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CAPITOLO 3
CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA
3.1 – Introduzione e metodologia
La caratterizzazione geotecnica della pianura del Comune di Castagneto Carducci rappresenta la parte centrale del presente lavoro di tesi; tale caratterizzazione si è resa necessaria per meglio comprendere il comportamento geologico-tecnico delle formazioni e delle coperture affioranti nella piana - descritte nel precedente capitolo - e per offrire una base di conoscenze e dati numerici utili alla progettazione di opere future nell’area di interesse. Tale lavoro presenta inoltre la finalità di caratterizzare dal punto di vista geotecnico la porzione di terreno posta tra la profondità di 3 m e quella di 4,5 m al di sotto del piano di campagna. Questo intervallo di profondità è stato scelto in quanto interessato dall’alloggiamento e dal volume significativo della tubatura - denominata “EX-SNAM” -
interessata da un cambio di destinazione d’uso, passando da un uso per trasporto di idrocarburi a trasporto idrico e della correlata tubatura in allestimento. Queste sono parte integrante del complesso sistema di tubature e opere di sollevamento idrico gestite dall’A.S.A. SPA di Livorno nella zona e per tale motivo ricopre un’importanza logistica per gli abitanti non solo del Comune di Castagneto Carducci, ma anche per quelli dell’intera Provincia di Livorno, attraversata per intero da diversi tratti della medesima opera.
Per caratterizzazione geotecnica si intende la descrizione da un punto di vista fisico-meccanico di quella parte di sottosuolo che influenza il comportamento dell’opera in progetto (Calvello, 2006). Lo scopo ultimo è stato raggiunto definendo delle unità a comportamento meccanico omogeneo, che nel prosieguo del testo verranno definite come Unità Geotecniche a comportamento affine, tramite i valori di alcuni parametri geotecnici necessari per l’analisi delle interazioni tra un’opera in progetto e il terreno stesso (Focardi,
2005).
La prima fase del processo di caratterizzazione geotecnica è consistita nell’acquisizione di una serie di log penetrometrici, log stratigrafici derivati dalla perforazione di pozzi
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essenzialmente per uso agricolo e descritti ampiamente nel lavoro di tesi parallelo al presente di Bertocchini (2011), e di alcune relazioni geologiche [tab. 3.1]I log stratigrafici e penetrometrici sono stati posizionati sulla carta topografica dell’area in esame raffigurandoli, tramite l’utilizzo del software Arc GIS 9.3, come elementi di tipo puntuale, insieme alla localizzazione dei saggi eseguiti nel corso del rilevamento e alle fotografie degli affioramenti; ciò ha portato alla realizzazione della “Carta dei Dati di
Base”, un punto fondamentale per la realizzazione della cartografia di zonazione
geotecnica.
Sulla Carta dei Dati di Base [Fig. 3.1] vengono quindi localizzati gli elementi elencati in Tab. 3.1 insieme alle immagini fotografiche degli affioramenti - sullo stile del programma Google Earth - riportando, per ogni elemento, il numero identificativo dell’oggetto relativo. Vengono inoltre visualizzati taluni elementi relativi al lavoro di Bertocchini (2011) e della campagna di rilevamento effettuata a supporto dello stesso.
TIPO DI DATI N. DESCRIZIONE penetrometrie 192
Constano per la maggior parte di log penetrometrici grezzi (n. dei colpi e profondità) di penetrometrie dinamiche con informazioni relative al penetrometro usato
(generalmente Sunda DL030) ed alla profondità della falda.
sondaggi 88 Stratigrafie di pozzi a uso agricolo\domestico\idropotabile (in maggioranza agricolo), censiti da A.S.A all’interno della piana comunale.
Rel. geologiche complete 12
Reperite nei dati base del piano strutturale 2006 del Comune di Castagneto Carducci (edifici ad uso civile) o forniteci da studi geologici della zona (Eurogeo)
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Lo studio dei log penetrometrici e la loro interpretazione è stato il punto di partenza delmodus operandi relativo alla caratterizzazione geotecnica; questi log sono stati forniti da
A.S.A spa e dal dott. Antonio Muti, dai dati di base del Piano Strutturale del Comune di Castagneto Carducci e da alcune relazioni geologiche e geologico-tecniche effettuate a supporto di Dichiarazioni di Inizio Attività per la realizzazione di alcuni manufatti fornite dallo studio Eurogeo Drilling Srl [tab. 3.2].
n° di log Tipo di penetrometro Tipologia di prova
2 Pagani TG 63-100 Penetrometria dinamica super pesante DPSH 2 Tecnotest TP 223/S Penetrometria dinamica media DPML 48 Pagani TG 3020 Penetrometria dinamica media DPML 142 Sunda DL-030 Penetrometria dinamica media DPM
TOTALE PENETROMETRIE: 192
n° di log Ente fornitore
85 Dati di base del P.S. del Comune di Castagneto Carducci 91 Dott. Geol. A. Muti
16 Eurogeo
In tab. 3.2 sono riportate le suddivisioni delle 192 prove penetrometriche sulla base del tipo di penetrometro utilizzato nelle varie prove - con la tipologia di prova relativa - e dell’Ente fornitore. La prima suddivisione risulta di gran lunga la più importante poiché, come espresso più avanti nel testo in tab. 3.5, nell’interpretazione dei log penetrometrici verranno utilizzati alcuni parametri caratteristici di ogni tipologia di penetrometro, con valori differenti per differenti tipologie di strumento.
A causa della natura grezza dei log penetrometrici - che fornivano unicamente il diagramma numero di colpi/profondità, l’indicazione del tipo di penetrometro usato nella prova in esame e l’individuazione dell’eventuale quota di rinvenimento della falda idrica - si è reso necessario interpretare gli stessi al fine di estrapolare dei parametri geotecnici numerici.
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Basandosi sulla corretta localizzazione geografica riportata nella Carta dei Dati di Base dei vari elementi, sono state selezionate alcune prove penetrometriche che presentassero un log stratigrafico relativo ad una perforazione nelle immediate vicinanze. L’andamento del numero di colpi - in relazione alla profondità - di tali prove penetrometriche è stato confrontato con i dati stratigrafici, associando così un range di numero di colpi all’interpretazione granulometrica fornita dai sondatori nei log stratigrafici. Questa prima interpretazione associa quindi un intervallo di numero di colpi ad una data tipologia interpretativa di terreno su base granulometrica, senza quindi basarsi su altri dati o parametri numerici. Nel complesso sono state individuate le classi granulometriche, o tipologie interpretative su base granulometrica, di tab. 3.3.Parallelamente a questo tipo di interpretazione qualitativa è stata effettuata un’interpretazione di tipo quantitativo dei log penetrometrici utilizzando un foglio di calcolo approntato dallo scrivente in ambiente Excel per estrapolare, tramite formule empiriche da letteratura, alcuni parametri geotecnici – elencati e descritti nel seguito del testo - utili a caratterizzare da un punto di vista numerico le tipologie di interpretazione dei diversi strati desunte dal confronto di cui sopra.
TIPOLOGIE INTERPRETATIVE SU BASE GRANULOMETRICA
Terreno vegetale Argilla
Sabbia fine - Sabbia limosa Sabbia media Sabbia grossolana Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia
Dopo aver caratterizzato quindi ogni singolo passo di lettura della prova penetrometrica, vale a dire l’intervallo di profondità a cui viene associato un numero di colpi, con i dati numerici resi dal foglio di calcolo relativi ai vari parametri geotecnici, si è proceduto a un accorpamento dei livelli adiacenti simili tra loro sulla base del numero di colpi e dei valori dei sopracitati parametri, ottenendo così una sorta di interpretazione geotecnica basata sia
Tab. 3.3 – Tipologie interpretative desunte dal confronto tra log penetrometrici grezzi e log stratigrafici
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sulla granulometria desunta dal confronto numero di colpi/log stratigrafico, sia sui dati geotecnici numerici. Quest’operazione, che unisce quindi l’interpretazione qualitativa e quella quantitativa - parallele tra loro e precedentemente descritte - è stata quindi effettuata su ognuna delle 192 penetrometrie a disposizione.Successivamente i valori dei parametri geotecnici di tutti i livelli di ogni penetrometria, dopo essere stati raggruppati sulla base della tipologia interpretativa di terreno, sono stati processati su base statistica, calcolandone il valore medio e la deviazione standard.
