CAPITOLO 5

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CAPITOLO 5

CARATTERIZZAZIONE LITOLOGICO-TECNICA

5.1. INTRODUZIONE

All’interno della campagna di rilievo effettuata nel corso del 2004-2005 è stata svolta la caratterizzazione litologico-tecnica degli ammassi rocciosi e delle coperture, che ha permesso di distinguere, Unità Litologico-Tecniche (U.L.T), ossia aree del territorio studiato dalle caratteristiche geomeccaniche omogenee. Questa suddivisione in U.L.T. è il risultato di varie operazioni comprendenti il rilevamento geologico, geomorfologico e la descrizione dei parametri geomeccanici delle rocce s.l. ottenute attraverso prove in sito e in laboratorio. Ad integrazione dei dati di campagna sono stati analizzati i risultati di vari sondaggi geognostici a carotaggio continuo e prove Spt, forniti dai comuni di Barga e Gallicano

Sono state effettuate osservazioni su ammassi rocciosi secondo le indicazioni della classificazione geomeccanica di Bieniawski (paragrafo 5.3), in modo da poter fornire l’indicie RMR (Rock Mass Rating), che definisce la qualità degli ammassi stessi, nello studio della stabilità dei versanti.

Si è poi provveduto, a dare una restituzione grafica al lavoro svolto mediante la realizzazione della carta litotecnica in scala1:5000, la quale mostra la distribuzione sul territorio delle U.L.T. individuate.

Per realizzare il suddetto elaborato sono state seguite le Istruzioni Tecniche del Programma VEL (Valutazioni Effetti Locali) della Regione Toscana (Ferrini et al. 1998), adattato per studio della stabilità e della propensione al dissesto dei versanti, che rappresenta la finalità del presente lavoro di tesi.

Le U.L.T. (Ferrini et al., 1998), sono state suddivise in tre gruppi principali (substrato roccioso, materiali a comportamento intermedio e coperture), che verranno di seguito descritti.

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5.1.1. SUBSTRATO ROCCIOSO

In questa categoria ricadono le U.L.T. A e B, caratterizzate da litologie competenti, che vengono differenziate in base alla struttura; entrambe le U.L.T. possono essere ulteriormente distinte in sottoclassi sulla base di fattori quali: la resistenza meccanica, il grado di fatturazione e le condizioni dei giunti.

• Struttura

U.L.T. A - materiale lapideo costituito da unico litotipo non stratificato.

Questa U.L.T. comprende sia rocce lapidee massicce (figura 5.1) sia brecce e conglomerati ad elevato grado di cementazione. Sono rocce non stratificate o con bancate di spessore superiore ai 3 metri.

Figura 5.1: esempio di struttura dell’ammasso.

U.L.T. B – materiale lapideo stratificato o costituito da alternanze di diversi litotipi.

L’U.L.T. comprende sia rocce stratificate (B1 o B2), che quelle costituite da alternanze ordinate di livelli lapidei e pelitici (con contrasto di competenza) (B3, B4, B5), nonché quelle costituite da alternanze disordinate (caotiche) (Bc). Le rocce pelitiche ricadono nell’ U.L.T. B5 (figura 5.2).

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figura 5.2: vari esempi di strutture dell’ammasso visibili in campagna. • Resistenza a compressione monoassiale della roccia intatta (r)

La resistenza a compressione uniassiale (tabella 5.1) della roccia intatta può essere stimata nei seguenti modi:

- Prove manuali, vengono applicate soprattutto nel caso di rocce molto deboli, in cui i metodi sotto elencati non possono essere applicati

- Sclerometro di Schmidt, da cui si ricavano i valori di resistenza a compressione uniassiale.

- Point Load Test, da cui si ricava la resistenza al carico puntuale (attraverso una relazione opportuna possono essere poi ricavati i valori di resistenza a compressione uniassiale).

La descrizione per la misura della resistenza meccanica, mediante lo Sclerometro di Schmidt ed il Point Load Test, sarà effettuata nel paragrafo 5.2.

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Tabella 5.1. resistenza meccanica: intervalli dei valori, correlazione dei vari metodi e descrizione delle prove manuali

• Discontinuità dell’ammasso (d)

Questo parametro prende in considerazione il grado di fatturazione dell’ammasso roccioso (tabella 5.2), ed è rappresentato dalla spaziatura media (Xm) delle discontinuità, intesa come media intercetta; ossia come rapporto fra la lunghezza dello stendimento (

s

, in cm) ed il numero di discontinuità intercettate (

n

_d):

X

m

= s / n

d

Tabella 5.2: classificazione della spaziatura media delle discontinuità

Di norma la valutazione della spaziatura media delle discontinuità andrebbe calcolata su affioramenti di almeno 10-20 m ( Ferrini et al., 1998), tuttavia nella maggior parte dei casi l’area indagata non presenta la possibilità di effettuare stendimenti di tale lunghezza. La spaziatura media è stata allora elaborata sulla base delle estensioni disponibili, in corrispondenza di quelle discontinuità che

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possono rappresentare effettive superfici di separazione. Infine , quando possibile, la Xm è stata misurata lungo tre direzioni con diversa orientazione, facendo poi riferimento alla media dei tre valori ottenuti.

Una volta calcolato il valore della spaziatura media è stato ricavato l’indice RQD (Rock Quality designation Index) mediante la relazione empirica di Priest & Hudson (1976):

RQD = 100(1+0.1f)(-0.1f)

con f frequenza delle discontinuità, espressa dal reciproco della spaziatura media: f = 1 / Xm

L’indice RQD, secondo varie fonti letterarie, permette una stima quantitativa della qualità dell’ammasso roccioso sulla base del recupero percentuale di carotaggio, tenendo conto dei singoli spezzoni di carota con lunghezza maggiore o uguale a 10 cm. In questo ambito, non avendo a disposizione carotaggi, l’indice RQD, è stato determinato mediante la formula riportata sopra.

• Condizioni delle discontinuità (c)

Questo parametro comprende tutte quelle caratteristiche (tabella 5.3) delle discontinuità, che possono influenzare, più o meno direttamente, il comportamento geomeccanico dell’ammasso roccioso.

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5.1.2. MATERIALI A COMPORTAMENTO INTERMEDIO

In questa categoria ricadono le U.L.T. C e D che comprendono le rocce s.l. con caratteristiche intermedie tra quelle del substrato roccioso e delle coperture. Queste due classi vengono differenziate, essenzialmente, in base alla struttura: materiali granulari cementati, materiali coesivi consistenti.

• Struttura

U.L.T. C – materiali granulari cementati

In questa Unità sono comprese rocce e rocce deboli costituite da materiale prevalentemente granulare con grado di cementazione medio basso, che presentano caratteristiche intermedie tra quelle delle rocce e quelle delle coperture. Possono rientrare in questa U.L.T. anche le rocce lapidee intensamente degradate ed alterate, come per esempio blocchi di arenaria “Macigno” in matrice sabbiosa residuale poco cementata (figura 5.3).

Figura 5.3: materiali granulari con medio-basso grado di cementazione

U.L.T. D – materiali coesivi consistenti

In questa categoria rientrano i terreni coesivi con consistenza elevata. Le argilliti e le siltiti ricadono nell’ U.L.T. B; le argille e i limi poco consistenti in quella F. All’interno di questa classe i materiali vengono distinti in funzione della granulometria dominante:

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- D 1: limi - D 2: argille

L’U.L.T. C può essere ulteriormente suddivisa, utilizzando le indicazioni riportate precedentemente nella descrizione del substrato roccioso, in base al grado di cementazione (tabella 5.4), ai valori di spaziatura media delle fratture (tabella 5.5) ed alla descrizione delle discontinuità (tabella 5.6).

• Resistenza a compressione uniassiale/grado di cementazione

dell’ammasso

Il grado di cementazione viene determinato sia con prove manuali sia attraverso la resistenza a compressione della roccia.

Tabella 5. 4: determinazione del grado di cementazione. • Discontinuità dell’ammasso

Tabella 5.5. descrizione delle discontinuità dell’ammasso. • Condizioni delle discontinuità

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L’U.L.T. D viene, invece, ulteriormente suddivisa in funzione della consistenza e delle discontinuità dell’ammasso.

• Consistenza

E’ stata determinata attraverso prove manuali e quando possibile, utilizzando dati di penetrometrie effettuate nella zona studiata (tabella 7).

Tabella 5.7: determinazione della consistenza. • Discontinuità dell’ammasso

Specifica la natura delle discomntinuita, se presenti (tabella 8)

Tabella 5.8: natura delle discontinuità dell’ammasso.

5.1.3. COPERTURE

In questa categoria ricadono le U.L.T. D ed E, che comprendono le terre s.s. e si differenziano in base alla struttura: materiali granulari non cementati o poco cementati, materiali con consistenza limitata o nulla.

