2 D ESCRIZIONE DELL ’ OPERA IN PROGETTO

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I

1 PREMESSA ... 2

2 DESCRIZIONE DELL’OPERA IN PROGETTO ... 2

3 CENNI DI GEOLOGIA ... 2

4 INDAGINI GEOTECNICHE EFFETTUATE E RISULTATI ... 3

4.1 Indagini geotecniche effettuate ... 3

4.2 Interpretazione dei risultati delle indagini geotecniche ... 4

4.3 Risultati delle indagini geotecniche ... 5

4.3.1 Opere 1 ... 5

4.3.2 Opera 2 ... 7

4.3.3 Opera 3 ... 8

4.3.4 Opera 4 ... 9

5 MODELLI GEOTECNICI ADOTTATI ... 12

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1 P ^REMESSA

Il presente documento costituisce la relazione geotecnica redatta nell’ambito della progettazione definitiva dell’adeguamento della strada S.R. 220 “Pievaiola” nel tratto tra Capanne e Fontignano.

Lo scopo della relazione è principalmente quello di definire le caratteristiche geotecniche dei terreni, localmente in corrispondenza delle principali opere d’arte.

Nel corpo del documento, successivamente alla descrizione dell’opera in progetto, con particolare attenzione alle principali opere d’arte, e da un breve inquadramento geologico, si riporta la descrizione delle indagini effettuate e dei risultati da esse ottenute. Infine, sulla base di tali risultati si riporta la caratterizzazione geotecnica dei terreni e si riepilogano i modelli geotecnici adottati per il dimensionamento delle principali opere d’arte.

2 D ESCRIZIONE DELL ’ OPERA IN PROGETTO

Tab. 1 – Elenco opere d’arte principali.

Opera

n° Tipo intervento Descrizione Progressiva

(Km)

1 Sottopasso pista ciclabile scatolare in c.a. 0+645

2 Sottopasso per viabilità secondaria e pista ciclabile n°1 scatolare in c.a. 3+539 3 Sottopasso per viabilità secondaria e pista ciclabile n°2 scatolare in c.a. 4+864

4 Adeguamento ponte esistente Torrente Cestola 6+372

3 C ENNI DI GEOLOGIA

Lungo il tracciato in progetto, le formazioni affioranti sono costituite dalla più antica alla più recente da sedimenti marnoso-argillosi con arenarie in strati e banchi (mma); arenarie quarzoso-feldspatiche-micacee alternati ad argille e marne siltose con a luoghi frequenti

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interstrati di brecciole e calcareniti (mg); complesso conglomeratico-sabbioso inferiore costituito da puddinghe e sabbie e da livelli argillosi con banchi di lignite in facies fluvio-lacustre (v¹T);

complesso conglomeratici-sabbioso superiore costituito da puddinghe e sabbie e da argille di facies fluvio-lacustre a luoghi lignitifere, argille con lignite di Tavernelle e soprastanti puddinghe trasgressive (q²T); depositi alluvionali recenti ed attuali prevalentemente sabbiosi, coltri eluviali e colluviali in bacini fluviali, lacustri e palustri del Pleistocene (a). In Fig. 1, si riporta uno stralcio della Carta Geologica d’Italia.

Fig. 1 – Stralcio della Carta Geologica d’Italia.

4 I NDAGINI GEOTECNICHE EFFETTUATE E RISULTATI

Di seguito si descrivono le indagini geotecniche effettuate nell’area di interesse dell’opera al fine di determinare le caratteristiche geotecniche dei terreni di fondazione, e i risultati ottenuti da tali indagini.

4.1 INDAGINI GEOTECNICHE EFFETTUATE

Lungo il tracciato stradale in oggetto, distribuiti in modo piuttosto uniforme, sono stati effettuati nove sondaggi a carotaggio continuo, spinti sino a profondità comprese tra 10 m e

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27 m, diciassette prove penetrometriche statiche CPT (Cone Penetration Test) e una prova penetrometrica dinamica continua DPSH e sono stati effettuati sette pozzetti esplorativi con escavatore.

Durante l’esecuzione dei sondaggi, sono stati prelevati diciotto campioni indisturbati di terreno e sono state effettuate tredici prove penetrometriche standard SPT (Standard Penetration Test). Infine, sette dei nove sondaggi a carotaggio continuo sono stati strumentati con piezometro a tubo aperto.

