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CAPITOLO 5
CONCLUSIONI
Lo scopo del presente lavoro di tesi specialistica era quello di approfondire le conoscenze di tipo geologico-tecnico della pianura del Comune di Castagneto Carducci e, al contempo, di valutare le interazioni tra una tubatura (EX-SNAM) interessata da un cambiamento nella sua
destinazione d’uso, dal trasporto di idrocarburi al trasporto di acqua, ed il terreno circostante.
L’area di interesse del lavoro presenta un’ampiezza di circa 70 Kmq ed è posta nella Toscana centro meridionale, in provincia di Livorno.
Dal punto di vista geologico la pianura del Comune di Castagneto Carducci risulta evidentemente influenzata dall’evoluzione geologica e paleogeografica sviluppatasi in tutta la Toscana a seguito dell’orogenesi appenninica e dei vari eventi di regressione e trasgressione marina.
Tale tipologia di evoluzione ha portato alla formazione di una pianura fortemente terrazzata, caratterizzata dalla presenza di corpi geologici via via più antichi procedendo da mare verso la zona pedecollinare, lungo un’ipotetica direttrice W-E; questi corpi geologici, tra cui le Formazioni più caratteristiche e rappresentative sono le Sabbie rosso-arancio di
Donoratico, la Calcarenite di Biserno, le Sabbie rosse di Val di Gori, i Conglomerati di Bolgheri, i Conglomerati di Montebamboli e le Vulcaniti di S. Vincenzo, appaiono deposti
all’incirca lungo i terrazzamenti eustatici, formando delle “fasce” circa parallele alla linea di costa. Altri corpi geologici molto rappresentativi sono da ascrivere ai depositi di tipo palustre e alluvionale di età olocenica.
La caratterizzazione geotecnica - parte fondamentale del presente lavoro di tesi - è stata realizzata basandosi sull’analisi dei dati di 192 log di penetrometrie dinamiche.
I dati ricavati hanno portato alla definizione di 16 UNITÀ GEOTECNICHE, di cui:
2 a comportamento coesivo: Argille molli e Argille mediamente consistenti;
4 a comportamento intermedio coesivo-granulare: Sabbia fine - Sabbia limosa con grado di addensamento da sciolto a molto addensato; tali unità sono state, cautelativamente, interpretate come se avessero un comportamento granulare;
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10 a comportamento granulare: Sabbia media, da sciolta a molto addensata, Sabbia
grossolana, da mediamente a molto addensata, e Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia da mediamente a molto addensate.
Queste Unità Geotecniche sono caratterizzate da un codice numerico, utilizzato nel procedimento di realizzazione della cartografia geotecnica e da una serie di parametri numerici relativi ad alcuni parametri geotecnici atti alla caratterizzazione delle unità stesse:
γ - Il peso di volume;
NSPT, il valore del Numero di Colpi della Standard Penetration Test;
NSPT calcolato per le Unità Geotecniche in condizioni non drenate;
N1(60), il numero di colpi della Standard Penetration Test corretto per la tensione
verticale efficace;
σ’v0 -La pressione verticale efficace;
CU - La coesione non drenata, valida per le Unità Geotecniche a comportamento
coesivo;
φ - L’angolo di attrito, valido per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
Dr - La densità relativa, valida per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
E - Il modulo di Young, valido per le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare;
M - Il modulo edometrico;
G0 - il modulo di taglio dinamico;
VS - La velocità delle onde sismiche S;
FS7,5 - Il fattore di sicurezza alla liquefazione per sisma di magnitudo 7,5, valido per
le Unità Geotecniche a comportamento intermedio e granulare e con valori di N1(60)
minori di 30.
I valori relativi ai sopra citati parametri sono caratterizzati dal valore medio e dalla
deviazione standard, come desunti dall’analisi statistica effettuata sui valori ottenuti
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Le varie Unità geotecniche sono inoltre corredate da un giudizio di tipo qualitativo basato sulla granulometria media associata, sulle caratteristiche geotecniche descritte e sulla loro applicabilità in campo geotecnico-ingegneristico.
I parametri fisico-meccanici delle varie Unità Geotecniche sono stati quindi utilizzati, tramite i codici numerici relativi alle Unità stesse, per determinare il comportamento affine delle porzioni di terreno indagate dalle prove penetrometriche negli intervalli compresi tra 0 e 3 m e tra 3 e 4,5 m di profondità al di sotto del piano campagna; la scelta del secondo intervallo è stata giustificata dal fatto che a tale profondità vengono esplicate le interazioni tra il terreno, la tubatura EX-SNAM e la correlata nuova tubatura in progetto, interpretate come fondazioni nastriformi; la medesima interpretazione di queste tubature è stata effettuata nella valutazione dei cedimenti.
Il codice numerico è stato assegnato ad ogni penetrometria valutando il valore medio del parametro NSPT calcolato nell’intervallo di interesse e come quest’ultimo fosse assegnabile
all’intervallo relativo ad una data Unità Geotecnica, valutando anche l’interpretazione fornita per la penetrometria stessa. In questo modo i codici numerici rappresentano non tanto la reale situazione geotecnica, quanto le Unità Geotecniche a comportamento affine per ogni penetrometria.
La caratterizzazione geotecnica delle Formazioni, delle coperture e dei depositi affioranti è stata eseguita valutando unicamente il codice numerico relativo alle Unità Geotecniche a comportamento affine dell’intervallo di profondità più superficiale.