Le varie tipologie interpretative di terreno, una volta associate ai parametri numerico-geotecnici, possono essere considerate come Unità Geotecniche (Focardi, 2005).
Valutando i valori medi e le deviazioni standard di tutti i parametri geotecnici ricavati dal foglio di calcolo per le varie Unità Geotecniche, è stato possibile individuare il parametro adatto a effettuare la caratterizzazione geotecnica della piana.
Nonostante il valore di φ (angolo di attrito interno) fosse quello che presentava le minori deviazioni standard per ogni tipologia, si è preferito utilizzare - per la sopracitata caratterizzazione - il parametro NSPT (Numero di colpi Standard Penetration Test),
poiché rappresentava quello con minore deviazione standard tra i parametri che potevano essere usati indistintamente per caratterizzare i terreni granulari e quelli coesivi, a differenza di φ che, rappresentando un parametro relativo alle forze di attrito esercitate dalle particelle granulari dei terreni è, ovviamente, meno significativo nei terreni coesivi; al suo posto viene valutato il valore di CU (coesione non drenata) nella formula della resistenza al taglio
secondo Mohr - Coulomb (1776). In base a NSPT le 192 penetrometrie sono state quindi
sottoposte a un secondo processo interpretativo.
A causa della necessità di effettuare una caratterizzazione geotecnica della piana sia superficiale (0-3 m), sia a una profondità compresa tra 3 e 4,5 m al di sotto del piano di campagna, è stata calcolata la media dei valori del parametro designato compresi negli intervalli di interesse. I risultati di tali calcoli sono stati confrontati successivamente con i valori di NSPT caratterizzanti le varie Unità Geotecniche e, in accordo anche con le
informazioni geologiche di superficie individuate da Bertocchini (2011) e con le tipologie interpretate all’interno dei dati intervalli, è stato assegnato alla penetrometria in esame un codice numerico che rimandasse all’Unità Geotecnica di cui si suppone che l’intervallo esaminato abbia un comportamento geotecnico affine.
L’intero database delle penetrometrie - contenente un numero identificativo (ID), una chiave primaria (KEY), la vecchia nomenclatura e i codici relativi all’interpretazione
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geotecnica superficiale e a quella profonda - è stato utilizzato sia per la caratterizzazione geotecnica delle Formazioni e delle coperture affioranti sia per l’elaborazione delle due carte geologico-tecniche.La caratterizzazione geotecnica delle coperture e delle Formazioni affioranti è stata effettuata tenendo conto delle varie penetrometrie effettuate nelle zone omogenee cartografate da Bertocchini (2011): in questo modo sono state valutate le Unità Geotecniche che maggiormente caratterizzano le coperture e le Formazioni indicate.
Le carte geologico-tecniche relative alle tipologie di terreno considerate affini su base penetrometrica per gli intervalli relativi ai 3 m e per la porzione compresa tra i 3 e i 4,5 m - entrambi al di sotto del piano campagna - sono state invece realizzate utilizzando - con i corretti codici numerici di cui sopra - l’algoritmo “Inverse to Distance” disponibile tra i
tools di Arc GIS 9.3 passando così, tramite un’interpolazione lineare basata sui codici e
sulla distanza tra i punti, da una serie di informazioni di tipo puntuale ad un’informazione di tipo areale. Questo algoritmo, meglio descritto più avanti nel testo, produce un’interpolazione di tipo probabilistico valutando le variazioni dei parametri di input in relazione alla distanza tra gli stessi.
Al fine di meglio rappresentare la situazione geotecnica della piana del comune di Castagneto Carducci, sono state utilizzate - nel processo di interpolazione lineare dei dati - 7702 “penetrometrie fittizie”, disposte su una maglia regolare di 100 m di lato. Tali penetrometrie fittizie sono state caratterizzate sulla base delle indicazioni fornite dalle descrizioni dei vari corpi geologici interessanti l’area di studio, sull’analisi della Carta e delle sezioni geologiche prodotte nell’ambito del lavoro di tesi parallelo al presente (Bertocchini, 2011) e in base alla caratterizzazione geotecnica delle formazioni e delle coperture affioranti, precedentemente descritta; questa caratterizzazione si è rivelata infatti molto importante nel processo di assegnazione dei codici numerici rimandanti alle Unità Geotecniche a comportamento affine su base penetrometrica, poiché ha permesso l’introduzione di codici numerici – i più rappresentativi per ogni corpo geologico analizzato – in zone sprovviste di reali dati derivati da log penetrometrici. Sono stati comunque presi in forte considerazione i dati realmente interpretati, soprattutto nei casi in cui questi indicassero variazioni di granulometria o di addensamento all’interno della medesima formazione, deposito o terreno di copertura.
In Fig. 3.2 viene schematizzata la metodologia seguita per l’elaborazione della caratterizzazione geotecnica della piana del Comune di Castagneto Carducci.
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Una volta effettuata la caratterizzazione geotecnica tramite la produzione della cartografia relativa, è stata valutata l’interazione tra il terreno e i sistemi di tubature in esame, relativamente al calcolo delle pressioni ammissibili e dei cedimenti.
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3.2 – Descrizione della prova penetrometrica
La prova penetrometrica, o più comunemente penetrometria, rappresenta una delle più comuni tecniche di indagine geotecnica in situ per la sua facilità di esecuzione e dei costi contenuti.
Nello specifico del presente lavoro, la prova penetrometrica di interesse risulta essere quella nota come PROVA PENETROMETRICA DINAMICA A PUNTA CHIUSA (DP), che presenta alcune
sostanziali differenze dalla PROVA PENETROMETRICA STANDARD (SPT). Nella comune
pratica geotecnica è noto anche un altro tipo di penetrometria, la PROVA PENETROMETRICA STATICA (CPT), che non verrà però trattata in seno al presente lavoro poiché non risultano nei dati di base log penetrometrici afferenti a questo tipologia di prova.
Scopo della prova dinamica è quello di determinare il numero di colpi di un maglio di peso standard necessari a infiggere una punta chiusa di dimensioni anch’esse standard per una data profondità (Lo Presti & Puci, 2001). A differenza della prova SPT, che indaga in maniera discontinua tratti di terreno di ampiezza di 450 mm e che - solitamente - viene eseguita all’interno di fori di sondaggio, quella Dinamica, nonostante sia consigliabile utilizzare una tubatura di rivestimento per evitare l’attrito laterale esercitato dal terreno sulla batteria di aste collegata alla punta, può essere direttamente effettuata sul piano campagna e indaga in maniera continua le caratteristiche di terreno, procedendo per intervalli di profondità noti come PASSO DI LETTURA.