Su parte dei campioni indisturbati prelevati sono state effettuate prove di laboratorio per l’identificazione e la classificazione e per la determinazione dei parametri meccanici di resistenza e deformabilità. In dettaglio, sono state determinate la curva di distribuzione granulometrica, il contenuto naturale d’acqua, il peso dell’unità di volume e i limiti liquido e plastico di Atterberg (ove possibile). Inoltre sono state effettuate prove di taglio diretto in scatola di Casagrande e prove di compressione ad espansione laterale libera, al fine di determinare le caratteristiche di resistenza (coesione efficace c’, angolo di attrito ϕ’ e coesione non drenata cu) e prove edometriche allo scopo di stimare le caratteristiche di deformabilità (modulo elastico).

4.2 INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI DELLE INDAGINI GEOTECNICHE

Dall’esecuzione dei sondaggi e delle prove penetrometriche continue è stato possibile individuare la stratigrafia dei terreni che interessano le opere in progetto. I risultati di tali indagini confermano sostanzialmente quanto indicato nell’inquadramento geologico e cioè che i terreni interessati dall’opera sono costituiti prevalentemente da depositi alluvionali e fluvio- lacustri a granulometria variabile sia arealmente sia verticalmente. Solo in corrispondenza di due verticali di indagini è stato rinvenuto il substrato marnoso arenaceo.

Dai risultati delle prove penetrometriche statiche inoltre è stato possibile determinare il valore della coesione non drenata mediante la correlazione con la resistenza alla punta qc ottenuta dall’esecuzione della prova, come

18 z cu qc− ⋅

= γ

(dove γ è il peso dell’unità di volume). I risultati delle prova CPT, generalmente utilizzata per caratterizzare terreni coesivi, nei casi in cui non si avevano a disposizione ulteriori in daini in prossimità di un’opera d’arte, sono stati interpretati anche adottando la relazione proposta da Caquot ( ^ϕ

σ

tan 04 . 3 '

0

10 ^⋅

=

v

qc ) per

caratterizzare terreni a prevalente componente sabbiosa.

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Dai risultati delle prove SPT effettuate in corrispondenza dei livelli sabbiosi, è stato possibile determinare il valore dell’angolo d’attrito adottando le correlazioni proposte da Schmertmann (1978) che legano ϕ’ direttamente al numero di colpi, alla tensione efficace verticale alla quota in cui è stata eseguita la prova e alla distribuzione granulometrica del terreno interessato. Dalle stesse formule, è stato possibile determinare anche il grado di addensamento di tali livelli sabbiosi, mediante la stima del valore della densità relativa Dr.Per la stima della deformabilità è stata utilizzata la formula empirica E'= 7⋅ N_SPT che correla il numero di colpi al modulo di Young EÈ^.

Sui campioni indisturbati sono state effettuate prove di taglio diretto al fine di determinare i valori dei parametri di resistenza, angolo d’attrito ϕ’ e coesione efficace c’ e a prove di compressione ad espansione laterale libera che ha fornito il valore della coesione non drenata cu.

Dalle prove è stato possibile determinare il valore del modulo edometrico E_edo e da questo il

valore del modulo di Young come

( ) ( )

(

)

ν ν

−

⋅

−

⋅

⋅ +

= 1

2 1 ' E_edo 1

E , dove ν è il modulo di Poisson per

il quale è stato assunto un valore compreso tra 0.2 e 0.25.

Infine, mediante il monitoraggio in corrispondenza dei fori di sondaggio strumentati con piezometro, è stato possibile individuare il livello statico della falda freatica.

4.3 RISULTATI DELLE INDAGINI GEOTECNICHE

Di seguito, per ciascuna opera d’arte individuata (cfr. §2) si riportano i risultati delle indagini effettuate in prossimità dell’opera stessa.

4.3.1 Opere 1

Per la caratterizzazione geotecnica dei terreni che interessano l’opera 1 (sottopasso) sono stati utilizzati i risultati dei sondaggi S1 ed S2 e delle prove penetrometriche statiche CPT1 e CPT2. In corrispondenza dei sondaggi sono state effettuate quattro prove SPT e sono stati prelevati cinque campioni indisturbati. Sugli spezzoni di carota prelevati, in corrispondenza dei livelli a prevalente componente fine sono state effettuate prove scissometriche speditive e prove con penetrometro tascabile per determinare il valore della cu.