•

Struttura

U.L.T. E – materiali granulari non cementati o poco cementati

In questa Unità sono compresi i terreni con stato di addensamento da addensato a sciolto costituite da materiale prevalentemente granulare non cementato o con lieve grado di cementazione. Per le diverse granulometrie lo stato di addensamento può essere valutato mediante prove manuali o prove penetrometrice Spt. Le sabbie, le brecce ed i conglomerati secondo il grado di addensamento o

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cementazione possono ricadere nell’U.L.T. E o nell’U.L.T. C; il limite tra le due Unità corrisponde convenzionalmente ad un numero di colpi della prova Spt pari a 50.

All’interno di questa classe i materiali vengono suddivisi in funzione della granulometria dominante

- E1 ciottoli e blocchi e detrito grossolano

(elementi lapidei di dimensioni mediamente >60 mm) - E2 ghiaie

(elementi lapidei compresi mediamente tra 2-60 mm) - E3 sabbie

(granuli di dimensioni comprese tra 2-0,06 mm)

U.L.T. F - materiali con consistenza limitata o nulla

Questa Unità comprende i terreni coesivi a bassa consistenza. La consistenza può essere stimata mediante prove manuali o mediante la misura della resistenza alla penetrazione con penetrometro o scissometro tascabile. Il limite tra l’U.L.T. D e l’U.L.T. F può essere considerato, convenzionalmente, corrispondente ad un valore di resistenza a compressione uniassiale (non drenata) pari a 250 kPa.

All’interno di questa classe i materiali vengono suddivisi in funzione della granulometria dominante.

- F1 limi - F2 argille

Le due U.L.T. vengono ulteriormente suddivise in base alla tessitura, alle discontinuità dell’ammasso, e allo stato di addensamento/consistenza.

•

Stato di addensamento/consistenza

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Tabella 5.10: stato di consistenza dei materiali coesivi.

•

Tessitura

Tabella 5.11: caratteristiche tessiturali del materiale.

•

Discontinuità dell’ammasso

Tabella 5.12: discontinuità all’interno dell’ammasso.

5.2 STRUMENTAZIONE E RISULTATI

La valutazione delle caratteristiche fisico-meccaniche di rocce e coperture è avvenuta sia attraverso le osservazioni e le prove manuali sopra descritte, sia tramite prove strumentali in situ e analisi di laboratorio.

Al fine di descrivere e classificare in maniera più accurata le coperture ed i materiali a comportamento intermedio sono stati presi in considerazione vari sondaggi geognostici forniti dalle amministrazioni comunali di Barga e Gallicano. Presso il laboratorio di Geologia Applicata e Geotecnica dell’Università di Pisa è stato possibile effettuare sia analisi di consistenza (limti di Atterberg) e

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granulometriche (setacciatura e sedimentazione) su campioni di terra, sia prove di resistenza a compressione (Point Load Test) su campioni di roccia intatta; i valori di resistenza cosi ottenuti sono stati poi confrontati con quelli ricavati in campagna utilizzando lo Sclerometro di Schmidt.

5.2.1 Sclerometro di Schmidt

Viene utilizzato per avere una valutazione speditiva della resistenza alla compressione in campagna. Questo strumento consente la correlazione tra indice di Schmidt e resistenza alla compressione uniassiale in funzione del peso di volume della roccia.

Il martello o sclerometro di Schmidt si basa sulla misura del rimbalzo di un pistoncino metallico che percuote violentemente la roccia, mediante la spinta procuratagli da una molla; esso fornisce un valore locale della resistenza.

Dato che l’errore cui può essere affetta la misura, per valori superiori a 100 MPa, è mediamente abbastanza elevato (>± 50 MPa), è opportuno che ogni prova consti di un minimo di 5 letture per ogni superficie. Sempre per minimizzare l’errore è buona norma:

- raschiare la porzione di roccia in esame per l’eliminazione delle eventuali patine di alterazione

- posizionare lo sclerometro ortogonalmente alla superficie rocciosa

- eseguire la prova su una superficie poco rugosa e lontana da altre discontinuità

Noto il peso di volume della formazione interessata è possibile utilizzare la tabella 5.13, che consente di mettere in relazione l’indice di rimbalzo, rilevato con lo strumento, con la resistenza alla compressione uniassiale.

L’affidabilità di questo metodo viene meno quando vengono effettuate misure su ammassi molto fratturati, in quanto le discontinuità provocano una diminuzione dell’indice di rimbalzo, di una quantità non determinabile. Un’altra limitazione dello strumento riguarda il campionamento di litologie poco resistenti (peliti), in quanto per valori bassi dell’indice di Schmidt, non si riesce a mettere in relazione l’indice stesso con il peso specifico della roccia.

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Tabella 5.13:Diagramma per la valutazione della resistenza a compressione uniassiale del materiale; sull’asse delle ascisse sono riportati gli indici di rimbalzo, secondo l’inclinazione del martello rispetto all’orizzontale, al centro le linee guida che rappresentano i pesi di volume espressi in KN/m3 _{e sull’asse delle ordinate sono riportati i relativi valori di}

resistenza alla compressione uniassiale in MPa; il rigato verticale a sinistra fornisce l’errore medio.

Un ulteriore metodo per stimare la resistenza a compressione uniassiale, a partire dai dati acquisiti tramite lo sclerometro, è stato quello di utilizzare la formula di Miller (1966) :

RCU (MPa) = 10( 0,00088 · γ · R + 1,01 )

Dove:

γ = peso di volume (KN/m3 ) R = indice medio di rimbalzo

Questo metodo non tiene conto dell’orientazione del martello rispetto alla superficie su cui viene eseguita la misura. Di seguito (tabella 5.14) vengono riportati i valori medi di resistenza a compressione uniassiale determinati sia con il metodo di Miller (RCUMILLER) che con quello grafico(RCUSCL); nella figura 5.22 di pagina 128 sono riportate le ubicazioni delle prove effettuate con lo sclerometro.

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PROVE SCLEROMETRICHE

Stazione n° Formazione R RCUSCL RCUMILLER

1 RET 44,1 110,6 112,2 2 RET 43,2 97,6 106,8 3 ANL 39,3 79,6 85,1 5 MAS 49,1 136,6 142,9 6 CCA 36,6 61,7 67,3 9 CCA 35,5 52,5 62,3 10 POD 57,3 57,3 68,9 11 ANL 39 68,4 83,7 13 CCA 31,8 47,5 52,5 14 MAS 50,4 150,8 153,2 19 POD 34 66,1 64 23 SVL 40,4 81,5 87,3 24 MAI 44,8 109,4 115,5 26 POD 38,6 69,2 82 31 SVL 35,8 59,5 68,4 41 POD 38,2 63,3 80,2 43 SVL 37,5 58,9 74,9 50 MAI 40,1 92,7 89,6 51 SVL 38,2 53,5 77,7 52 MAC 38,3 59,2 69 53 STO3 44,4 95,3 111,2 55 STO competente 39,9 75,8 88,6 56 STO3 40,2 75,4 86,6 57 STO3 37,8 84,2 77,8 60 STO competente 39,5 73,2 86,7 61 LIM 43 96,8 101,2 62 POD 40 80,6 88,3 66 STO3 43,4 90,6 105,2 70 MAC 36,2 52,6 62,1 71 LIM 46,6 110,6 122,6 74 LIM 42,3 84,3 97,4 77 MAI 38,2 74,6 80,8 81 MAI 38,6 88,6 82,6 82 SVL 39,2 74,2 81,9 85 LIM 42,6 91,2 99,2 86 MAC 16,4 18,8 23,1 91 CCA 34 47,8 58,8 92 LIM 40,8 82,8 90,1 93 MAS 48,6 138,5 139,1 95 ANL 29,6 38,3 50,4 96 OTO 38,1 70,6 79,1 98 STO3 39,5 76,8 85,3

Tabella 5.14: schema riassuntivo dei risultati di resistenza ottenuti attraverso l’utilizzo dello sclerometro di Schmidt; R: indice di rimbalzo medio dello sclerometro; RCUMILLER:

resistenza valutata utilizzando la formulo di Miller; RCUSCL: resistenza valutata con il

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5.2.2 Determinazione dei pesi di volume

Il peso di volume, per ogni formazione, è stato determinato effettuando pesate dei campioni (almeno 3 per ogni litologia) immersi in acqua, utilizzando un contenitore analogo a quello esemplificato in figura 5.4 e operando secondo i seguenti punti:

-

Pulizia dei campioni ed eventuale riduzione delle dimensioni

-

Pesata a secco dei campioni (Pc)

-

Impermeabilizzazione dei campioni con vernice spray fissativa

-

Nuova pesata a secco dei campioni per valutare l’eventuale assorbimento dell’impermeabilizzante e relativo aumento di peso (Pci)

-

Pesata del contenitore colmo d’acqua fino al punto 0 (P1)

-

Pesata del contenitore colmo d’acqua fino al punto 0 con immerso il campione (P2)

Figura 5.4: contenitore utilizzato in laboratorio per determinare il peso di volume delle rocce.