Le apparecchiature e le metodologie di esecuzione sono state codificate e descritte dalla normativa americana (ASTM) per quanto riguarda le prove SPT, e dall’Associazione Geotecnica Italiana (AGI) per quanto riguarda le prove DP eseguite sul territorio nazionale. La prova SPT consiste nel far cadere ripetutamente un maglio del peso di 63,5 Kg da un’altezza di 760 mm su una testa di battuta fissata alla sommità di una batteria di aste alla cui estremità è avvitato un campionatore di dimensioni standard [Fig. 3.3], registrando:
Il numero di colpi N1 necessario a produrre l’infissione del campionatore nel terreno per un
tratto di 15 cm;
Il numero di colpi N2 in grado di produrre un infissione del campionatore per ulteriori 15
cm;
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Scartando il valore di N1, poiché si suppone che, nel caso la prova sia effettuata in fori disondaggio, la porzione più superficiale del tratto indagato presenti delle caratteristiche geotecniche falsate a causa dell’interazione tra il terreno e lo strumento utilizzato per l’escavazione del foro stesso, si assume come dato finale del tratto indagato
NSPT= N2+ N3(Cestari, 1990)
Se il valore di NSPT supera 100 senza avere raggiunto l’infissione prescritta di 30 cm, la
prova termina con il rifiuto strumentale, stando a indicare un’eccessiva resistenza del terreno in esame alla penetrazione.
Come detto la prova SPT deve essere effettuata all’interno di un foro di sondaggio e può essere ripetuta a diverse profondità nel medesimo foro.
La prova penetrometrica DP, al contrario, viene effettuata direttamente dal piano campagna e può effettuare una registrazione continua di dati fino alla profondità raggiunta. Le modalità di esecuzione prevedono che una punta conica fissata all’estremità di una batteria di aste venga infissa per tratti consecutivi nel terreno per battitura di un maglio dal peso standardizzato sulla base della tipologia di strumento impiegato. Il peso del maglio in dotazione allo strumento caratterizza e classifica infatti i differenti tipi di prove penetrometriche dinamiche [Tab. 3.4].
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Tipo Sigla Massa del maglio M (kg) Leggero DPL M 10
Medio DPM 10 < M < 40 Pesante DPH 40 M < 60 Superpesante DPSH M 60
Il dato ricavato da tali prove è noto come NDP e rappresenta il numero di colpi necessario
all’infissione della punta nel terreno per un tratto pari al passo di lettura, che varia in base al tipo di penetrometro utilizzato nella prova. I valori di NDP possono essere diagrammati in
relazione alla profondità di indagine permettendo così una prima valutazione delle variazioni di consistenza dei terreni attraversati nel sottosuolo; tramite opportune correlazioni empiriche - descritte più avanti - è inoltre possibile ricavare da NDP il
corrispondente valore di NSPT, per poter utilizzare le formule empiriche elaborate per la
Standard Penetration Test, ricavando quindi i dati geotecnici di interesse, descritti
dettagliatamente nel paragrafo successivo. Entrambe queste possibilità vengono sfruttate e visualizzate nel foglio di calcolo elaborato per l’interpretazione delle 192 prove penetrometriche su cui è basata la caratterizzazione geotecnica della piana del Comune di Castagneto Carducci effettuata nel presente lavoro.
Tab. 3.4 – Classificazione delle prove DP in base al peso del maglio utilizzato.(Stefanoff et Alii, 1988)
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Tralasciando i parametri geotecnici, ricavabili attraverso formule empiriche descritte successivamente, dalle prove penetrometriche dinamiche si ottiene una valutazione della resistenza del terreno attraverso la determinazione del numero di colpi NDP rilevato comedescritto.
Questa tipologia di indagine in situ, nonostante il fatto che venga molto utilizzata nella pratica geologica, presenta alcune problematiche. Tra gli svantaggi quello principale, comune a tutte le prove meccaniche effettuate in situ, è la determinazione delle condizioni al contorno del problema in esame; sono infatti difficili da determinare le condizioni di drenaggio nel terreno, ad esempio, che possono influire sullo stato tensionale efficace. Inoltre i risultati che si ottengono non sono di agevole interpretazione in quanto l’esecuzione della prova può introdurre dei fattori di disturbo che falsa i risultati. Questo tipo di prove deve quindi essere correlato alle prove eseguite in laboratorio in modo tale da poter avere dei termini di confronto. Bisogna poi rilevare una maggiore affidabilità dei dati rilevati relativi ai terreni a grana grossa - o comunque incoerenti - rispetto a quelli relativi ai terreni coesivi come le argille o i limi, per cui risultano migliori i dati rilevati attraverso le prove di tipo CPT.
Altra problematica di cui tenere conto è relativa ai limiti di applicabilità delle relazioni empiriche proposte, di cui comunque si è tenuto conto nella realizzazione del foglio di calcolo descritto, con anche le sopracitate relazioni empiriche per il calcolo dei parametri geotecnici, nel paragrafo successivo.
La valutazione della resistenza del terreno, inoltre, può risultare falsata da elementi più grossolani che possono trovarsi all’interno di un dato terreno investigato. Ad esempio infatti un singolo ciottolo lapideo in un terreno sabbioso, che si trova sulla verticale di indagine, può dare risultati assimilabili ad uno strato di tipo ghiaioso o lapideo a differenza della reale situazione granulometrica.
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3.3 – Descrizione del foglio di calcolo
3.3.1 – Introduzione
Come detto in precedenza, il punto di partenza dell’intero lavoro di caratterizzazione geotecnica è da individuarsi nell’acquisizione di log penetrometrici indicanti: l’andamento della prova tramite il numero di colpi effettuati dallo strumento in campagna in relazione alla profondità, l’indicazione della tipologia di penetrometro usato e l’eventuale quota di rinvenimento della falda idrica. Tali log non fornivano quindi indicazioni sufficienti per effettuare una caratterizzazione geologico-tecnica di tipo numerico della zona in esame. Per questo motivo si è reso necessario interpretare i dati acquisiti, passando dalla semplice indicazione del numero di colpi ad una serie di valori numerici relativi ai seguenti parametri geotecnici descritti più avanti nel testo, le cui relazioni con il numero di colpi sono state reperite in letteratura:
Il peso di volume γ;
NSPT, il valore del Numero di Colpi della Standard Penetration Test;
N1(60), il numero di colpi della Standard Penetration Test corretto per la tensione verticale
efficace;
La pressione verticale efficace σ’v0;
La coesione non drenata CU, valida per le Unità Geotecniche a comportamento coesivo
ed intermedio;
L’angolo di attrito φ valido per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
La densità relativa Dr, valida per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
Il modulo di Young E, valido per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
Il modulo edometrico M; il modulo di taglio dinamico G0;
La velocità delle onde sismiche S VS;
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Per quanto riguarda la caratterizzazione dei terreni a comportamento intermedio plastico-granulare è necessario fare una considerazione, ripresa anche più avanti nel testo. Nell’analisi delle penetrometrie effettuate in corrispondenza di tali terreni bisogna tenere conto di come il valore di NSPT venga influenzato sia da CU che da . Per tale motivo ilvalore di NSPT dovrebbe essere scorporato nel processo di calcolo dei due fattori sopra citati.
Non disponendo però di sufficienti prove granulometriche che potessero dare la percentuale di presenza all’interno di tali terreni delle porzioni a comportamento plastico e di quelle a comportamento granulare, ed ignorando, quindi, la percentuale di influenza relativa dei due parametri nei confronti di NSPT, si è preferito caratterizzare tali terreni come puramente
granulari, considerando quindi unicamente il valore di ottenendo, inoltre, una stima maggiormente cautelativa di questa tipologia di terreno.
L’interpretazione delle prove penetrometriche è stata effettuata tramite l’elaborazione di un foglio di calcolo in ambiente Excel.
La scelta di progettare ed elaborare un foglio di calcolo è stata effettuata sia per approfondire la conoscenza delle metodologie relative all’interpretazione delle prove penetrometriche dinamiche, sia per riunire in un unico file tutte le correlazioni empiriche recepite nel precedente studio bibliografico, dato che alcune di esse vengono omesse nei comuni software commerciali di interpretazione delle penetrometrie.
Il risultato di tale elaborazione è stato quindi un foglio di calcolo diviso in tre sezioni interdipendenti tra loro che verranno dettagliatamente descritte più avanti nel testo.
