rapporto tra le aree. La variazione di questi valori consente di determinare la tipologia del terreno indagato.

OCR, opposto all’aumento della profondità, si correla sensibilmente ad un simultaneo aumento di qc e Rf.

Gli stessi valori di resistenza, diminuiscono al crescere dell’indice di liquidità, LI, nei terreni fini e sensitivi. Nelle sabbie fini all’aumento della compressibilità si nota una variazione contraria dei due dati, diminuizione di qc e aumento di Rf.

Nella trattazione dei terreni saturi si introduce il coefficiente Bq, rapporto della pressione nei pori [Bq=∆u/(qt-σv0)] con ∆u sovrappressione generata, differenza tra la pressione interstiziale e l’idrostatica; σv0 tensione verticale totale nel terreno alla profondità del cono, precedentemente la prova. Il valore viene ritenuto maggiormente importante di fS perché meno affetto da errori di stima di valutazione per sistematiche misure molto piccole.

Talvolta si è riscontrato che il confronto di due analisi rispettivamente con Rf o Bq non porta sempre alla stessa classificazione di terreno. L’intervento del geotecnico chiarirà spesso la corretta analisi in base alla valutazione sulla prova di dissipazione, dalla quale è possibile ricavare informazioni riguardanti la consolidazione e la permeabilità dell’orizzonte in cui si è arrestata la penetrazione.

Variabilità dei terreni secondo i parametri campionati, qui qc e Rf

Se nei terreni coesivi questa prova quantifica la permeabilità del mezzo e la differenza tra pressione interstiziale e idrostatica, nei terreni sabbiosi o comunque permeabili non è da considerarsi molto affidabile se non per il fatto che a pressione stabilizzata il valore rilevato rappresenta la pressione neutra in

quel particolare strato.

Inoltre, in presenza di terreni a grana fine, quali limi e argille, è possibile calcolare la resistenza al taglio non drenata (cU) in kPa data da:

cU = (qt - σv0)/Nk con Nk= 15

Altresì, per terreni sabbiosi è importante calcolare anche l’angolo di resistenza al taglio di picco ϕ’, il cui valore può essere determinato dalla correlazione presente in letteratura di Lancellotta e rappresentata in figura, espressa dalla relazione:

68 log

1

'

q

Dr

p

σ









=





_

−



_



⋅



_

_







Dove DR è la densità relativa, e permette di ricavare l’angolo di attrito dalla correlazione proposta da Schmertmann (1977).

Dopo aver determinato i parametri geotecnici appena descritti, è possibile procedere all’interpretazione della stratigrafia del terreno mediante apposite carte di classificazione, appositamente analizzate nel quarto capitolo, che mettono in relazione i parametri misurati analizzati.

Cap. 3 – Siti esaminati

3.1 Ubicazione

Per la tesi in esame sono stati selezionati alcuni siti di terreni caratterizzati tramite prove in sito CPT e CPTU, in particolare:

1) Verifica del territorio di Paganico, alle porte di Lucca

2) Il rilevato della strada provinciale SP3, Bientina-Altopascio 3) Il palazzo ACI sito in Pisa, zona Pisanova.

4) Il porto di Livorno, ristrutturazione della Darsena Calafati

1) Verifica del territorio di Paganico

L’area in oggetto è ubicata in Provincia di Lucca nel Comune di Capannori, quasi al confine con quello di Porcari. Si tratta di Paganico, un piccolo paese divenuto noto a causa del manifestarsi di particolari fenomeni di carattere idrogeologico che hanno attirato l’attenzione di molti studiosi del settore.

In generale, tutto il territorio di Capannori è caratterizzato sia dalla piccola e media industria, sia dall’artigianato.

In particolare, numerose sono le aziende cartarie nazionali e internazionali che hanno contribuito a far diventare Capannori un polo importante del settore, insieme alle aziende calzaturiere.