Con i dati suddetti è possibile calcolare il peso di volume per ogni campione con la seguente formula:

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Dove: Pv =peso di volume

Pc =peso del campione a secco

dH20 =densità dell’acqua in funzione della temperatura P1= peso del contenitore colmo d’acqua

P2 = peso del contenitore colmo d’acque e del campione impermeabilizzato Pci = peso del campione a secco impermeabilizzato

Per ciascuno dei campioni prelevati dalle formazioni affioranti nell’area di studio è stato calcolato il peso di volume medio e la relativa deviazione standard

.

Formazione Peso di volume (g/cm³) Deviazione standard (g/cm³) CCA 2,54 ±0,09 RET 2,68 ±0,04 MAS 2,65 ±0,02 ANL 2,66 ±0,06 LIM 2,63 ±0,03 POD 2,66 ±0,02 SVL 2,62 ±0,02 DSD 2,28 ±0,06 MAI 2,67 ±0,02 STO3 2,65 ±0,03 STO pelite 2,53 ±0,04 STO competente 2,67 ±0,05 MAC 2,46 ±0,08 OTO 2,65 ±0,04

Tabella 5.15: peso di volume e relativa deviazione standard delle formazioni litoidi presenti nell’area di studio.

5.2.3 Point load test

Questo test permette di valutare la resistenza a compressione di campioni di roccia, sottoponendoli, fino a rottura, alla pressione di due elementi sagomati a cono e terminanti con una punta sferica.

La macchina per il test è costituita da un sistema di carico (braccio di carico, pompa, martinetto e due punte), un sistema per misurare il carico richiesto per rompere il campione ed un sistema di misurazione della distanza delle punte a

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contatto con il campione. Il valore del carico di rottura prevede un’accuratezza di lettura del ± 2%.

Dalla prova si ottiene un indice di resistenza I_s, definito dal rapporto:

I_s= P/D2

Dove:

P = forza applicata a rottura (daN) D = diametro del campione (mm)

Originariamente la prova veniva eseguita solo su spezzoni di carota (diametro di 50 mm), attualmente I_spuò essere ottenuto anche da campioni di roccia con forme irregolari.Per rendere confrontabili i risultati ottenuti su campioni aventi dimensioni diverse, si utilizza la Size Correction Chart (figura 5.5) che consente di ricavare un nuovo valore di I_sriferito ad un diametro standard di 50 mm: I_s(50).

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Anche questo sistema di misura è influenzato dalle discontinuità. Se la spaziatura dell’ammasso roccioso è più piccola delle dimensioni del campione, la resistenza finale del campione stesso sarà influenzata da tali discontinuità. Altre limitazioni riguardano il fatto che per bassi valori di IS e D non è possibile utilizzare la Size Correction Chart e quindi risulta impossibile confrontare i risultati ottenuti.

Visti i limiti del PLT e del martello di Schmidt la resistenza delle litologie più deboli (Diaspri, Macigno, litofacies pelitica della Scaglia Toscana) è stata determinata attraverso le prove manuali elencate al paragrafo 5.1.1.

La resistenza determinata con il Point Load Test è stata poi correlata con la resistenza a compressione uniassiale attraverso la seguente formula di conversione:

RCU(MPa) = 24 (I_s50)

I risultati ottenuti sono elencati nella tabella 5.16; l’ubicazione delle stazioni geomeccaniche è visibile nella figura 5.22di pagina 128.

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POINT LOAD TEST Stazione

n° Formazione IS50MEDIO RCUPLT

1 RET 5,8 139,2 2 RET 4,7 112,8 3 ANL 3,6 86,4 5 MAS 5,9 141,6 6 CCA 2,2 52,8 9 CCA 2,5 60 10 POD 3 72 11 ANL 2,9 69,6 13 CCA 2,3 55,2 14 MAS 6 144 19 POD 3,9 93,6 23 SVL 4,1 98,4 24 MAI 4,8 115,2 26 POD 3,5 84,6 31 SVL 3,1 74,4 41 POD 3,5 84 43 SVL 2,9 69,6 50 MAI 3,4 81,6 51 SVL 3,7 88,8 52 MAC 2,3 55,2 53 STO3 4,9 117,6 55 STO competente 4,3 103,2 56 STO3 3,6 86,4 57 STO3 4,7 112,8 60 STO competente 3,8 93,6 61 LIM 4,6 110,4 62 POD 3,2 76,8 66 STO3 4,1 98,4 70 MAC 2,5 60 71 LIM 4,3 103,2 74 LIM 4,9 117,6 77 MAI 2,9 69,6 81 MAI 3,8 91,2 82 SVL 3,6 86,4 85 LIM 4,4 105,6 86 MAC 0,8 20,4 91 CCA 2,7 64,8 92 LIM 4,2 100,8 93 MAS 5,6 134,4 95 ANL 1,8 43,2 96 OTO 3,1 74,4 98 STO3 2,9 69,6

Tabella 5.16: schema riassuntivo della resistenza a compressione delle formazioni lapidee affioranti nell’area di studio.

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I dati ricavati dalle due prove di resistenza sono stati poi confrontati per verificare la relazione tra i valori ottenuti con le due diverse strumentazioni (figura 5.6 e 5.7). Correlazione PLT vs RCUSCL y = 21,312x 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 1 2 3 4 5 6 7 Is(50) (MPa) RC U SC L (M P a )

Figura 5.6: retta di correlazione tra i dati di resistenza ricavati con il Point Load Test (IS50)

e con lo sclerometro utilizzando il metodo grafico (RCUSCL).

Correlazione PLT vs RCUMILLER

y = 23,214x 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 5 6 7 Is(50) (MPa) RC U MIL L E R (M P a )

Figura 5.7: retta di correlazione tra i dati di resistenza ricavati con il Point Load Test (IS50)

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Le rette di correlazione ottenute nei due grafici si discostano leggermente da quella teorica y = 24x; ciò può essere imputato all’elevata fatturazione e alterazione di alcuni ammassi rocciosi su cui sono state effettuate le misure. Le litologie che tendono ad abbassare il coefficiente della retta di correlazione risultano essere soprattutto i Calacari e marne a Posidonia, il calcare selcifero della Val di Lima e il Calacare selcifero di Limano.

Nel complesso la correlazione tra i due metodi utilizzati per definire la resistenza degli ammassi rocciosi è risultata comunque buona, soprattutto utilizzando la formula di Miller.

5.2.4 Analisi granulometrica

Questa analisi è avvenuta in due fasi successive; nella prima, la granulometria dominante delle terre è stata determinata in campagna attraverso prove manuali (figura 5.8), nella seconda, si è invece provveduto ad analizzare in laboratorio campioni disturbati di materiale detritico.

I campioni sono stati prelevati per mezzo di fustelle cilindriche in acciaio, aventi diametro di 4 cm, infisse nel terreno a percussione.

L’obbiettivo dell’analisi granulometrica è quello di raggruppare, in diverse classi di grandezza, le particelle costituenti il terreno e di determinare successivamente le percentuali in peso di ciascuna classe, riferendole al peso secco del campione iniziale.

Le informazioni ottenute dall’analisi granulometrica vengono presentate sottoforma di curve, dove ad ogni diametro del setaccio considerato, viene indicata la percentuale in peso rispetto al campione secco iniziale, della frazione passante (percentuale in peso di campione che passa da un determinato setaccio). Allo scopo di visualizzare più facilmente la distribuzione del materiale, i diametri delle particelle sono rappresentati in scala logaritmica.

In laboratorio i campioni di materiale detritico sono stati studiati utilizzando due metodi, quello per setacciatura e un metodo indiretto basato sui tempi di sedimentazione delle particelle in acqua distillata, che permette di identificare elementi di dimensioni dell’ordine del micron.

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Figura 5.8: schema per la determinazione in campagna ne della tessitura dei terreni.

Prima della setacciatura i campioni sono stati essiccati in stufa a 105°C per valutarne l’umidità naturale; dopo di che i campioni essiccati sono stati disgregati per via umida per evitare l’adesione tra le particelle. In questo procedimento sono stati utilizzati tre setacci sovrapposti, con diametro decrescente verso il basso e un’apposita carta filtro che ha permesso di trattenere le particelle con dimensioni minori di 0,045 mm.Dopo la disgregazione i campioni sono stati nuovamente essiccati in stufa a 105°C e successivamente setacciati..

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La figura 5.9 mostra i setacci, le loro dimensioni e la macchine scuotitrice utilizzata.

Figura 5.9: macchina scuotitrice e pila di setacci utilizzati (a sinistra); dimensioni nominali delle maglie dei setacci (a destra).