3.3.2 – Sezione 1: Calcolo Parametri Tecnici
La prima schermata del foglio di calcolo per l’interpretazione dei dati forniti dalle penetrometrie è caratterizzata da una serie di campi da riempire con alcuni parametri tecnici relativi al tipo di penetrometro utilizzato nell’indagine in esame [Fig. 3.5]
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Tali parametri - elencati di seguito - vengono successivamente utilizzati per calcolare dei coefficienti utilizzati a loro volta per il calcolo di alcuni parametri geotecnici. Questi parametri tecnici, variabili come detto a seconda del tipo di strumento utilizzato nella prova [tab. 3.5] e ricavati dai dati forniti dalle varie case produttrici, sono:
TIPO DI PENETROMETRO
PESO DEL MAGLIO (Kg)(A)
VOLATA DEL MAGLIO (m)(B)–Rappresenta l’altezza di caduta del maglio
PASSO DI LETTURA (m)(C)–Rappresenta l’intervallo di profondità per attraversare il quale viene conteggiato il numero di colpi
AREA DI BASE DELLA PUNTA (cm2)(D)–Rappresenta l’area di base della punta conica posta alla base delle batterie di aste del penetrometro
Un altro parametro introdotto nella sezione relativa al calcolo dei parametri tecnici è quello riguardante il rendimento energetico (ER) di ogni penetrometro. Il rendimento energetico (ER) - espresso sotto forma percentuale - rappresenta il rapporto tra l’energia effettivamente fornita alle aste dalla caduta del maglio e l’energia potenziale del sistema (Schmertmann,
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1978 e 1979; Schmertmann & Palacios, 1979; Kovacs et Alii, 1977 e 1978; Kovacs, 1979; Kovacs e Salomone, 1982). Il valore di tale parametro viene solitamente fornito dalle case
di produzione dei penetrometri [tab. 3.5].
Tipo di penetrometro Peso del maglio
Volata del maglio
Passo di lettura
Area di base della punta Rendimento Energetico Sunda DL-030 30 0,2 0,1 10 80 Pagani TG 3020 30 0,2 0,1 10 73 Tecnotest TP 223/S 30 0,2 0,1 10 80 Pagani TG 63-100 73 0,75 0,3 20,43 73
In questa sezione del foglio di calcolo vengono calcolati automaticamente i parametri di seguito descritti dai dati precedentemente elencati e inseriti manualmente dall’operatore, molto importanti per l’elaborazione dei parametri geotecnici eseguita nella sezione successiva.
Il primo coefficiente calcolato è il Cf, un coefficiente correttivo che permette la trasformazione di NDP in NSPT (www.pagani-geotechnical.com), secondo l’Eq. 3.1,
rendendo quindi accessibili le formule empiriche espresse in bibliografia per il calcolo dei parametri geotecnici, che generalmente fanno riferimento a NSPT.
[Eq. 3.1]
Questo parametro rappresenta il rapporto tra le energie specifiche trasmesse alle aste per ogni colpo di maglio in una prova DP (QDP) e l’energia specifica per colpo della prova SPT
(QSPT) [Eq. 3.2] (www.pagani-geotechnical.com):
[Eq. 3.2]
L’energia specifica Q viene calcolata sulla base dei parametri tecnici caratteristici della tipologia di penetrometro introdotti in precedenza nel foglio di calcolo [Eq. 3.3]:
[Eq. 3.3]
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Introducendo nell’equazione 3.3 i parametri tecnici relativi al penetrometro standard SPT si ottiene un valore di Q pari a 7,87 Kg/cm2 e tale valore rappresenta il denominatore della frazione espressa in Eq. 3.2; il numeratore di questa equazione varia in dipendenza dal tipo di penetrometro. Nella prima sezione del foglio di calcolo elaborato vengono inoltre calcolati e visualizzati - anche se non presentano nel prosieguo dell’interpretazione un particolare significato - i valori di Cf10 e Cf20, che rappresentano i coefficienti utilizzati pertrasformare NDP in NSPT10 e NSPT20, cioè il numero di colpi della prova penetrometrica
standard relativo a un’infissione nel terreno di un tratto rispettivamente di 10 e 20 cm. Nella prima sezione del foglio elaborato vengono calcolati altri tre fattori correttivi: CN, CE
e CR. Questi coefficienti - successivamente descritti - vengono impiegati per il calcolo del
parametro N1(60) - il numero di colpi della Standard Penetration Test corretto per la tensione
verticale efficace - calcolato nella seconda sezione del foglio e quindi descritto nel paragrafo successivo.
Il coefficiente CN rappresenta il parametro di correzione del valore di NSPT rispetto a una
pressione verticale efficace standard di 98 kN/m2 e viene calcolato tramite l’Eq. 3.4 in cui compare come membro la pressione verticale efficace σ’v0, calcolato nella sezione del
foglio di calcolo relativa ai Parametri del Penetrometro Dinamico.
Il coefficiente CE rappresenta il parametro di correzione del valore di NSPT rispetto al
rendimento energetico - pari al 60% - della strumentazione utilizzata nella prova penetrometrica standard e il rendimento energetico caratteristico del penetrometro dinamico (ER) utilizzato nella prova da interpretare; tale parametro viene inserito manualmente e, come detto, è fornito direttamente dalle case produttrici. Questo coefficiente viene calcolato in automatico secondo l’Eq 3.5.
CR non viene calcolato nella sezione in esame ma viene semplicemente introdotto in base alla profondità raggiunta dalla prova penetrometrica poiché deriva dalla lunghezza delle aste, come descritto nella Tab. 3.6 (Skempton, 1986).
[Eq. 3.4]
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Lunghezza delle Aste CR< 3 0,75 Da 3 a 4 0,8 Da 4 a 6 0,85 Da 6 a 10 0,95 > 10 1
3.3.3 - Sezione 2: Parametri penetrometro dinamico
La seconda sezione del foglio di calcolo racchiude al suo interno le formule che permettono di ricavare i parametri geotecnici precedentemente elencati partendo dal numero di colpi ottenuto nella prova penetrometrica e da quelli elaborati nella sezione 1. I valori relativi a tali parametri, nonostante siano il risultato dell’’utilizzazione di formule empiriche
conosciute ed accettate, presenta la problematica di derivare unicamente dal valore di NSPT,
ad eccezione di alcuni parametri la cui formula richiede l’introduzione di fattori derivati dall’interpretazione dell’utente. Questa problematica rappresenta una limitazione della metodologia di interpretazione ed una criticità nella successiva caratterizzazione geotecnica di cui tenere di conto.
Come ogni foglio grafico elaborato in ambiente Excel, questa sezione è caratterizzata da una visualizzazione grafica organizzata in righe e colonne a cui corrispondono,
rispettivamente, i dati relativi calcolati in base al numero di colpi DP secondo il passo di lettura della prova penetrometrica in esame e quelli geotecnici calcolati [Fig. 3.6]
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Per tale motivo nella prima colonna di questa sezione si deve inserire manualmente i valori di NDP/passo di lettura presi dai log penetrometrici.Con l’inserimento dei dati in input, il programma calcola automaticamente, utilizzando le formule empiriche successivamente descritte, i parametri geotecnici che non necessitano dell’aggiunta da parte dell’utente di ulteriori coefficienti.
Nella seconda colonna viene visualizzato il valore di NSPT corrispondente a ogni valore di NDP calcolato secondo l’equazione 3.1, mentre nella terza colonna viene calcolato il valore
corrispondente a NSPT sotto falda [Eq. 3.6] utilizzato al posto di NSPT nelle varie formule
3.6 – Schermate relative alla sezione 2 del foglio di interpretazione delle penetrometrie con tutti i parametri geotecnici
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nei casi in cui la prova penetrometrica intercetti porzioni di terreno caratterizzate dacondizioni non drenate e, quindi, dalla presenza della falda idrica (Lo Presti & Puci, 2001).