Come gran parte dei piccoli paesi della piana di Lucca, Paganico è caratterizzato da un piccolo centro con vecchie abitazioni prive generalmente di fondazioni, circondato dal verde della campagna lucchese. È attraversato inoltre da numerosi canali irrigui che confluiscono le loro acque nel rio Arpino e nel rio Frizzone, due corsi d’acqua che corrono parallelamente tra loro ad est del paese. È proprio quest’ultimo corso d’acqua ad essere stato scelto come elemento geografico delimitante l’area di studio ad est, insieme all’autostrada A11 che delimita l’area a sud, mentre la strada provinciale passante per Tassignano e la via Romana, la delimitano rispettivamente ad ovest e a nord.

2) Strada provinciale SP3, Bientina-Altopascio

La strada in esame è una strada provinciale sita tra il comune di Pisa e quello di Lucca, la sua costruzione risale a circa una quarantina di anni fa ed è costituita prevalentemente da rilevati, di altezza compresa tra 0,5 e 4m.

Lo studio di questa strada fa riferimento a due zone, ritenute le più critiche, a causa di cedimenti e deformazione del manto, si trovano rispettivamente al km 8.9 ed al km 10.3. In queste particolari zone sono stati effettuati sondaggi e prove penetrometriche. Rio Arpino Rio Frizzone Capannori Autostrada A11 N Tassignano Via Romana Area di studio 0 250m 500 m

I sondaggi della prima prova sono stati effettuati sul rilevato stradale che ha un’altezza di 2,42 m rispetto al piano di campagna che si trova ad una quota di 5,73 m sul livello del mare.

Per la seconda, l’altezza del rilevato in questa zona è di 3,67 m rispetto al piano di campagna che si trova ad una quota topografica di 5,13 m sul livello del mare. La planimetria sopra riportata aiuta a capire in maniera più dettagliata le caratteristiche della strada, in modo da poter eseguire al meglio l’analisi su di essa.

3) Il palazzo ACI

La costruzione interessata da fessurazioni ed evidenti lesioni ai tamponamenti e strutture secondarie è la palazzina ACI di Pisa. L’area è situata in località Cisanello, ad est del centro storico di Pisa.

L’intera struttura manifesta sin dall’ultimazione dei lavori di costruzione 1995 fino ad oggi un evidente stato fessurativo evolutivo che non accenna ad

un’indagine geotecnica approfondita per la determinazione di un modello geotecnico del terreno sottostante interessato dalla costruzione ed un monitoraggio dell’evoluzione nel tempo delle lesioni.

L’area di interesse è inserita nell’ampia Pianura Pisana più precisamente è situata a circa 600 m a nord dalla sponda destra del fiume Arno all’interno dell’ampia ansa che racchiude al suo interno la zona nord-est di Pisa; la zona appare sub-pianeggiante, con quote medie di circa 3.0 e 3.50 m s.l.m.

4) Porto di Livorno, darsena Calafati

La darsena Calafati è un piccolo specchio d’acqua a pianta pressoché quadrangolare che si affaccia sul bacino di S. Stefano e si trova nella zona centrale del porto di Livorno, alcune centinaia di metri a sud della torre del Marzocco e a nord della fortezza Vecchia.

La darsena è compresa tra la diga rettilinea o banchina alto fondale, che si protende verso il bacino S. Stefano, a sud e la darsena pisana a nord, a est si trovano i grandi piazzali portuali, mentre verso mare è separata dal bacino di S.Stefano da un piccolo molo aperto a sud.

In questa darsena è prevista la realizzazione di un nuovo banchinamento delle sponde lato terra ed un limitato ampliamento della banchina in direzione della radice della banchina Alto Fondale. In particolare sono previste:

una banchina di accosto per il nuovo bacino di carenaggio galleggiante, un dente di attracco per navi Ro-Ro di grandi dimensioni e la realizzazione di un nuovo piazzale per la costruzione di un magazzino attrezzi ed officina.