La percentuale in peso di passante per ogni setaccio è stata calcolata con la seguente formula:

P(di) = P(dmin) +

∑

dj < diTj = 100 -

∑

dj < diTj

Dove

P(dmin) = percentuale al setaccio di apertura minima Tj = percentuale di trattenuto al setaccio di apertura Dj

L’analisi delle particelle passanti al setaccio 0,045 è stata effettuata con il metodo della sedimentazione, tale metodo permette di determinare la distribuzione granulometrica delle particelle di limo e argilla.

Le dimensioni delle particelle sono state determinate misurandone il tempo di sedimentazione all’interno di un cilindro (250 ml), contenente una dispersione

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delle particelle stesse (10 g) in una soluzione di acqua distillata e un’antiflocculante, che impedisce alle particelle di aggregarsi. Per il calcolo del diametro del singolo granulo di argilla e limo si fa riferimento alla legge di Stokes che approssima la forma di ogni singolo granulo a quella di una sfera.

D =

√

(1800

η/ γs - γw

) ·

ν

Dove:

γs = peso specifico della sfera (g/cm3) γw =peso specifico del liquido (g/cm3) D = diametro della sfera (mm)

η = viscosità del liquido (g sec/cm2) ν = velocità di sedimentazione (cm/sec)

La prova consiste nel misurare la velocità di caduta delle particelle, cioè il tempo che la singola particella impiega per percorrere una determinata distanza. Le letture di tale distanza vengono effettuate mediante un densimetro (figura 5.10), che viene introdotto nel cilindro contenente le particelle in esame. La distanza a cui si fa riferimento è rappresentata dal pelo libero della soluzione e il baricentro del densimetro stesso; il tempo viene misurato con un cronometro.

Figura 5.10: densimetro con scala 1000-1050 costituito da uno stelo e da un bulbo di vetro a sezione circolare, perfettamente assialsimmetrico, in modo da poter galleggiare sempre in posizione verticale, per qualsiasi posizione del baricentro rispetto al pelo libero.

Ogni lettura effettuata sulla scala graduata del densimetro, in corrispondenza del pelo libero dell’acqua, corrisponde alla distanza percorsa dalle particelle di terreno

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dalla superficie dell’acqua al baricentro del densimetro. La correlazione tra questi due valori è espressa da una retta dove HR rappresenta la distanza percorsa dalle particelle di terreno nel corso della fase di sedimentazione e RH rappresenta la lettura fatta sull’asta graduata del densimetro.

HR = HL + 1/2 ·

(

HB – VB/SC

)

Dove

VB = volume del bulbo HB = altezza del bulbo

SC = sezione del cilindro di sedimentazione

HL = distanza dalla singola lettura alla base dello stelo

RH = (R-1)V dove R è la lettura sull’asta graduata e V è il volume della soluzione

Nell’interpretare la formula c’è da tenere presente che:

- Il baricentro del bulbo è inteso come baricentro geometrico e quindi si trova al centro del bulbo (HB/2)

- Il termine VB/SC tiene conto del fatto che, introducendo il densimetro nel cilindro il pelo libero dell’acqua si solleva di una quantità pari appunto a VB/SC.

Mettendo in diagramma HR in funzione di RH otteniamo una retta (figura 5.11): HR = a + b · RH Retta correlazione Rh-Hr y = -0,7046x + 14,164 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 Rh Hr

Figura 5.11: retta di correlazione tra la distanza percorsa dalla particella di terreno durante la sedimentazione (HR) e la lettura eseguita sull’asta del densimetro (RH).

(25)

L’equazione della retta serve per calcolare direttamente la distanza di caduta delle particelle data la lettura del densimetro.

La lettura effettuata allo stelo del densimetro non corrisponde esattamente al pelo libero della superficie dell’acqua all’interno del cilindro, ma alla posizione del menisco; si tratta di un fenomeno di risalita capillare dell’acqua che viene corretto con la seguente formula:

R’H = RH + CM

Dove

R’H = lettura di densità corretta CM = correzione del menisco

La prova è stata eseguita sul passante al diametro 0,106 mm dell’analisi per setacciatura in modo tale da avere un campo di sovrapposizione tra i due metodi e riuscire cosi a correlare in maniera migliore i dati delle due prove.

A questo punto è possibile determinare il diametro delle particelle a partire dalla legge di Stokes vista prima:

D =

√

(1800

η/ γs - γw

) ·

ν = D =

√

(1800

η/ γs - γw

) ·

√

HR/βt

Dove: η= 1,81 · 10-5

/ 1+ 0,034T + 0,00022T2 (g · sec/cm2) γs =peso specifico delle particelle di terreno (g/cm3) γw = densità dell’acqua distillata (g/cm3)

βt = tempo (sec) misurato a partire dall’inizio della prova corrispondente alla lettura HR

La percentuale di terreno avente diametro inferiore al valore D, vale a dire la percentuale di particelle passanti all’ideale setaccio di apertura pari al diametro calcolato D è data dalla seguente espressione:

(26)

% = R’H · 100/PS · γS/ γS- γW

Dove:

R’H = lettura di densità corretta

PS = peso secco del materiale utilizzato per la prova

Adesso occorre moltiplicare la percentuale calcolata dalla formula precedente per la percentuale in peso che in fase di setacciatura è risultata passante al setaccio 0,106 mm in modo da ottenere la percentuale in peso sul totale del campione; con questo calcolo è possibile ottenere un’unica curva granulometrica completa.

La classificazione delle coperture utilizzata nel presente lavoro fa riferimento alle Norme AGI che suddividono le particelle che compongono il terreno in quattro classi granulometriche in funzione delle loro dimensioni:

GHIAIA: granuli con dimensioni > 2mm

SABBIA: granuli con dimensioni comprese tra 2 e 0,06mm LIMO: granuli con dimensioni comprese tra 0,06 e 0,002 ARGILA: particelle con dimensioni < 0,002

La Normativa AGI (Associazione Geotecnica Italiana) prevede la denominazione dei terreni in base alla loro composizione.

Il primo termine rappresenta la classe granulometrica percentualmente più abbondante; i termini successivi indicano le classi secondarie che vengono denominate nel seguente modo:

- Percentuale compresa tra 50% e 25%: si fa precedere il nome dalla preposizione “con”.

- Percentuale compresa tra il 25% e il 15%: si fa seguire il nome dal suffisso “-oso”.

- Percentuale compresa tra il 15% e il 5%: si fa precedere il nome dall’aggettivo “debolmente” e si fa seguire dal suffisso “-oso”.

(27)

Di seguito vengono riportate le curve granulometriche ricavate dalle analisi di laboratorio, mentre i siti in cui sono stati prelevati i campioni sono visibili nella figura 5.22 di pagina 128. curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te ( % )

Copertura detritica (F1) in corrispondenza delle Calacareniti di Montegrossi (Scaglia toscana); la composizione media è risultata essere: 40% ghiaia, 42,5% sabbia, 13,4% limo, 4,1% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa. curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te ( % )

Copertura detritica(F2) in corrispondenza della Maiolica; la composizione media è risultata essere: 40,1% ghiaia, 48,8% sabbia, 7,9% limo, 3,2% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa.

(28)

curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te ( % )

Copertura detritica (F3) in corrispondenza del Calcare selcifero di Limano e dei Calcari e marne a Posidonia; la composizione media risulta essere: 16,2% ghiaia, 67,1% sabbia, 12,4% limo, 4,3% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia ghiaiosa debolmente limosa. curva granulometrica 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 p a ss an te ( % ) 0,00 10,00 20,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm)

Copertura detritica(F4) in corrispondenza del Macigno e del membro calcarenitico della Scaglia toscana; la composizione media risulta essere: 19% ghiaia, 64,1% sabbia, 13,5% limo, 3,4% argilla. La copertura stata classificata come una sabbia ghiaiosa debolmente limosa.

(29)

Copertura detritica (F5) in corrispondenza del Calcare selcifero di Limano; la composizione media risulta essere: 29% ghiaia, 54,5% sabbia, 12% limo, 4,5% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa.

Copertura detritica (F6) in corrispondenza del Macigno e dei membri calcarenitici e pelitici della Scaglia toscana; la composizione media risulta essere: 29,7% ghiaia, 51,2% sabbia, 14,8% limo, 4,3% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa.

(30)

Copertura detritica (F7) in corrispondenza del Calcare selcifero della Val di Lima e dei Diaspri; la composizione media risulta essere: 37,7% ghiaia, 45,3% sabbia, 14,3% limo, 2,7% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa. curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te ( % )

Copertura detritica (F8) in corrispondenza dei Calcari e marne a Posidonia; la composizione media risulta essere: 14,8% ghiaia, 54,5% sabbia, 26,5% limo, 4,2% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con limo debolmente ghiaiosa.

(31)

Copertura detritica (F9) in corrispondenza della Scaglia Toscana; la composizione media risulta essere: 26,9% ghiaia, 51,9% sabbia, 16,4% limo, 5,7% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa e argillosa.