[Eq. 3.6]
Nella colonna D della sezione relativa al calcolo dei parametri geotecnici derivati dal penetrometro dinamico viene calcolato il valore di N1(60) (Skempton, 1986) che rappresenta
il valore di NSPT corretto sulla base della tensione verticale efficace, standardizzata a 98
kN/m2 e in relazione al rendimento energetico. Il calcolo viene effettuato mediante l’Eq. 3.7 utilizzando i coefficienti CN, CE e CR calcolati nella sezione 1.
[Eq. 3.7]
L’equazione 3.7 risulta una semplificazione, effettuata da Skempton (1986) tramite l’utilizzo di un minor numero di parametri di correzione, rispetto a quella più completa per il calcolo del parametro N1(60) proposta da Duncan & Mc Gregor (1998) e riportata in molti
lavori successivi (ad esempio Sivrikaya & Togrol, 2006), ma risulta comunque applicabile, soprattutto nei casi in cui manchino i parametri necessari a ottenere tutti i fattori di correzione.
La colonna E riporta progressivamente la profondità relativa al dato di NDP della riga
corrispondente mentre la successiva colonna F calcola e visualizza la pressione verticale
efficace σ’v0. Tale parametro viene calcolato, secondo le equazioni 3.8 e 3.9, quest’ultima
utilizzata quando viene rilevata la presenza della falda idrica, introducendo manualmente il
peso di volume γ relativo alla tipologia interpretativa di terreno [tab. 3.7] derivata dal
confronto effettuato tra i log penetrometrici e i log stratigrafici descritto nell’introduzione del presente capitolo. I valori di tale parametro sono stati tratti da Terzaghi & Peck (1967) e da Lancellotta (1993). Nelle equazioni relative a questo parametro si intende per Z la profondità interessata, per Zw la profondità di rinvenimento della falda e per γw il peso di
volume dell’acqua, assunto come uguale a 1 kN/m3
.
[Eq. 3.8] [Eq. 3.9]
49
Tipologia interpretativa di terreno γ (kN/m3) Terreno vegetale (interpretato come un'argilla tenera molto organica) 14Argilla 16
Sabbia fine - Sabbia limosa 18,1
Sabbia media 18,5
Sabbia grossolana 18,5
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia 20,6
La colonna G della sezione 2 del foglio di calcolo visualizza il parametro geotecnico CU - coesione non drenata - dopo averlo calcolato, secondo l’Eq. 3.8 proposta originariamente
in Hara et Alii, 1971.
[Eq. 3.10]
La coesione non drenata è un importante parametro che caratterizza i terreni definiti coesivi - l’argilla ed i limi (questi ultimi in questo lavoro vengono considerati come una frazione delle sabbie fini - sabbie limose) - o a comportamento misto coesivo-granulare, in questo caso le sabbie fini - sabbie limose. La coesione è dovuta a un agente aggregante -
solitamente di natura calcarea o argillosa - in grado di unire tra loro particelle molto fini (Terzaghi & Peck, 1967).
La colonna successiva della sezione del foglio di calcolo qui descritta calcola l’angolo di
attrito interno φ secondo la metodologia proposta da De Mello (1971) e descritta nell’Eq.
3.11.
[Eq. 3.11]
Oltre alla formula di tipo matematico, l’autore ha fornito per il calcolo di questo parametro anche un grafico per la valutazione dell’angolo di attrito sulla base dei coefficienti inseriti nella formula matematica [Fig. 3.7].
50
L’angolo di attrito interno è una caratteristica fisica dei terreni a comportamento granulare il cui maggior effetto visibile è rappresentato dall’angolo di riposo, che rappresenta l’inclinazione oltre la quale un dato tipo di terreno tende a scivolare fino a raggiungere una disposizione a minore energia.L’angolo di attrito interno e la coesione calcolata precedentemente rappresentano inoltre i coefficienti da introdurre nella formula del criterio di rottura di Mohr–Coulomb (1776) per il calcolo della resistenza a taglio di un materiale. Tale formula non verrà qui esplicata poiché esula dagli scopi di caratterizzazione geotecnica, entrando in un campo geotecnico più vasto.
Questo parametro, se posto in relazione con il precedente CU, rappresenta una criticità del
processo di interpretazione delle prove penetrometriche. Infatti, entrambi i parametri vengano calcolati automaticamente dal foglio di calcolo per ogni tipologia interpretativa di terreno utilizzando come base il valore totale di NSPT, nonostante il fatto che entrambi i
parametri contribuiscano - secondo percentuali non note e non ricavabili empiricamente - alla resistenza alla penetrazione di un terreno, e quindi al valore complessivo del parametro NSPT. Non avendo a disposizione dati di laboratorio ricavati da prove di taglio che
indichino, soprattutto per quanto riguarda la Sabbia fine - Sabbia limosa, le percentuali di composizione delle sabbie e dei limi, nel passaggio dalle tipologie interpretative di terreno alle Unità Geotecniche, si è mantenuto il valore di CU per le argille, il valore di φ per i
terreni a comportamento granulare e si è deciso, per i terreni a comportamento intermedio -
51
Sabbia fine - Sabbia limosa - di considerare unicamente il valore di φ, essendo più cautelativo.Le colonne I e J della seconda sezione del foglio di calcolo sono adibite al calcolo della
densità relativa Dr, espresso in forma percentuale nella colonna J. Per ogni terreno esiste un valore di e che rappresenta l’indice dei vuoti - dipendente dalla porosità del terreno stesso - che oscilla naturalmente tra i valori di emax ed emin. La densità relativa dipende
quindi in maniera inversa dal rapporto tra gli indici dei vuoti nello stato più sciolto e in quello più addensato, secondo l’eq. 3.12 (Cestari, 1990).
[Eq. 3.12]
Il calcolo di tale parametro viene effettuato utilizzando l’equazione 3.13 (Skempton, 1986) In questa equazione compare il coefficiente A = (a + b), dove a e b rappresentano dei parametri che dipendono dalla storia tensionale, dalla granulometria della sabbia e dall’età del deposito sempre proposto da Skempton (1986). Il valore di A è visualizzato in tab. 3.8, con la relativa didascalia in cui sono riportate le indicazioni dell’Autore di tale correlazione empirica. [Eq. 3.13] Granulometria A=a+b Sabbie fini 35-40-55 (*) Sabbie medie 60 (**) Sabbie grosse 65 (**)
I valori di A sono stati introdotti manualmente nella colonna I, utilizzando il valore di 55 per le tipologie interpretative comprendenti Terreno vegetale, Argilla e Sabbia fine -
Sabbia limosa, il valore di 60 per le Sabbie medie e il valore di 65 per le Sabbie grossolane e Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia.
Tab. 3.8 – Valori del parametro A proposti da Skempton (1986).
(*) Il valore di 35 si applica alle sabbie di laboratorio, 40 ai manufatti recenti, 55 ai depositi naturali.
52
Il successivo parametro geotecnico calcolato è il modulo di deformazione o di Young E, che esprime il rapporto tra la sollecitazione subita da un materiale lungo un asse e la deformazione subita dal medesimo materiale lungo lo stesso asse a seguito di tale sollecitazione. Questo viene calcolato secondo tre differenti metodologie a causa delle limitazioni imposte dai loro autori. Infatti, mentre la formula dell’Eq. 3.14 (Schmertmann,1977) è valida per litologie sabbiose, che vengono distinte sulla base di un coefficiente B
[Tab. 3.9] immesso manualmente nella colonna K, la formula che calcola il valore di E nella colonna M [Eq. 3.15] risulta applicabile solo per litologie composte da ghiaie e sabbie (Peck & Bazaraa, 1969) e il dato risultante dall’equazione 3.16 (Schultze & Menzenbach,
1961) si applica normalmente a litologie sabbiose sotto falda. Dopo aver verificato che i
risultati delle tre metodologie risultano confrontabili tra loro è stato deciso di impiegare le formule relative a seconda delle condizioni della falda e della granulometria della porzione indagata di terreno. B LITOLOGIA 4 Sabbia fine 6 Sabbia media 10 Sabbia grossolana [Eq. 3.14] (Schmertmann, 1977) [Eq. 3.15] (Peck & Bazaraa, 1969)
[Eq. 3.16] (Schultze & Menzenbach, 1961)
L’interpretazione con cui sono stati assegnati i valori del parametro B dell’Eq. 3.13 è la stessa usata precedentemente per l’assegnazione al parametro A in Eq. 3.12; è stato quindi assegnato un valore pari a 4 per le tipologie interpretative comprendenti Terreno vegetale,
Argilla e Sabbia fine - Sabbia limosa, il valore di 6 per le Sabbie medie e il valore di 10
per le Sabbie grossolane e Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia.