3.2 Geologia

• Verifica del territorio di Paganico, alle porte di Lucca

Dai numerosi studi di carattere stratigrafico è emerso che i primi metri del suolo, sono costituiti da limo sabbioso-sabbia limosa (localmente denominato “Bellettone”), e che tendono a chiudersi con la profondità. Causa principale della formazione di queste buche sembra essere attribuibile all’abbassamento piezometrico nella falda ospitata da ghiaie e ciottoli dovuto ai continui emungimenti di acqua dal sottosuolo da parte sia delle industrie cartarie presenti nella zona, sia dei numerosi pozzi di abitazioni private, ma in particolar modo del campo pozzi posto nelle vicinanze dell’abitato. Anche le proprietà intrinseche dei materiali più superficiali giocano un ruolo importante, ma soprattutto il loro ordine di sovrapposizione (presenza di un livello argilloso, sottostante i depositi limo-sabbiosi, che, essiccandosi, manifesta fessure che determinano scambi idrici tra il “Bellettone” e il sottostante orizzonte permeabile ciottoloso - ghiaioso).

• Strada provinciale SP3, Bientina-Altopascio

La strada provinciale Bientina–Altopascio, SP3, sorge in un’area costituita da ampie distese di terreno agricolo coltivato a colture cerealicole che modificano

il proprio aspetto al variare delle stagioni, compreso l’allagamento delle stesse nei periodi di particolare piovosità. Il terreno comunale di Altopascio è interessato da numerosi corsi d’acqua, che per la maggior parte convogliano verso il Bientina. Nella zona questi corsi d’acqua formano una “cassa di colmata”, un’area in cui, grazie all’apporto di sedimenti, presenti dal trasporto solido delle acque di piena dei corsi d’acqua che vi si immettono, si realizza un innalzamento della quota topografica del terreno. Queste casse hanno permesso di mantenere una continua presenza di acqua e quindi la sopravvivenza di habitat tipici delle zone umide che in passato erano più diffusi nel bacino della palude del Bientina. La conca lacustre rimasta dopo la bonifica del lago si estende nella vasta area pianeggiante situata ad est delle pendici del monte Pisano, arriva fino ad ovest del rilievo delle Cerbaie, snodandosi quindi nelle località di Altopascio e Lucca, essa è confinata a sud dall’adiacente Pianura Pisana, dove scorre il fiume Arno.

Il luogo oggetto dell’analisi è costituito da conglomerati dell’Arno, del Serchio e del Bientina che sono presenti uniformemente in tutto il sottosuolo pisano e si trovano a circa 50 m di profondità presso Cascina fino a raggiungere i 145 m nella zona di Pisa. Questi strati variano dai 4 ai 10 m, sono costituiti da ciottoli delle formazioni affioranti sui monti pisani e sono sede di un importante acquifero artesiano attualmente sfruttato. Quindi i materiali più grossolani dei conglomerati sono dovuti al trasporto del Serchio che scorre a partire dai rilievi delle Alpi Apuane, mentre le acque dell’Arno hanno fornito un materiale più fine.

• Il palazzo ACI

Dal punto di vista geologico generale tutta la zona ove è ubicata la palazzina ACI è costituita, come dimostrato da numerosi sondaggi, da una formazione alluvionale depositata dal fiume Arno e dai suoi affluenti in epoca relativamente recente.