Copertura detritica (F10) in corrispondenza del Macigno e delle Brecce di S. Maria; la composizione media risulta essere: 28,1% ghiaia, 55,4% sabbia, 11,6% limo, 4,9% argilla. La copertura è stata classificata come una sabbia con ghiaia debolmente limosa.

(32)

curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p ass an te ( % )

Terreno (F11) a granulometria fine che rappresenta le argille di Fornaci di Barga; La composizione media risulta essere: 0% ghiaia, 17,8% sabbia, 62,9% limo, 19,3% argilla. Il terreno è stato classificato come un limo argilloso sabbioso.

curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te (% )

Terreno (F12) a granulometria fine che rappresenta le argille di Fornaci di Barga; La composizione media risulta essere: 0% ghiaia, 43,9% sabbia, 46,9% limo, 9,2% argilla. Il terreno è stato classificato come un limo con sabbia debolmente argilloso.

(33)

Terreno (F13) a granulometria fine che rappresenta le Argille, Sabbie di Fornaci di Barga; La composizione media risulta essere: 0% ghiaia, 18,4% sabbia, 66,7% limo, 14,9% argilla. Il terreno è stato classificato come un limo sabbioso debolmente argilloso.

curva granulometrica 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 diametro (mm) p a ss an te (% )

Terreno (F14) a granulometria fine che rappresenta le Argille, Sabbie di Fornaci di Barga; La composizione media risulta essere: 0,5% ghiaia, 26,2% sabbia, 59,4% limo, 13,9% argilla. Il terreno è stato classificato come un limo con sabbia debolmente argilloso.

(34)

Le analisi effettuate rappresentano dati puntuali, in quanto, anche all’interno della stessa copertura possono verificarsi variazioni granulometriche, a seconda del punto in cui è stato effettuato il campionamento del terreno. Nonostante questo tali analisi hanno permesso di definire le caratteristiche granulometriche prevalenti delle coperture dell’area di studio.

5.2.5 Limiti di consistenza o di Atterberg

L’analisi granulometrica permette di ottenere valutazioni quantitative per quanto riguarda le dimensioni delle particelle componenti un terreno, ma non dà alcuna informazione sulle caratteristiche dei minerali di argilla che nel caso dei materiali coesivi rivestono un’importanza prevalente e ne influenzano il comportamento fisico meccanico. Quest’ ultimo, nel caso delle argille, è strettamente legato alla presenza di acqua, che viene adsorbita dalle singole particele, creando legami più o meno saldi.

Quando si aggiunge una certa quantità di acqua ad un terreno argilloso essiccato, viene a crearsi una sottile pellicola d’acqua adsorbita attorno alla singola particella. Al crescere del contenuto d’acqua si ottiene una pellicola di spessore maggiore, che ad un certo momento permette alle particele di scorrere reciprocamente. Il comportamento del terreno è dunque influenzato dalla quantità di acqua presente nel sistema.

I limiti di consistenza, introdotti da A. Atterberg, si basano sul concetto che un terreno argilloso può esistere in uno dei quattro stati seguenti, in funzione del suo contenuto d’acqua:

- Stato liquido - Stato plastico - Stato semisolido - Stato solido

I contenuti d’acqua corrispondenti ai limti di separazione tra due stati contigui sono appunto i Limiti di Atterberg (figura 5.12).

(35)

Limite liquido: minimo contenito d’acqua per il quale il terreno scorre per effetto di una piccola pressione (dell’ordine di 2-3 kPa) e si comporta come un fluido viscoso.

Limite plastico: minimo contenuto d’acqua per il quale il terreno può essere deformato plasticamente senza frantumarsi.

Limite di ritiro: contenuto d’acqua al di sotto del quale il terreno non subisce più riduzione di volume se viene essiccato.

Figura 5.12: rappresentazione dei limiti di Aterberg .

Nel presente studio sono stati valutati per ogni campione, il limite liquido e quello plastico sul passante al setaccio 0,425.

• Determinazione del limite liquido (WL)

Sulla base delle modalità esecutive la definizione del limite liquido viene formulata nei seguenti termini:

“contenuto d’acqua per il quale un campione di argilla, posto in una coppa di ottone di dimensioni standard, suddiviso in due parti da un apposito utensile solcatore e fatto rimbalzare da un’altezza costante di 10 mm per 25 volte, determina la chiusura del solco per una lunghezza di 13 mm.”

Le caratteristiche geometriche dell’utensile di Casagrande e dell’utensile solatore sono presentate nelle figure 5.13 – 5.14..

(36)

Figura 5.13: caratteristiche geometriche dell’apparecchio di Casagrande.

Figura 5.14: caratteristiche geometriche dell’utensile solcatore.

In base alla definizione presentata ad inizio paragrafo, la determinazione del limite liquido risulterebbe di difficile attuazione; infatti è abbastanza improbabile ottenere la chiusura del solco per una lunghezza di 13 mm, esattamente con 25 colpi. E’ stato comunque dimostrato che la relazione tra contenuto d’acqua e numero di colpi necessari a far chiudere il solco come richiesto dalla prova, si può considerare lineare per un numero di colpi compreso tra 15 e 35.

La preparazione del campione è avvenuta mescolando la parte con diametro minore a 0,425 mm con acqua distillata fino ad ottenere un composto omogeneo; il campione è stato poi messo nella cucchiaia di Casagrande per mezzo di una apposita spatola. Una volta ottenuta una superficie pressoché liscia, senza bolle d’aria, è stata effettuata l’incisione mediante l’utensile solcatore. L’incisione è avvenuta per ripetuti passaggi dell’utensile in modo da evitare strapi e discontinuità. Al termine di questa operazione è stata fatta cadere la cucchiaia di Casagrande contando i colpi necessaria far richiudere il solco di 13 mm.

(37)

W = (PU+PT) – (PS+PT) / (PS+PT) - PT

Dove:

PS = peso del campione essiccato per almeno 12 ore in stufa a 105 ° PU = peso del campione umido

PT = peso del recipiente in cui è stato posto il campione

I risultati, tre prove per ogni campione con contenuto d’acqua differente, si dispongono in un diagramma semilogaritmico con il contenuto d’acqua, espresso in scala aritmetica sulle ordinate, in funzione del numero di colpi, espresso in scala logaritmica sulle ascisse. Il passo successivo è quello di tracciare una retta di regressione lineare che intercetti i tre punti e in corrispondenza di N = 25 viene estrapolato il contenuto d’acqua corrispondente (figura 5.15); tale valore espresso in percentuale e arrotondato all’unità rappresenta il limite liquido.

LIMITE LIQUIDO 23,50 24,00 24,50 25,00 25,50 26,00 26,50 1 10 100 n° di colpi W % ( c ont e nut o di 'a c qua )

Figura 5.15: diagramma per la determinazione del limite liquido. Le linee tratteggiate in rosso permettono di determinare il contenuto in acqua corrispondente al numero di colpi pari a 25. In figura è rappresentato l’esempio del campione F7 in cui il limite liquido è risultato pari ad 24.

(38)

I risultati di questa prova sono influenzati sia dallo stato di efficienza dell’apparecchio di Casagrande, ma soprattutto dall’esperienza e dalla perizia dell’operatore; la loro influenza può essere limitata soltanto dalla pratica e dalla ripetitività esecutiva.

• Determinazione del limite plastico (WP)

Il limite plastico è definito come il contenuto d’acqua per il quale un bastoncino di argilla, plasmato più volte manualmente fino a portarlo al diametro di 3 mm, tende a disgregarsi e a sbriciolarsi a causa della riduzione di umidità.

Come si può osservare, le modalità esecutive dipendono sostanzialmente dall’esperienza e dalla pratica dell’operatore, in quanto la strumentazione di prova è sostanzialmente costituita dalla mano dell’operatore, dalla quantità di materiale utilizzato per plasmare il bastoncino di argilla, dalla pressione e dalla velocità di rotolamento esercitate (figura 5.16).

Figura 5.16: attrezzatura di prova per la determinazione del limite plastico.

Il contenuto d’acqua è stato calcolato con la seguente formula:

W = (PU+PT) – (PS+PT) / (PS+PT) - PT

Dove:

PS = peso del campione essiccato per almeno 12 ore in stufa a 105 ° PU = peso del campione umido

(39)

PT = peso del recipiente in cui è stato posto il campione

Sono state eseguite 3 prove per ogni campione in modo da limitare l’errore dato dalla soggettività della prova.

• Indice di plasticità (IP)

L’indice di plasticità viene calcolato come differenza tra il limite liquido ed il limite plastico e mostra l’intervallo in cui il terreno ha un comportamento plastico (tabella 5.17).

Tabella 5.17: indice di plasticità: in tabella sono elencate le varie classi di plasticità con il relativo intervallo di valori.