L’importanza di questo parametro risiede nella sua utilizzazione per la valutazione dei cedimenti delle fondazioni.
Tab. 3.9 – Valori del coefficiente B utilizzati a seconda delle tipologie interpretative di terreno in Eq. 3.14 (Schmertmann, 1977)
53
La sezione in esame del foglio di calcolo delle penetrometrie presenta a questo punto la visualizzazione dei dati calcolati automaticamente relativi al parametro noto come moduloedometrico M. La metodologia adottata per il calcolo di questo parametro è quella proposta
da Mezenbach & Malcev, come riportata in Cetraro (2007), che presenta quattro equazioni diverse [Eq. 3.17 - Eq. 3.20] a seconda della granulometria interessata; per tale motivo sono state tutte usate e, di volta in volta, si è scelta la più adatta in relazione alla granulometria supposta del livello indagato.
- Sabbie fini [Eq. 3.17] - Sabbie medie [Eq. 3.18]
- Sabbia + Ghiaia [Eq. 3.19] - Sabbia Ghiaiosa [Eq. 3.20]
La 3.19 è stata utilizzata per la valutazione di M delle Sabbie grossolane, mentre la 3.20 è stata utilizzata per le Sabbie ghiaiose - Sabbie e Ghiaie. Il modulo edometrico rappresenta il rapporto tra sforzo e deformazione in condizioni di espansione laterale impedita e, insieme al modulo di Young, è uno dei parametri di compressibilità che definiscono i terreni e che hanno particolare rilevanza applicativa nel calcolo dei cedimenti dei terreni.
Nella colonna S viene calcolato automaticamente e visualizzato il modulo di taglio
dinamico G0, dato dal rapporto tra sollecitazione e deformazione di taglio all’interno del campo di comportamento elastico del materiale in esame. Tale parametro viene calcolato secondo l’Eq. 3.21 (Crespellani & Vannucchi, 1998).
[Eq. 3.21]
Le successive tre colonne T, U e V sono relative al calcolo della velocità delle onde
sismiche di tipo S VS all’interno dei livelli di terreno attraversati dalla prova penetrometrica dinamica. La metodologia impiegata (Ohta & Goto, 1978) prevede l’utilizzo di due fattori, inseriti manualmente, a seconda dell’interpretazione data ai vari livelli di terreno.
54
Questi fattori - FA ed FG [Tab. 3.10] - sono relativi rispettivamente all’età del depositosedimentario e alla sua granulometria. Essi servono, insieme al valore di z - la profondità dello strato indagato - al calcolo di VS, onde di taglio, come mostrato in Eq. 3.22.
[Eq 3.22]
FA FG
1 Depositi olocenici 1 Argille e limi
1,3 Depositi pleistocenici o terziari 1,09 Sabbie fini
1,07 Sabbie medie
1,14 Sabbie grosse
1,15 Sabbie e ghiaie
1,45 Ghiaie
Secondo alcuni autori, conoscendo il profilo di andamento delle VS in un sito di indagine, è
possibile stimare il fattore di amplificazione del sito stesso rispetto alle sollecitazioni sismiche (Chang et Alii, 1996). Nello studio citato, nonostante venga usata una formulazione empirica per il calcolo delle VS differente da quella del presente studio, si
nota come la finalità della ricerca - la caratterizzazione sismica di un sito - sia la medesima. La formula empirica di Ohta & Goto (1978) è stata scelta nel presente lavoro poiché è svincolata da caratteristiche di siti specifici, risultando quindi applicabile a qualunque tipo di terreno.
La stima di VS può aiutare a definire la suscettibilità di un terreno alla liquefazione in
seguito a un sisma di una data magnitudo (si veda a tal proposito Kayabali, 1996), tuttavia nell’elaborazione del foglio di calcolo per l’interpretazione delle penetrometrie si è preferito caratterizzare la piana del Comune di Castagneto Carducci rispetto alla liquefazione usando il fattore di sicurezza alla liquefazione per un sisma atteso di magnitudo 7,5 FS7,5.
Tale parametro viene calcolato usando una serie di equazioni riportate nella seconda sezione del foglio di calcolo alle colonne W, X, Y, Z e AA.
Il primo fattore - Qu - è calcolato secondo l’Eq. 3.23 (Sivrikaya & Togrol, 2006). Questo parametro, che rappresenta lo sforzo compressivo non drenato, viene poi introdotto nella
Tab 3.10 – Valori assegnati ai parametri FA e FG secondo Ohta & Goto (1978) a seconda dell’età e
55
3.24 per calcolare la pressione verticale totale σTOT ponendolo in relazione con il peso divolume γ assegnato manualmente per ogni tipologia interpretativa di terreno.
Nella colonna Y, tramite l’Eq. 3.25, viene calcolato il parametro Cyclic resistance ratio 7,5
CRR7,5, (Youd et Alii, 2001). Questo parametro (Seed, & Idriss, 1971) rappresenta la resistenza ciclica non drenata di un terreno alla liquefazione dovuta a un sisma atteso di magnitudo 7,5, ed è quindi da identificare come forza resistente alla liquefazione nel calcolo del fattore di sicurezza. Come è naturale aspettarsi, tale parametro ha senso solo in condizioni non drenate sia per quanto riguarda i terreni sabbiosi, sia per quelli ghiaiosi cioè in presenza di falda idrica, ma presenta inoltre l’ulteriore limitazione di una validità relativa unicamente per N1(60) < 30 (Andrus, 1994; Valera et Alii, 1994; Kokusho et Alii, 1995).
Nella colonna Z viene effettuato il calcolo del Cyclic stress ratio 7,5 CSR7,5 secondo l’Eq.
3.26 (Seed & Idriss, 1971; Youd et alii, 2001) che rappresenta la potenzialità di liquefazione di un terreno sottoposto all’azione di un sisma di magnitudo attesa paria a 7,5, ed è quindi da interpretare come forza agente nel calcolo del fattore di sicurezza alla liquefazione. Esso viene calcolato introducendo il parametro dell’accelerazione al suolo tipica della caratterizzazione sismica effettuata sull’area; nel nostro caso, poiché la piana del Comune di Castagneto Carducci è stata riclassificata dalla Regione Toscana (D.G.R.T. n° 431 del
19-6-2006) come zona a pericolosità sismica 3s, (Comune di Castagneto Carducci, 19-6-2006) e
quindi bassa, il valore di tale accelerazione è pari a 0,25g, dove g rappresenta l’accelerazione terrestre media di 9,8 m/s2
.
Nell’ultima colonna della sezione viene quindi calcolato e visualizzato il fattore di sicurezza alla liquefazione per un sisma atteso di magnitudo 7,5 secondo l’Eq 3.28, dove compaiono come fattori il CRR7,5, il CSR7,5 e MSF, Magnitude Scale Factor, parametro numerico
adimensionale calcolato sulla base del valore della magnitudo attesa M. Il parametro MSF viene ottenuto dall’Eq. 3.27 (Seed & Idriss, 1982 e Idriss, 1990).