I depositi alluvionali, sono costituiti da terre trasportate da acque fluenti dotate di energia più o meno elevata, nelle quali è avvenuta successivamente la deposizione. A differenza dei depositi marini, nei terreni che si sono sedimentati in acqua dolce risultano tipiche l’eterogeneità e le variazioni di composizione, sia in senso verticale, sia nello sviluppo orizzontale.

grana grossa (ghiaie e sabbie) e a grana fine (limi ed argille), in forme di sacche, con prevalente sviluppo orizzontale. Tali alternanze nella composizione sono imputabili principalmente alle variazioni del regime di flusso delle acque, mentre l’assenza di regolarità nella estensione e imputabile a mutamenti dell’alveo e alle caratteristiche morfologiche preesistenti. Frequenti in tali depositi sono pure le sacche di materiale organico, originatesi dall’accumulo di materiale vegetale nei punti morti della corrente. L’area interessata presenta un substrato costituito principalmente dal depositi alluvionali prevalentemente argillosi, torbe palustri e depositi di colmata recenti (Olocene); questi depositi tendono a diventare leggermente più sabbiosi in profondità con la presenza di depositi alluvionali prevalentemente limosi e sabbiosi con intercalazioni argillose.

Sotto il profilo geologico, come risulta dalla Carta degli elementi naturalistici e storici della Pianura di Pisa e dei rilievi contermini in scala 1:50.000 (Mazzanti R., 1991), la formazione olocenica in affioramento è costituita da “depositi alluvionali prevalentemente sabbiosi e limosi”. Più in generale la Pianura di Pisa è caratterizzata, dal punto di vista geologico, dallo “sprofondamento tettonico dei bacini di sedimentazione neoautoctona tra i rilievi circostanti. Inoltre dai dati stratigrafici della perforazione di numerosi pozzi per acqua, dai rilevamenti di superficie, è stata dedotta la dipendenza dell’evoluzione di

dipendenza risulta evidente dal fatto che i sedimenti di natura fluviale di età assai recente sono nel sottosuolo sepolti da altri di facies marina retrolitorale e, più verso il mare, sotto i sedimenti dei lidi del sistema deltizio tardo-olocenico.

• Porto di Livorno, Darsena Calafati

Le conoscenze geologiche della zona derivano dalla ricostruzione storica e paleogeografica del territorio e da prospezioni geognostiche; infatti oggi, a causa dell’intensa trasformazione dei luoghi per la realizzazione delle strutture di attracco e cantieristico-portuali, la linea di costa e il suo immediato entroterra sono completamente rivestite da materiali artificiali che rendono impossibile la caratterizzazione geomorfologica originaria. Sono state quindi consultate le monografie e gli studi sulla geologia del territorio livornese, sulla piana pisana e la sua evoluzione. Come riferimento sono stati presi “Geologia e morfologia dei comuni di Livorno e Collesalvetti” di Lazzarotto (1990) e lo “Studio geomorfologico della pianura di Pisa” di Della Rocca (1987).

Tutta l’area portuale settentrionale della città, litologicamente è costituita da limi ed argille, limi sabbiosi con ghiaietto, sabbie, ciottoli, conglomerati più o meno cementati, cioè sedimenti sia continentali sia marini che si sono depositati in seguito ai ripetuti episodi di ingressione e di regressione del mare causati dal glacialismo e calcareniti sabbiose. Queste ultime denominate “panchina”, sono costituite da sedimenti sabbiosi ricchi di frammenti organici

cementati, che possono variare fra arenarie calcarifere, calcari arenacei e calcareniti.

Il pacco di sedimenti in situ, prevalentemente di natura argilloso-limosa e subordinatamente calcareo-sabbiosa e conglomeratica, si è deposto come copertura del più vecchio assetto dei terreni precedentemente affioranti e che attualmente costituiscono il substrato. Sotto gli ingenti materiali di riporto, si rinvengono talvolta terreni limo-sabbiosi-torbosi con alghe appartenenti al vecchio fondo marino. Il substrato antico è costituito da una sequenza di depositi di argille siltose, argille con letti sabbioso-argillosi, sabbie argillose, sabbia media e sabbia medio-fine con componente limosa variabile, limi sabbiosi con ciottoli sparsi e passate di ghiaietto appartenenti al Pleistocene Inferiore, periodo Calabriano. La sequenza dei sedimenti calabriani si estende in profondità per molte decine e forse centinaia di metri.