• Indice di consistenza (IC)

Allo scopo di caratterizzare meccanicamente un terreno argilloso sulla base dei limiti di Attemberg, è stato introdotto l’ indice di consistenza IC:

IC = WL – WN / IP

Dove:

WL = limite liquido

WN = contenuto d’acqua naturale [(WN = PU + PS / PS)· 100] IP = indice plastico

l’IC permette di definire la consistenza del terreno (tabella 5.18) e può essere correlato a grandezze meccaniche, quali: resistenza al taglio, compressibilità ecc. WN ≤ WP → IC ≥ 1 terreno molto consistente

(40)

WN ≥ WP → IC ≤ 0 terreno inconsistente

Tabella 5.18: indice di consistenza. • Indice di liquidità (IL)

Questo parametro è complementare all’indice di consistenza, ed è definito da:

IL = WN – WP / IP = 1 - IC

Ne segue che un terreno molto consistente presenta un indice di liquidità negativo; un terreno di bassa consistenza presenta indice di liquidità attorno ad 1.

Nella tabella seguente sono sintetizzati i risultati ottenuti attraverso le analisi sui limiti di consistenza.

(41)

LIMITI DI CONSISTENZA n°

campione WL% WP% WN% IP

grado

plasticità IC consistenza

F 1 35 27 15,61 8 poco plastico 2,42 semisolido F 2 24 21 11,93 3 non plastico 4,02 semisolido F 3 24 20 10,41 4 non plastico 3,39 semisolido F 4 27 23 12,64 4 non plastico 3,59 semisolido F 5 41 34 12,57 7 poco plastico 4,06 semisolido F 6 26 20 9,27 6 poco plastico 2,78 semisolido F 7 24 21 8,11 3 non plastico 5,29 semisolido F 8 25 21 11,34 4 non plastico 3,41 semisolido F 9 40 28 11,94 12 poco plastico 2,33 semisolido F 10 49 36 12,03 13 poco plastico 2,84 semisolido F 11 31 19 18,34 12 poco plastico 1,06 semisolido F 12 25 18 15,77 7 poco plastico 1,32 semisolido F 13 32 28 16,74 4 non plastico 3,82 semisolido F 14 28 21 25,92 7 poco plastico 0,3 molle plastico

Tabella 5.19: sintesi dei risultati dei limiti di consistenza ricavati dall’analisi dei campioni di terreno.

• Sistemi di classificazione

Data la varietà dei depositi naturali e le diverse esigenze pratiche che possono spingere ad un lavoro di classificazione, si comprende perché esistano vari sistemi ciascuno dei quali basato su alcuni degli indici visti precedentemente.

- Il primo sistema di classificazione preso in considerazione in questa tesi è quello delle Norme AGI (paragrafo 5.2.4), che suddivide il terreno in quattro classi granulometriche (ghiaie, sabbie, limi, argille), in funzione delle dimensioni delle particelle.

- Per quanto riguarda i limi e le argille, poiché il loro comportamento è influenzato sia dal tipo di minerale che dalla storia geologica, un sistema basato sulle dimensioni delle particelle perde significato. Per questo si è utilizzato il sistema proposto da Casagrande (1948), basato sui limiti di Atterberg (figura 5.17). I dati utilizzati sono il limite liquido e l’indice plastico. La retta (linea A) di equazione IP = 0,73 (WL – 20) distingue le argille inorganiche (sopra) dai limi organici, inorganici e dalle argille organiche; in funzione del valore di WL si distinguono inoltre le argille e i limi a bassa (WL < 30%), media (30% < WL < 50%) ed alta plasticità (WL > 50%).

(42)

Figura 5.17: carta di plasticità di Casagrande, adattata al sistema unificato. (1-argille inorganiche di bassa plasticità, 2-argille inorganiche di media plasticità, 3-limi inorganici di bassa compressibilità, 4-limi inorganici di media compressibilità e limi organici, 5-limi inorganici di alta compressibilitàe argille organiche, 6- argille inorganiche di alta plasticità).

- Un sistema più completo è quello Unificato (USCS). I terreni vengono qui suddivisi in cinque gruppi principali (tabella 5.20): due a grana grossa (passante al setaccio 200 minore del 50%), e cioè ghiaia (simbolo G) e sabbia (S), e tre a grana fine (passante al setaccio 200 maggiore del 50%) e cioè limi inorganici (M), argille inorganiche (C), limi e argille organiche (O). Ognuno di questi gruppi è ulteriormente suddiviso; le ghiaie e le sabbie, se la percentuale del fine è inferiore al 5%, sono suddivise in base al coefficiente di uniformità (CU = D60/D10) in ben distribuite (si aggiunge al simbolo principale G o S il simbolo W) o in poco distribuite (nuovo simbolo P). Se invece la percentuale del fine è maggiore del 12% occorre eseguire i limiti di consistenza; se si ottiene un IP minore di 4 (oppure se il punto sta al di sotto della linea A) il materiale è contrassegnato con il nuovo simbolo M; con IP maggiore di 7 (punto al di sopra della linea A) si ha un materiale con fine plastico e contrassegnato con il simbolo C. Per i terreni a grana fine i sottogruppi vengono distinti in relazione al limite liquido, se WL > 50% il nuovo simbolo adottato è H, mentre se WL < 50% viene applicato il simbolo L. Coefficiente di uniformità (CU) = D60 / D10 cioè il rapporto tra il diametro equivalente del 60% di passante ed il diametro equivalente del 10% di passante di un dato assortimento granulometrico.

(43)

CLASSIFICAZIONE USCS

Gruppo Descrizione Sottogruppo Caratteristiche

GW Fine<5%; CU>4 GP Fine<5%; CU<4

GM fine>12%;IP<4,sotto retta A G

Ghiaie la maggior parte della frazione grossa è trattenuta al setaccio 4 GC fine>12%;IP>7,sopra retta A SW Fine<5%; CU>4 SP Fine<5%;CU>6 SM fine>12%;IP<4,sotto retta A terre ni a gra n a gross a passa nte al seta ccio 20 0 < 50%

S Sabbie parte della frazione la maggior passa al setaccio 4 SC fine>12%;IP>7,sopra retta A CL WL<50% C Argille inorganiche CH WL>50% ML WL<50% M Limi inorganici MH WL>50% OL WL<50% Terreni a gra n a fine pas san te al seta ccio 20 0 > 50% O Limi e argille organici OH WL>50%

Tabella 5.20: schema di classificazione dei terreni del sistema Unificato USCS (Unified Soil Classification System).

Di seguito sono riassunti i dati ottenuti adottando le classificazioni: Norme AGI, USCS (tabella 5.21), e il diagramma di plasticità di Casagrande (figura 5.18).

Carta di plasticità di Casagrande

0 10 20 30 40 50 60 70 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Limte liquido WL Indi c e di pl a s ti c it à linea A MH-OH CH ML-OL CL CL-ML ML

Figura 5.18: classificazione del passante al setaccio 0,425 attraverso il diagramma di plasticità di Casagrande; i campioni F1 (triangolo color azzurro), F2 (fuscia), F5 (grigio), F10 (verde scuro) E F13 (verde limone) ricadono nel campo dei limi inorganici e organici di media compressibilità, quello F4 (marrone) nei limi inorganici di bassa compressibilità, l’F11 (viola) nelle argille inorganiche di media plasticità e i restanti campioni F3 (rosa), F6 (giallo), F7 e F9 (verde oliva), F12 (nero), F14 (turchino) ricadono nel campo delle argille inorganiche di bassa plasticità.

(44)

Campione Detrito AGI USCS

F1 STO3 sabbia con ghiaia _deb.limosa SC F2 MAI sabbia con ghiaia _deb.limosa SC F3 LIM-POD sabbia ghiaiosa debolmente limosa SM F4 MAC-STO3 sabbia ghiaiosa debolmente limosa SC F5 LIM sabbia con ghiaia _deb.limosa SC F6

MAC-STO-STO3

sabbia con ghiaia

deb.limosa SC

F7 LIM-DSD sabbia con ghiaia _deb.limosa SM F8 POD sabbia con limo _{deb. ghiaiosa} SM F9 STO

sabbia con ghiaia deb.

Limo-argillosa

SM F10 MAC-CCV2 sabbia con ghiaia _deb.limosa SC F11 AFB limo argilloso _sabbioso CL F12 AFB limo con sabbia _{deb. argilloso} CL F13 AFB limo sabbioso _{deb. Argilloso} ML F14 AFB limo con sabbia _{deb. argilloso} CL

Tabella 5.21: classificazione dei campioni di terreno attraverso l’utilizzo delle Norme AGI e USCS.