[Eq. 3.23] [Eq. 3.24] [Eq. 3.25] [Eq. 3.26] [Eq. 3.27] [Eq. 3.28]
56
L’ultimo membro dell’Eq. 3,28 rappresenta un parametro di correzione della formula relativo alla pressione verticale efficace.
Tutti i parametri sopra descritti vengono calcolati e visualizzati per ogni passo di lettura di ogni singola penetrometria, lasciando a un’interpretazione successiva quali di questi siano utili nella caratterizzazione di un terreno granulare, quali per quella di un terreno coesivo e quali per quella di un terreno a comportamento misto, effettuata secondo la tab. 3.11.
NSPT NSPT sotto falda N1(60) σ'vo Cu φ Dr normalizzato E M G0 Vs FS 7,5 Terreni granulari X X X X X X X X X X X Terreni a comportamento intermedio X X X X X X X X X X X X Terreni coesivi X X X X X X X X
Le tipologie di terreno individuate nell’area di studio sono state quindi raggruppate secondo la tab. 3.12.
Terreni coesivi Argilla
Terreni a comportamento misto Terreno vegetale
Sabbia fine - Sabbia limosa
Terreni granulari
Sabbia media Sabbia grossolana Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia
Esistono in letteratura altri metodi di estrapolazione dei parametri geotecnici dai risultati delle prove penetrometriche dinamiche: uno dei più recenti, per esempio, è basato su formule empiriche che ricavano molti dei sopracitati parametri non tramite i valori di NSPT e
i N1(60) ottenuti dal numero di colpi NDP, ma utilizzando un parametro, DPI, Dynamic
Penetration Index (Mohammadi et Alii, 2008), ricavato mettendo in relazione gli intervalli Tab 3.11 – Riepilogo dei parametri calcolati in sezione 2 relativo alle tipologie di
terreno
57
di profondità di indagine con il relativo numero di colpi della prova penetrometrica dinamica NDP.
Si è preferito tuttavia procedere secondo le metodologie descritte poiché il DPI è un parametro ricavabile tramite correlazioni relativamente recenti, mentre le metodologie empiriche usate per l’estrapolazione dei dati hanno una discreta rilevanza bibliografica e, soprattutto, sono utilizzate da più tempo e, quindi, hanno avuto una certa verifica sperimentale. Inoltre il DPI risulta valido unicamente per suoli sabbiosi, mentre nella piana del Comune di Castagneto Carducci sono presenti anche terreni di tipo coesivo e terreni di tipologia mista coesivo-granulare.
Nella successiva sezione del foglio di interpretazione delle penetrometrie elaborato nel corso del lavoro di caratterizzazione geologico-tecnica della piana del Comune di Castagneto Carducci viene proposta la stratigrafia desunta dalla parte del file Excel in esame.
3.3.4 – Sezione 3: Grafico riassuntivo della prova penetrometrica
La schermata visualizzata nella terza e ultima sezione del foglio di calcolo per l’interpretazione delle penetrometrie elaborato nel presente lavoro è la medesima che viene visualizzata come hyperlink nel Personal Geodatabase che verrà più ampiamente descritto nel capitolo successivo.
Questa sezione presenta innanzitutto un grafico a barre orizzontali con le profondità investigate sulle ascisse e il numero di colpi NDP sulle ordinate. Il numero di colpi viene
quindi visualizzato come una barra di lunghezza pari al dato numerico relativo posto alla sua destra per ogni intervallo di profondità pari al passo di lettura dello strumento utilizzato nella prova in esame. La scelta di usare come dato il numero di colpi grezzo è dovuta al fatto che esso meglio visualizza l’andamento della prova con la profondità, mostrando le variazioni di resistenza del terreno più importanti in maniera immediata.
Sotto il grafico è visualizzata una casella di testo in cui sono riportate alcune informazioni utili come, ad esempio, il numero identificativo della prova stessa all’interno del geodatabase e il tipo di penetrometro utilizzato, corredato dai dati riguardanti il peso e la volata del maglio, il passo di lettura e il rendimento energetico dello strumento. Tali valori sono chiaramente in accordo con quelli mostrati in tab. 3.5.
58
Infine, viene mostrata una serie di tabelle in cui sono esposti i valori medi dei parametri geotecnici calcolati nella sezione precedente relativi agli strati caratterizzati dalla medesima tipologia di terreno interpretativa. Queste tabelle sono il risultato dell’unione dei dati geotecnici relativi agli intervalli di ogni passo di lettura caratterizzati da similitudini tali da portare a interpretazioni uguali per quanto riguarda la tipologia di terreno.
Le tabelle mostrano quindi tutti i parametri geotecnici desunti nella sezione precedente e, inoltre, i dati riguardanti la profondità del letto del livello interpretato, il valore del peso di volume assegnato ed il nome della tipologia interpretativa di terreno corredato dalla descrizione del grado di addensamento - o di consistenza, per i terreni a comportamento coesivo - secondo la tabella 3.13, e dall’indicazione relativa all’eventualità che lo strato interpretato si trovi al di sotto della falda idrica.
Addensamento (terreni granulari e a comportamento misto) Densità relativa/ Consistenza Consistenza (terreni coesivi) Molto sciolti 0%-15% molli Sciolti 15%-35% Mediamente addensati 35%-65% Mediamente consistenti Addensati 65%-85% Consistenti Molto addensati 85%-100% Molto consistenti
Nelle tabelle che contraddistinguono la sezione relativa al grafico e alla stratigrafia desunte dalle prove penetrometriche dinamiche appaiono quindi tutti i parametri calcolati nella precedente sezione. Sono stati successivamente evidenziati con uno sfondo rigato di colore rosso, all’interno della casella relativa, i parametri privi di significato geologico in accordo alla mancanza di falda idrica nei casi in cui sia segnato il valore relativo a FS7,5 o secondo
quanto mostrato in tab. 3.11 e 3.12. La fig. 3.8 mostra la visualizzazione della sezione in esame.
59
3.4 – Revisione statistica dei dati ottenuti
I dati relativi ai parametri geologico-tecnici ottenuti dall’utilizzo del foglio di calcolo descritto precedentemente sono stati processati per effettuare una loro valutazione statistica. Inizialmente si è provveduto a immettere in un nuovo file di Excel tutti i parametri relativi ai livelli interpretati di ogni prova penetrometrica a disposizione, suddivisi tra loro in relazione alla tipologia interpretativa di terreno e al valore di densità relativa Dr descritta in accordo alla tab. 3.13. Sono risultati quindi un totale di 1880 livelli suddivisi come mostrato in tab. 3.14.
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N° livelliTerreno vegetale sciolto 26
Terreno vegetale mediamente addensato 73
Terreno vegetale addensato 21
Terreno vegetale molto addensato 2
Argilla molle 105
Argilla mediamente consistente 1
Sabbia fine - Sabbia limosa sciolta 111
Sabbia fine - Sabbia limosa mediamente addensata 438
Sabbia fine - Sabbia limosa mediamente addensata sotto falda 98
Sabbia fine - Sabbia limosa addensata 25
Sabbia fine - Sabbia limosa addensata sotto falda 5
Sabbia fine - Sabbia limosa molto addensata 9
Sabbia fine - Sabbia limosa molto addensata sotto falda 1
Sabbia media sciolta 1
Sabbia media mediamente addensata 417
Sabbia media mediamente addensata sotto falda 97
Sabbia media addensata 76
Sabbia media addensata sotto falda 20
Sabbia media molto addensata 47
Sabbia media molto addensata sotto falda 1
Sabbia grossolana mediamente addensata 17
Sabbia grossolana mediamente addensata sotto falda 1
Sabbia grossolana addensata 41
Sabbia grossolana addensata sotto falda 2
Sabbia grossolana molto addensata 12
Sabbia grossolana molto addensata sotto falda 1
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia mediamente addensata 2
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia mediamente addensata sotto falda 5
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia addensata 94
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia addensata sotto falda 16
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto addensata 105
Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto addensata sotto falda 10
TOTALE 1880
Tab. 3.14 – Suddivisione dei livelli interpretati relativi alle 192 penetrometrie in base alla tipologia di terreno e al grado di addensamento
61
I dati numerici possono essere processati su base statistica, nell’ambito di una branca delle geoscienze nota come “Geostatistica”, intimamente connessa con la descrizione deifenomeni spaziali (Journel, 1986).