3.3 Indagini dei siti.

Si analizzano ora le stratigrafie che sono disponibili per i siti in indagine al fine di confrontarne i dati effettivi con la stratigrafia dedotta con le prove CPT e CPTU per mezzo delle varie carte di classificazione. Le prove penetrometriche che successivamente si dettaglieranno si sono realizzate nelle immediate vicinanze sì da rendere comparabili i dati per il confronto cui siamo interessati.

Nel territorio di Paganico sono state realizzate un totale di 6 prove penetrometriche CPTU in due siti posti a breve distanza come evidenziato nella cartografia ma con caratteristiche ben diverse l’uno dall’altro: nel primo, Villa Massei, 4 prove CPTU, nel secondo, in Via delle Capanne, le rimanenti 2. Le prove CPTU in particolare erano adiacenti nel giardino di Villa Massei al sondaggio S9, mentre in Via delle Capanne al sondaggio S2.

Il sondaggio S9, di Villa Massei, ha reso la seguente stratigrafia che ha evidenziato come già precedentemente descritto nella geologia un iniziale strato di limi argillosi su uno più profondo di sabbie e ghiaie.

2)

profondità Stratigrafia

Da pc a 0.5m Limo sabbioso con resti vegetali

Da 0,5m a 2m Limo sabbioso argilloso mediamente compatto Da 2m a 3m Limo argilloso sabbioso mediamente compatto

Da 3m a 4m Limo argilloso sabbioso con abbondanti frammenti litoidi Da 4m a 5m Limo argilloso sabbioso con frammenti litoidi, ciottoli e ghiaia Da 5m a 6m Ciottoli e ghiaia in abbondante matrice sabbiosa limosa marrone Da 6m a 6.5m Sabbia media debolmente limosa

Le 4 prove CPTU sono state effettuate come esposto nell’immagine in prossimità del sondaggio S9. In particolare, le prove P1, P2 e P3 sono state eseguite con una velocità costante di penetrazione pari a 2 cm/s, valore indicato dalle normative, mentre per la prova P4 abbiamo proceduto con una velocità ridotta pari a 1 cm/s, poiché durante tale prova è stata effettuata anche una prova di dissipazione per poter valutare la consolidazione e la permeabilità dell’orizzonte indagato.

Per quanto riguarda invece Via delle Capanne, la stratigrafia riscontrata col sondaggio S2 è similare alla tipologia del sondaggio S9, come di seguito evidenziato:

Come nel caso di Villa Massei, entrambe le prove penetrometriche, P5 e P6, sono state realizzate a breve distanza l’una dall’altra con lo scopo di ottenere indicazioni riguardanti sia il grado di eterogeneità del “Bellettone” costituito da limo sabbioso – sabbia limosa, sia le caratteristiche dello strato argilloso sottostante, sia indicazioni stratigrafiche correlabili poi con quelle ottenute dal sondaggio S2. Per la presenza di ghiaie nocive all’integrità del penetrometro nel suo avanzamento le prove sono state interrotte a 5,50m di profondità

profondità stratigrafia

Da pc a 2m Limi sabbiosi

Da 2m a 3 m Limi sabbioso argillosi sciolti

Da 3 m a 4.5 m Limi argillosi di colore poco consistenti.

Da 4.5 m a 8 m

Sabbie grossolane e ghiaie addensate inframmezzati da livelli di limi sabbiosi seguiti fino a 6m da ghiaie e ciottoli in scarsa matrice.

Da 8m a 15m Ciottoli di dimensioni variabili in matrice sabbiosa prevalente da addensata a molto addensata.

2) Il rilevato della strada provinciale SP3, Bientina-Altopascio

Lo studio di questa strada fa riferimento a due zone, ritenute le più critiche, a causa di cedimenti e deformazione del manto, si trovano rispettivamente al km 8.9 ed al km 10.3. In queste particolari zone sono stati effettuati sondaggi e prove penetrometriche.