I sondaggi S1 ed S2 indicano che i terreni che interessano il primo tratto di strada, dunque l’opera in oggetto, sono costituiti prevalentemente da argille limose con una percentuale variabile della frazione sabbiosa. I risultati delle prove penetrometriche confermano quanto appena esposto. Infatti l’andamento regolare con la profondità della resistenza alla punta indica

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la presenza di materiale fine leggermente sovraconsolidato, con valore medio della cu di 120 kPa (Fig. 2).

0 100 200 300 400

cu (kPa)

10 8 6 4 2 0

z (m)

0 4 8 12 16 20

qc (MPa)

10 8 6 4 2 0

z (m)

Fig. 2 - Andamento con la profondità della qc e della cu (CPT1 e CPT2).

Dato che le prove SPT sono state effettuate tutte in corrispondenza di livelli a prevalentemente componente argilloso limosa, non si ritengono molto significative e dunque non sono state prese in considerazione ai fini di caratterizzare i terreni in esame.

Invece, i risultati delle prove di laboratorio, opportunamente interpretati, sono stati assunti per la caratterizzazione dei terreni in esame. In Fig. 3, si riporta la distribuzione granulometrica ottenuta sui campioni prelevati, mentre in Tab. 2, si riportano i risultati determinati dalle prove di laboratorio effettuate sui cinque campioni indisturbati. Anche la distribuzione granulometrica dei campioni indisturbati di terreno prelevati confermano la prevalente componente fine dei terreni.

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0.001 0.01 0.1 1 10 100

D (mm) 0

20 40 60 80 100

Passante (%)

granulometrie S1C1 S1C2 S2C1 S2C2 S2C3

Limo Sabbia Ghiaia

Fig. 3 – Distribuzione granulometrica( campioni sondaggi S1 e S2).

Tab. 2 – Risultati prove di laboratorio (campioni sondaggi S1 e S2).

Campione γ (kN/m³) c’ (kPa) ϕ’ (°) cu (kPa) E’ (kPa)

S1C1 19.7 29 29 120 218

S1C2 19.5 16 33 130 119

S2C1 19.7 6 27 120 145

S2C2 2035 6 25 - 38

S2C3 19.5 - - 108 -

Dal monitoraggio effettuato in corrispondenza dei piezometri installati nei fori di sondaggio, è stato rilevato un livello della superficie libera della falda ad una profondità compresa tra 3.5 m e 3.8 m e tra 2.1 m e 2.4 m rispettivamente in corrispondenza del sondaggio S1 ed S2.

4.3.2 Opera 2

In prossimità dell’opera 4, costituita da un sottopasso scatolare in c.a., è disponibile la sola prova penetrometrica statica CPT11. I terreni che interessano tale opera risultano essere a prevalente componente sabbiosa, come dimostrato dall’andamento irregolare della resistenza alla punta. Pertanto, i risultati della prova CPT sono stati interpretati con la formula di Caquot, determinando il valore dell’angolo di attrito. In fig, si riporta l’andamento con la profondità della resistenza alla punta della prova CPT11 e il valore dell’angolo d’attrito determinato

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interpretando tali risultati con la formula di Caquot, adottando una profondità della falda di 1.8 m, come indicato sul profilo geologico, ed un valore del peso dell’unità di volume γ di 19 kN/m³.

0 4 8 12 16 20

qc (MPa)

10 8 6 4 2 0

z (m)

0 10 20 30 40

ϕ (°)

10 8 6 4 2 0

z (m)

Fig. 4 - Andamento con la profondità della qc e di ϕ’ (CPT11).

4.3.3 Opera 3

Anche in prossimità dell’opera 5, costituita sempre da un sottopasso scatolare in c.a., è disponibile solo una prova penetrometrica statica (CPT14) e anche in tal caso, i terreni che interessano l’opera risultano a prevalente componente sabbiosa. Pertanto, i risultati della prova CPT sono stati interpretati con la formula di Caquot, determinando il valore dell’angolo di attrito. In fig, si riporta l’andamento con la profondità della resistenza alla punta della prova CPT14 e il valore dell’angolo d’attrito determinato interpretando tali risultati con la formula di Caquot, adottando una profondità della falda di 1.8 m, come riportato sul profilo geologico, ed un valore del peso dell’unità di volume γ di 19 kN/m³.

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0 4 8 12 16 20

qc (MPa)

10 8 6 4 2 0

z (m)

0 10 20 30 40

ϕ (°)

10 8 6 4 2 0

z (m)

Fig. 5 - Andamento con la profondità della qc e di ϕ’ (CPT14).