5.2.6 Sondaggi geognostici

In questo paragrafo viene riportato un esempio di sondaggio a carotaggio continuo (effettuato dallo studio di geologia LITOS, Lucca.) che a permesso di acquisire ulteriori dati sulle caratteristiche litologico – tecniche dell’area in esame (figura 5.19); nella figura 5.22 sono indicate le ubicazioni dei sondaggi considerati. Questo sondaggio è stato effettuato presso Fornaci di Barga per l’adeguamento sismico della scuola media ed ha raggiunto una profondità di 60 metri. Oltre alla stratigrafia e alla descrizione dei terreni in gioco, il sondaggio ha permesso di ricavare lo stato di addensamento/consistenza dei terreni attraversati attraverso le prove Spt effettuate in foro.

(45)

Figura 5.19: sondaggio geognostico effettuato pressola scuola media di Fornaci di Barga nell’ambito del progetto VEL della regione Toscana.

(46)

5.3 CLASSIFICAZIONE DI BIENIAWSKI

Questa classificazione, riassunta in tabella (5.22), permette di esprimere la qualità globale degli ammassi rocciosi, prendendo in considerazione dei parametri facilmente valutabili in campagna. Esistono varie versioni della classificazione di Bieniawski; le più usate sono quelle del 1976, del 1979 e del 1989.

La classificazione di Bieniawski tiene conto di cinque indici parziali relativi allo stato dell’ammasso e di un indice di correzione il cui valore è funzione dell’orientazione reciproca tra discontinuità e pendio.

- A1: resistenza della roccia intatta espressa come resistenza a compressione uniassiale o al carico puntuale.

- A2: RQD%,ricavato con la formula empirica di Priest & Hudson (1989). - A3: spaziatura media dei giunti espressa.

- A4: condizione dei giunti.

- A5: condizioni idrauliche dei giunti. - IC: indice di correzione.

Tabella 5.22: valutazione dei parametri (A1-5) relativi alla classificazione di Bieniawski, 1979.

(47)

B-RMR = A1+A2+A3+A4+A5

Al B-RMR viene poi sottratto l’indice di correzione IC ( tabella 5.23), ricavando cosi il valore RMR che permette di valutare la qualità dell’ammasso roccioso (tabella 5.24).

RMR = B-RMR - IC

Tabella 5.23: valori dell’indice di correzione (Bieniawski, 1979); tiene conto dell’orientazione dei giunti rispetto al pendio. L’indice di correzione varia da 0 nel caso di orientazione dei giunti favorevoli (giunti a reggipoggio) a -60 nel caso di giunti a franapoggio.

Tabella 5.24: classi di qualità dell’ammasso roccioso e sue caratteristiche meccaniche in funzione dell’indice RMR (Bieniawski, 1979)

Di seguito vengono elencate le formule per determinare i parameri geomeccanici principali degli ammassi, utilizzando il Basic RMR come suggerito dallo stesso Bieniawski (1989).

ϕ = 5+ (B-RMR/2)

c = 0,005 * B-RMR E = 10 (B-RMR – 10) / 40

dove

ϕ: angolo di attrito dell’ammasso roccioso (°) c: coesione dell’ammasso roccioso (Mpa)

(48)

La qualità degli ammassi rocciosi è stata, in questo studio, condotta secondo quanto indicato in Bieniawski 1979; utilizzando però la classificazione del 1989 per la definizione di alcuni parametri.

Attraverso Bieniawski 1979 è possibile valutare secondo una curva continua e non per classi discrete, come avveniva nelle classificazioni precedenti, i parametri A1 (resistenza della roccia), A2 (RQD), A3 (Spaziatura); inoltre questa classificazione da la possibilità di ricavare il parametro A4 (condizione dei giunti) in modo meno soggettivo, utilizzando una tabella più dettagliata

I parametri A1, A2, A3 possono essere ricavati rispettivamente attraverso i grafici di figura 5.19, 5.20, 5.21.

Figura 5.19: grafico per la valutazione del parametro A1 della classificazione di Bieniawski 1989.

(49)

Il parametro A4 viene ricavato attraverso la sommatoria di una serie di indici parziali, che tengono in considerazione la rugosità, l’apertura, la persistenza lineare, il riempimento e il grado di alterazione dei giunti (tabella 5.25).

Tabella 5.25: tabella per la valutazione del parametro A4 della classificazione di Bieniawski 1989.

Nell’effettuare la scelta di questi indici parziali c’è da tener presente che alcune condizioni si escludono a vicenda: se è presente un riempimento spesso diventerà irrilevante il contributo della rugosità. Infine c’è da puntualizzare che la definizione del parametro lunghezza del giunto spesso è risultata incerta a causa della limitata estensione degli affioramenti.

Di seguito viene riportata la tabella (5.26) riassuntiva della classificazione di Bieniawski applicata agli ammassi rocciosi dell’area di studio, mentre la figura 5.22 indica l’ubicazione delle stazioni geomeccaniche.

(50)