Per la prima zona la prova CPTU è stata indicata con il nome di P1, con il rispettivo sondaggio indicati con S1. I sondaggi sono stati effettuati sul rilevato stradale che ha un’altezza di 2,42 m rispetto al piano di campagna che si trova ad una quota di 5,73 m sul livello del mare.

Per la seconda zona sono state effettuate sia una prova CPTU, indicata con P2, che una prova CPT meccanica, oltre al sondaggio indicato con S2. L’altezza del rilevato in questa zona è di 3,67 m rispetto al piano di campagna che si trova ad una quota topografica di 5,13 m sul livello del mare.

profondità stratigrafia

Da pc a 2m Riporto stabilizzato Da 2m a 3 m Limi argilloso sabbioso

Da 3m a 5.3m Limo argilloso debolmente sabbioso con tracce di torba Da 5.3 m a 7.6m Limo con sabbia deb. argilloso

Da 7.6m a 12m Limo debolmente argilloso e sabbioso Da 12m a 12.7 m Limo con sabbia debolmente argilloso Da 12.7m a 13.4m Sabbie limosa argillosa

La planimetria di seguito riportata aiuta a capire in maniera più dettagliata le caratteristiche della strada, in modo da poter eseguire al meglio l’analisi di confronto.

profondità stratigrafia

Da pc a 1.8m Riporto stabilizzato Da 1.8m a 3.9m Limi con argilla sabbioso Da 3.9m a 4.9m Torba e limo argilloso

Da 4.9 m a 7.2m Limo con argilla e torba sparsa

Da 7.2m a 14.2m Limo con sabbia argilloso e sabbioso argilloso

Da 14.2m a 16m Sabbia debolmente limosa con tracce di ciottoli di 1cm Da 16m a 17.6m Ghiaia e sabbia

3) Il palazzo ACI sito in Pisa, zona Pisanova.

Nell’ambito del progetto di consolidamento della palazzina ACI, veniva effettuato un sondaggio S1 nell’area evidenziata, allo scopo di valutarne, con l’utilizzo contemporaneo di prove CPTU, i cedimenti differenziali che inficiano la stabilità della struttura.

profondità stratigrafia

Da pc a 1.5m Terreno di riporto Da 1.5m a 3.6m Sabbia fine limosa Da 3.6m a 5.6m Limo sabbioso argilloso Da 5.6 m a 7m Sabbia fine debolmente limosa Da 7m a 11m Sabbia fine argillosa

Successivamente sono state effettuate 8 prove CPTU, omogeneamente distribuite come visibile nella planimetria sottostante attorno il complesso con lo scopo di verificare l’omogeneità stratigrafica del terreno sotto l’edificio.

In particolare la prima prova, CPTU 1, è stata effettuata in prossimità del sondaggio eseguito, in modo da correlare con precisione la stratigrafia rilevata direttamente durante il carotaggio con quella deducibile dalla prova CPTU, ed in seguito confrontata con le altre prove eseguite attorno la palazzina stessa in modo da avere un confronto diretto ed immediato sull’omogeneità della stratigrafia. Inoltre si sono istallati due piezometri tipo Casagrande a differenti profondità, allo scopo di studiare le caratteristiche geotecniche del terreno e di monitorare la variazione del livello di falda, che è risultata essere di 1,75m.

4) Il porto di Livorno, ristrutturazione della Darsena Calafati

Nel 2001 sono state effettuate nella Darsena Calafati 5 sondaggi a rotazione a carotaggio continuo fino alla profondità di 35 metri, che hanno mostrato le stratigrafie riportate nelle pagine seguenti. Verranno successivamente analizzati i risultati delle 13 prove CPT effettuate nelle vicinanze dei carotaggi con le carte di classificazione in uso. La falda si trova a 1 metro dal piano di campagna.