4.3.4 Opera 4

Per la caratterizzazione geotecnica dei terreni interessati dall’opera d’arte 4, anche se solo adeguamento del ponte esistente sul il fiume Cestola, sono stati utilizzati i risultati ottenuti dall’esecuzione dei sondaggi S8 ed S9 e della prova CPT19. durante l’esecuzione dei sondaggi sono stati anche prelevati sei campioni indisturbati di terreno e sono state effettuate quattro prove SPT. Inoltre, sugli spezzoni di carota prelevati sono state effettuate sistematicamente prove scissometriche speditive e prove con penetrometro tascabile per determinare il valore della cu.

I risultati dei sondaggi, così come quelli della prova CPT, indicano che i primi 10 m di terreno sono costituiti da un livello a prevalente componente sabbiosa. Al di sotto di 10 m invece diventa predominante la componente fine. Pertanto, ai fini della caratterizzazione geotecnica, per i primi 10 m di terreno sono stati presi in considerazione i risultati delle prove SPT e sono stati trascurati i risultati delle prove di laboratorio (ad eccezione della distribuzione granulometrica) effettuate sui campioni prelevati. Al contrario per lo strato inferiore sono stati presi in considerazione solo i risultati delle prove di laboratorio effettuate sui campioni indisturbati prelevati. In tal caso, i risultati della prova CPT non sono stati elaborati con la formula di Caquot, in quanto per il livello a prevalente componente sabbiosa si avevano a disposizione i risultati delle prove SPT, più attendibili per tale tipologia di terreno. In Fig. 6 si riporta

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l’andamento con la profondità della resistenza alla punta della prova CPT19, mentre in Fig. 7, si riporta la distribuzione granulometrica ottenuta sui campioni prelevati.

Osservando il grafico della distribuzione granulometrica, si evince come i campioni prelevati nei primi 10 m di terreno (S8C1, S9C1 e S9C2) sono quelli a prevalente componente granulare.

In Tab. 3, si riportano i risultati delle due prove SPT effettuate in corrispondenza dei primi 10 m di terreno, mentre in Tab. 4, si riportano i risultati delle prove di laboratorio effettuate sui tre campioni di terreno prelevati in corrispondenza del livello argilloso-limoso.

0 4 8 12 16 20

qc (MPa)

10 8 6 4 2 0

z (m)

Fig. 6 - Andamento con la profondità della qc (CPT19).

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0.001 0.01 0.1 1 10 100

D (mm) 0

20 40 60 80 100

Passante (%)

granulometrie S8C1 S8C2 S8C3 S9C1 S9C2 S9C3

Limo Sabbia Ghiaia

Fig. 7 – Distribuzione granulometrica( campioni sondaggi S8 e S9).

Tab. 3 – Risultati prove SPT.

Prova NSPT DR (%) ϕ’ (°) E’ (kPa)

S8-SPT1 32 70 37 39

S9-SPT1 10 43 34 22

Tab. 4 – Risultati prove di laboratorio (campioni sondaggi S8 e S9).

Campione γ (kN/m³) c’ (kPa) ϕ’ (°) cu (kPa) E’ (kPa)

S8C1 18.0 24 27 60 59

S8C2 16.0 - - 121 -

S9C3 18.0 33 30 50 59

Dal monitoraggio effettuato in corrispondenza dei piezometri installati nei fori di sondaggio, è stato rilevato un livello della superficie libera della falda ad una profondità compresa tra 4.4 m e 4.8 m e tra 2.8 m e 3.0 m rispettivamente in corrispondenza del sondaggio S8 ed S9.

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5 M ODELLI GEOTECNICI ADOTTATI

Alla luce dei risultati ottenuti dalle indagini geotecniche effettuate in situ ed in laboratorio sui terreni che interessano le principali opere d’arte in progetto, è stato possibile definire i modelli geotecnici da adottare per il dimensionamento di tali opere.

In Tab. 5, per ciascuna opera d’arte si riportano i modelli geotecnici adottati.

Tab. 5 – Modelli geotecnici adottati per le principali opere d’arte.

Opera

n° Litotipo Base strato (m)

γ (kN/m³)

c’

(kPa) ϕ’ (°)

cu (kPa)

E’

(kPa)

Profondità falda (m)

1, 2 e 3 Limo argilloso - 19.0 6 27 120 150 2.1

4 Sabbia limosa - 19.0 0 30 - 20 1.8

5 Sabbia limosa - 19.0 0 30 - 20 1.8

6 Sabbia limosa 10 20.0 0 34 - 22

Argilla-limosa - 18.0 24 27 60 59 2.8