IV IV IV III V III III III III III IV V V IV IV V IV V V V III III III V III V V III III IV V III V IV IV V V III IV III V V V IV V s c adent e s c adent e s c adent e dis c ret a m o lt o s c ade nt e dis c ret a dis c ret a dis c ret a dis c ret a dis c ret a s c adent e m o lt o s c ade nt e m o lt o s c ade nt e s c adent e s c adent e m o lt o s c ade nt e s c adent e m o lt o s c ade nt e m o lt o s c ade nt e m o lt o s c ade nt e dis c ret a dis c ret a dis c ret a m o lt o s c ade nt e dis c ret a m o lt o s c ade nt e m o lt o s c ade nt e dis c ret a dis c ret a s c adent e m o lt o s c ade nt e s c adent a m o lt o s c ade nt e s c adent e s c adent e m o lt o s c ade nt e m o lt o s c ade nt e dis c ret a s c adent e dis c ret a dis c ret a dis c ret a dis c ret a s c adent e m o lt o s c ade nt e 0,2375 0,216 0,228 0,308 0,2475 0,293 0,2835 0, 2 9 0 ,313 0,3575 0,2205 0,2675 0,2135 0,2325 0,207 0,131 0,2245 0,2265 0,245 0,2625 0,2495 0,349 0,254 0,2375 0,2735 0,251 0,294 0,283 0,286 0,161 0,226 0,239 0,2675 0,2245 0, 2 0 ,308 0,2815 0,2995 0,1955 0,2795 0,285 0,3195 0,251 0,224 0,278 28, 75 26, 6 27, 8 35, 8 29, 75 34, 3 33, 35 34 _36, 3 40, 75 27, 05 31, 75 26, 35 28, 25 25, 7 18, 1 27, 45 27, 65 29, 5 31, 25 29, 95 39, 9 30, 4 28, 75 32, 35 30, 1 34, 4 33, 3 33, 6 21, 1 27, 6 28, 9 31, 75 27, 45 25 _35, 8 33, 15 34, 95 24, 55 32, 95 33, 5 36, 95 30, 1 27, 4 32, 8 40, 5 36, 2 38, 6 54, 6 -0 ,5 51, 6 49, 7 51 _55,6 _64,5 _37,1 3,5 _-17, 3 39, 5 34, 4 19, 2 37, 9 -14, 7 -1 1 -7 ,5 42, 9 62, 8 43, 8 -2 ,5 47, 7 0, 2 8, 8 49, 6 50, 2 25, 2 -4 ,8 40, 8 3, 5 37, 9 33 _11,6 6,3 _52, 9 32, 1 48, 9 50 _56,9 _43,2 _37,8 5,6 -7 -7 -7 -7 _-50 -7 -7 -7 -7 -7 -7 _-50 _-60 -7 -7 -7 -7 _-60 _-60 _-60 -7 -7 -7 _-50 -7 _-50 _-50 -7 -7 -7 _-50 -7 _-50 -7 -7 _-50 _-50 -7 -7 -7 -7 -7 -7 -7 _-50 47 ,5 43 ,2 45 ,6 61 ,6 49 ,5 58 ,6 56 ,7 58 ₆₂,6 ₇₁,5 ₄₄,1 ,5₅₃ ₄₂,7 ₄₆,5 ₄₁,4 ₂₆,2 ,9₄₄ ₄₅,3 49 ₅₂,5 ₄₉,9 ,8₆₉ ₅₀,8 ₄₇,5 ₅₄,7 ₅₀,2 ₅₈,8 ₅₆,6 ₅₇,2 ₃₂,2 ₄₅,2 ₄₇,8 ₅₃,5 ₄₄,9 40 ,6₆₁ ₅₆,3 ₅₉,9 ₃₉,1 ₅₅,9 57 ₆₃,9 ₅₀,2 ₄₄,8 ₅₅,6 10 10 10 15 15 15 15 15 15 15 7 15 10 15 10 10 7 10 10 15 10 15 15 10 10 15 15 15 15 7 15 10 15 10 10 15 15 15 10 15 15 15 15 10 15 3 3 3 6 5 5 5 5 5 5 5 3 5 5 3 1 5 1 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 5 3 5 5 5 1 3 5 5 5 1 5 6 6 5 3 5 2 2 2 6 4 4 4 4 4 4 2 4 4 4 4 2 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 6 4 4 4 2 4 4 4 4 4 4 4 6 4 4 3 3 5 5 5 5 5 5 5 5 3 5 3 3 5 1 3 5 3 5 3 5 3 5 5 3 3 5 3 1 1 3 5 5 3 5 5 3 1 3 5 5 3 3 5 1 1 0 1 1 4 4 1 1 1 4 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 5 1 1 1 1 0 1 4 1 1 1 1 5 1 1 4 4 2 4 4 4 4 4 4 2 4 1 0 2 2 2 4 2 4 4 6 4 4 4 4 4 4 4 2 6 4 6 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 2 4 6 RM R 6, 2 5, 9 6, 4 6, 2 5, 9 6, 4 6, 2 ₇ 7, 6 9, 6 5, 9 6, 4 5, 8 5, 2 5, 8 5, 2 6, 2 6, 4 6, 3 5, 9 6, 4 8, 2 5, 8 5, 9 6, 4 5, 8 7, 8 6, 3 6, 9 5, 2 5, 2 6, 2 5, 9 5, 8 5, 9 7, 8 6, 3 6, 4 6, 4 7, 6 6, 2 7, 3 5, 8 6, 2 6, 2 d 0, 07 0, 05 0, 09 0, 07 0, 05 0, 09 0, 07 0, 12 0, 17 0, 28 0, 05 0, 09 0, 04 0, 02 0, 04 0, 02 0, 07 0, 09 0, 08 0, 05 0, 09 0, 23 0, 04 0, 05 0, 09 0, 04 0, 19 0, 08 0, 11 0, 02 0, 02 0, 07 0, 05 0, 04 0, 05 0, 19 0, 08 0, 09 0, 09 0, 17 0, 07 0, 15 0, 04 0, 07 0, 07 RM R 6, 4 4, 1 8, 9 6, 4 4, 1 8, 9 6, 4 10 15 18 4,1 8,9 3,4 3 3,4 3 6,4 98, 7,6 4,1 8,9 17 3,4 4,1 8,9 3,4 8,9 7,6 11 3 3 6,4 4,1 3,4 4,1 12 7,6 8,9 8,9 10 6,4 10 3,4 6,4 6,4 RQD 28, 2 11, 1 43, 6 28, 2 11, 1 43, 6 28, 2 50 _76,6 _89,7 _11,1 6_43, _4,38 _0,01 _4,38 _0,01 _28,2 _43,6 _36,3 _11,1 6_43, _85,5 _4,38 _11,1 _43,6 38_4, _43,6 _36,3 _55,6 01_0, _0,01 _28,2 _11,1 _4,38 1_11, _80,1 _36,3 _43,6 _43,6 50 _28,2 50 _4,38 _28,2 _28,2 RM R 11, 9 10, 2 8, 3 12 5,5 6,3 7,1 7 5,9 _12, 1 9, 1 9, 2 10, 5 8, 3 7, 2 ₁ 8, 3 ₇ 8, 1 8, 5 5, 6 10, 6 9, 6 8, 5 10, 4 9 10, 1 7, 7 9, 3 ₁ ₁ 6, 2 9, 5 10, 7 7 _8,8 _8,4 _9,6 _2,8 _6,3 _9,4 11, 6 5 _7,2 7 RC U 13 9 11 3 86 ,4 14 2 52 ,8 60 72 ₆₉,6 ₅₅,2 ₁₄4 ,6₉₃ ₉₈,4 ₁₁5 ₈₄,6 ₇₄,4 52_3- 84 ₆₉,6 ₈₁,6 ₈₈,8 ,2₅₅ ₁₁8 ₁₀3 ₈₆,4 ₁₁3 ,6₉₃ 0₁₁ ₇₆,8 ₉₈,4 _3-25 5_3-2 60 ₁₀3 ₁₁8 ₆₉,6 ₉₁,2 ₈₆,4 ₁₀6 ₂₀,4 ₆₄,8 ₁₀1 ₁₃4 ₄₃,2 ₇₄,4 ₆₉,6 RE T RE T AN L MA S CCA CCA PO D AN L CCA MA S PO D SVL MA I PO D SVL DS D PO D SVL MA I SVL MA C STO 3 ST O c o m p et ent e STO 3 STO 3 ST O c o m p et ent e LI M PO D STO 3 STO STO MA C LI M LI M MA I MA I SVL LIM _MA C CCA LIM _MA S AN L OT O STO 3 1 2 3 5 6 9 ₁₀ ₁₁ ₁₃ ₁₄ ₁₉ ₂₃ ₂₄ ₂₆ ₃₁ ₃₄ ₄₁ ₄₃ ₅₀ ₅₁ ₅₂ ₅₃ ₅₅ ₅₆ ₅₇ ₆₀ ₆₁ ₆₂ ₆₆ ₆₇ ₆₉ ₇₀ ₇₁ ₇₄ ₇₇ ₈₁ ₈₂ ₈₅ ₈₆ ₉₁ ₉₂ ₉₃ ₉₅ ₉₆ ₉₈ RM R IC B-RM R A5 A4 -5 A4 -4 A 4 -3 C la sse Q u a lit à c (M p a ) φ (° ) A1 For m a z ione Sta z ione A 4 -2 A4 -1 A3 A2

Tabella 5.26: schema riassuntivo della classificazione di Bieniawschi applicata agli ammassi rocciosi dell’area di studio.

(51)

2 # # # # # S5 S4 S3 S2 S1 # # # # _F1 F1 3 F1 4 F1 1 # # # # # # # # # # F7 F8 F3 F5 F2 F4 F1 0 F1 F9 F6 6 ₁₄ 13 2 1 9 3 10 19 23 24 # 11 31 34 43 41 50 49 51 52 # 56 57 61 60 62 66 67 70 69 71 74 77 82 81 80 98 93 95 86 96 26 92 91 55 BA RG A GA L L IC A N O # 5 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # 53 # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # # #

Figura 5.22: carta delle ubicazioni dell’analisi granulometriche: F1-14, dei sondaggi geognostici presi in considerazione: S1-5, delle analisi geomeccaniche effettuate:

1-98; in azzurro sono rappresentate le coperture detritiche individuate.

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In questo paragrafo vengono elencate e descritte le Unità litologico-tecniche determinate nell’area di studio come risultato delle analisi condotte sia in campagna che in laboratorio.

Le classi litologico-tecniche determinate, cosi come indicato dal progetto VEL sono state distinte in tre gruppi principali: substrato roccioso, materiali a comportamento intermedio e coperture.

C’è da mettere in evidenza, per quanto riguarda il substrato roccioso, che per le litologie pelitiche (indicate con la sigla “p”), in particolare Scaglia Toscana, per quelle altamente tettonizzate e alterate, Diaspri e per i materiali classificati come a comportamento intermedio, la resistenza a compressione della roccia è stata valutata esclusivamente mediante prove manuali, viste le caratteristiche scadenti di tali materiali.

5.4.1 U.L.T. del substrato roccioso.

 A r2 d3-4 c4 – Roccia con struttura massiva molto resistente, con valori di resistenza a compressione valutati tra 100 e 200 Mpa. La spaziatura media risulta variabile da fitta fino a circa 100 cm e discontinuità caratterizzate da un’apertura mediamente compresa tra 1 e 5 mm. In questa classe ricade interamente la formazione del Calcare massiccio.

 A r3 d3-4 c4 – Roccia con struttura massiva e resistenza a compressione compresa tra 50 e 100 Mpa. La spaziatura varia da media a fitta e l’apertura delle discontinuità risulta sempre compresa tra 1 e 5 mm. Questa classe rappresenta quasi per intero il Calcare cavernoso dell’area in esame.

 A r3 d5 c4 - Roccia con struttura massiva e resistenza a compressione compresa tra 50 e 100 Mpa. La spaziatura risulta sempre molto fitta, < 5 cm, e le discontinuità mostrano un’apertura compresa tra 1 e 5 mm. Questa classe interessa l’affioramento di Calcare cavernoso situato in sinistra della Turrite di Gallicano, lungo la strada che dal capoluogo porta a Verni.

 B2 r2 d4-5 c3-4 – Roccia stratificata, molto resistente (100-200 Mpa); le discontinuità hanno una spaziatura da fitta a molto fitta. In questa classe ricadono varie formazioni quali:il Calcare selcifero di Limano e la Maiolica, che affiora sotto l’abitato di Verni, in cui le discontinuità sono caratterizzate da un’apertura che va da minore di 1 mm fino a circa 5mm; sempre in questa classe ricade il Calcare a Raetavicula contorta che però risulta caratterizzato da discontinuità molto alterate, con apertura compresa tra 1 e 5 mm e con riempimento di spessore < di 5mm.