La tab. 3.14 mostra già alcuni dati interessanti per il processo di caratterizzazione geotecnica: innanzitutto si vede come le tipologie interpretative di terreno più rappresentate all’interno delle 192 penetrometrie siano la Sabbia fine - Sabbia limosa mediamente addensata con 438 livelli, e la Sabbia media mediamente addensata con 417. Si nota inoltre come tutte le tipologie sabbiose interpretate rappresentino il 75,5% degli strati totali - 1420 su 1880 - e che se a tale dato si aggiunge quello relativo alle tipologie sabbioso-ghiaiose si raggiunge un numero di 1652 livelli su un totale di 1880, arrivando all’87,8% del totale. Queste percentuali risultano in accordo con la caratterizzazione geologica effettuata nel capitolo precedente, dove viene evidenziato come le Formazioni maggiormente affioranti all’interno della pianura del Comune di Castagneto Carducci, così come le coperture e i depositi, siano di tipo sabbioso o sabbioso-ghiaioso.
Dopo aver riunito nel medesimo foglio di Excel tutti i dati relativi ai parametri geotecnici calcolati per ogni tipologia interpretativa corredata dal grado di addensamento, sono stati processati per calcolarne il valore medio e la deviazione standard, al fine di definire gli intervalli di valori caratteristici per ogni tipologia interpretativa di terreno, assegnando loro l’identità di Unità Geotecnica.
Il calcolo del valore medio viene effettuato in automatico dal programma Excel così come la deviazione standard s [Eq. 3.29], che rappresenta la radice quadrata di un parametro statistico noto come varianza, che rappresenta a sua volta la sommatoria delle deviazioni dei valori rispetto al valore medio del dato in esame elevate al quadrato
[Eq. 3.29]
Nell’equazione sopra descritta il parametro rappresenta la deviazione del parametro
xi dal valore medio, mentre n rappresenta il numero di dati processati.
I valori di media e deviazione standard di ogni parametro geotecnico sono stati quindi analizzati ipotizzando un modello di distribuzione normale, o modello di distribuzione
gaussiana, dei dati. Questo modello è strutturato in maniera tale che circa due terzi dei
62
valore medio e ampio tra due deviazioni standard. Tale intervallo viene espresso numericamente come[Eq. 3.30]
Questa operazione determina innanzitutto la distribuzione dei dati analizzati e, successivamente, stabilisce l’intervallo di interesse degli stessi all’interno della detta distribuzione. Tale intervallo può essere ampliato al 95,45% dei dati moltiplicando per 2 il valore della deviazione standard o al 99,73% dei dati moltiplicando il medesimo valore di deviazione standard per 3.
Al fine di mantenere un intervallo di valori contenuto, evitando così sovrapposizioni degli intervalli dei dati geotecnici che porterebbero a caratterizzazioni dei terreni meno efficienti, si è preferito rappresentare le Unità Geotecniche come definite dagli intervalli di valori dei dati geotecnici calcolati secondo l’Eq. 3.29, prendendo quindi in esame il 68,27 % dei dati incentrati sul valore medio. Questi intervalli, come vedremo in seguito, saranno utilizzati nella redazione della cartografia geotecnica dell’area in esame e per la caratterizzazione geotecnica delle Formazioni e dei depositi affioranti. La decisione di caratterizzare le Unità Geotecniche per mezzo di intervalli di valore relativi a ognuno dei parametri geotecnici calcolati è dovuta al fatto che sono stati calcolati per via empirica tramite le formule precedentemente analizzate, e si ritiene quindi corretto tenere conto del range degli errori sperimentali e metodologici.
I valori di media e deviazione standard che portano all’individuazione degli intervalli numerici relativi a ogni parametro geotecnico e quindi caratterizzanti ogni Unità Geotecnica sono riportati in fig. 3.9. Le caselle che al posto del dato numerico riportano una rigatura rappresentano i valori dei dati geotecnici che, in base alla distinzione tra Unità Geotecniche a comportamento coesivo e Unità Geotecniche a comportamento granulare, risultano essere privi di significato, in accordo con quanto descritto in tab. 3.11, o l’assenza di falda idrica, nel caso del dato FS7,5. Per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio, per quanto
precedentemente detto, i dati privi di significato sono da determinare a seconda che le dette Unità vengano interpretate come puramente coesive o, come nel caso del presente lavoro, puramente attritive e sono stati segnalati - sempre in fig. 3.9 - con uno sfondo rigato rosso.
63
64
La tabella in fig. 3.9 offre alcuni spunti di riflessione.I valori medi di NSPT difficilmente si ripetono per diverse Unità Geotecniche e, qualora
questo accada - come nel caso, ad esempio, del Terreno vegetale e dell’Argilla molle - per effettuare una distinzione ci si deve basare anche sui valori di deviazione standard e su altri dati, come, nell’ambito dell’esempio riportato, i valori di CU.
I valori medi riguardanti il parametro N1(60) mostrano, all’interno di una stessa classe
granulometrica, un andamento mediamente correlabile con il grado di addensamento o di consistenza delle varie Unità Geotecniche. Ciò è giustificabile tenendo conto sia della natura di detto parametro, che si ricorda rappresentare il numero di colpi della Standard
Penetration Test corretto in relazione al rendimento energetico dello strumento utilizzato ed
alla pressione verticale efficace, che della presenza di N1(60) come fattore all’interno della
correlazione empirica utilizzata per ricavare i valori di DR (Skempton, 1986). I valori medi
di quest’ultimo parametro rispettano quanto riportato in tab. 3.13, poiché le tipologie interpretative di terreno, nel processo di definizione delle Unità Geotecniche, sono state suddivise sulla base di questa tabella.
Per quanto riguarda i valori medi di φ si osserva un trend generale direttamente proporzionale all’aumento di granulometria media e di grado di addensamento, come era lecito aspettarsi. I valori medi degli altri parametri geotecnici calcolati rispecchiano le variazioni dovute alle fluttuazioni di valore dei parametri precedentemente descritti, in dipendenza di quelli che appaiono come fattori all’interno delle formule empiriche relative. Tutti i valori medi inoltre subiscono delle variazioni in relazione alla presenza della falda idrica. I valori di NSPT, ad esempio, ottenuti per terreni al di sotto della falda idrica risultano
talvolta più alti e talvolta più bassi di quelli ottenuti al di sopra della tavola d’acqua, indicando una variazione lieve ma sostanziale della resistenza alla penetrazione di un terreno. Queste variazioni sono però normali e sono da attribuire all’effetto della tavola d’acqua sulle diverse tipologie di terreni (Lorandi & Mendes, 2008).
Per quanto riguarda i valori di deviazione standard, si nota come questi creino, per NSPT,
intervalli mediamente ristretti, a eccezione di quelli riguardanti la Sabbia ghiaiosa - Sabbia
e Ghiaia molto addensata, che presenta un valore abbastanza alto di deviazione standard.
Questa eccezione è dovuta al fatto che la densità relativa, parametro attraverso il quale è stata effettuata la suddivisione tra le stesse tipologie interpretative di terreno, è dipendente dalla pressione verticale efficace, dipendendo da N1(60), e presenta quindi valori molto alti