Sono state raggruppate le penetrometrie effettuate nelle zone cartografate nell’ambito del lavoro di Bertocchini (2011) con i medesimi corpi geologici affioranti e sono stati valutati i comportamenti geotecnici affini per ognuno di questi ultimi. Il risultato di questa caratterizzazione ha mostrato dei comportamenti geotecnici affini mediamente in accordo con quanto ci si poteva aspettare dalla descrizione degli elementi geologicamente cartografati (Bertocchini, 2011) fornita nel Cap. 2, anche per quanto riguarda alcuni dati di interpretazione più ostica.
I codici numerici relativi alle Unità Geotecniche a comportamento affine per entrambi gli intervalli di profondità di ogni penetrometria sono stati successivamente utilizzati per la realizzazione della Carta delle Unità Geotecniche a comportamento affine su base
penetrometrica per l’intervallo di profondità tra 0 m e 3 m al di sotto del piano campagna e
della Carta delle Unità Geotecniche a comportamento affine su base penetrometrica per
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Queste carte sono state realizzate in ambiente Arc GIS interpolando i dati numerici dei codici assegnati alle penetrometrie, assieme a oltre 7000 dati, interpretati come penetrometrie fittizie. A tali dati sono stati assegnati i codici delle Unità Geotecniche sulla base di considerazioni di tipo statistico - dando un peso maggiore a quelli maggiormente rappresentativi dei vari corpi geologici cartografati - e di tipo geologico-stratigrafico; sono state ovviamente tenute di conto le distanze dalle penetrometrie realmente interpretate, mantenendo i codici relativi a queste ultime nelle immediate vicinanze delle stesse. L’interpolazione lineare di questi dati è stata effettuata utilizzando l’algoritmo Inverse to
Distance Weight (IDW).
La carta geotecnica relativa all’intervallo più superficiale [Fig. 3.13] evidenzia forti attinenze con la carta geologica prodotta per la medesima area (Bertocchini, 2011) e, subordinatamente, con la caratterizzazione geotecnica delle Formazioni, delle coperture e dei depositi affioranti. I confini dei corpi geologici e quelli delle aree cartografate come affini ad Unità Geotecniche distinte sono circa coincidenti, ad eccezione di quelli tra corpi geologici caratterizzati da identiche granulometrie e, quindi, da simili comportamenti geotecnici. La qualità geotecnica dei terreni, da quanto rilevato nell’ambito di tale carta, si può considerare media, anche se sono presenti ampie zone a qualità scadente e alcune zone con qualità compresa tra medio-alta e alta.
La carta geotecnica relativa all’intervallo di profondità compreso tra 3 m e 4,5 m al di sotto del piano campagna riporta un grado qualitativo compreso tra medio e medio-alto, presentando infatti la maggior parte dell’area in esame come affine alla Sabbia media, da sciolta a molto addensata. Sussistono comunque le zone caratterizzate come affini alla Sabbia grossolana ed alla Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia con qualità geotecnica da medio-alta ad alta, che risultano anzi coprire una maggior percentuale di territorio rispetto all’analisi di affinità effettuata per l’intervallo più superficiale. Sono presenti inoltre zone caratterizzate come affini all’Argilla, soprattutto in corrispondenza dell’abitato di Marina di Donoratico. C’è da dire che se la carta relativa all’intervallo di profondità compreso tra 0 m e 3 m al di sotto del piano campagna presenta dei caratteri che ben si accordano con la caratterizzazione geotecnica delle Formazioni affioranti, come detto, la carta relativa all’intervallo più profondo si accorda maggiormente a quanto descritto nell’ambito della caratterizzazione geologica di Bertocchini (2011).
Utilizzando la Carta delle Unità Geotecniche a comportamento affine su base penetrometrica per l’intervallo di profondità tra 3 m e 4,5 m al di sotto del piano campagna sono state
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valutate le interazioni tra la tubatura EX-SNAM e la nuova tubatura in progetto coerente con
essa, di cui sono state esplicitate le caratteristiche progettuali, ed il terreno. Sono state infatti visualizzate le Unità Geotecniche interessate dal tracciato delle tubature e per ognuna di esse sono stati calcolati i carichi ammissibili, secondo la formula di buckling (1989) proposta dall’ American Water Works Association, ed i cedimenti, secondo la formula di Burland &
Burbidge (1985), in accordo non con la normativa vigente ma con il DM 11-03-1988, da
considerarsi comunque tuttora valido.
I risultati di queste formule hanno dimostrato, per quanto riguarda la valutazione dei carichi ammissibili, come le tubature siano state ben dimensionate in relazione alle caratteristiche geotecniche dei terreni interessati; risulta infatti che, a fronte di un carico di esercizio massimo esercitato dalla nuova tubatura pari a 16 N/cm2, i valori di carico ammissibile oscillino tra un minimo di 94,6 N/cm2 in corrispondenza del tratto della tubatura che interessa l’Unità Geotecnica delle Argille mediamente consistenti ed un massimo di 391,7 N/cm2
, in corrispondenza della Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto addensata. Per quanto riguarda invece la tubatura Ex-Snam, con un carico di esercizio pari a 12,4 N/cm2 i valori di carico ammissibile oscillino tra un minimo di 22,2 N/cm2 in corrispondenza del tratto della tubatura che interessa l’Unità Geotecnica delle Argille mediamente consistenti ed un massimo di 92,1 N/cm2, in corrispondenza della Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto
addensata.
I risultati relativi al calcolo dei cedimenti hanno invece sollevato delle perplessità. Nonostante infatti i valori di cedimento risultino trascurabili e di segno negativo a seguito dell’alleggerimento dovuto all’escavazione di terreni con un carico litostatico maggiore di quello esercitato dalla tubatura messa in posto, risulta dubbio il fatto che il cedimento maggiore in valore assoluto sia quello relativo alla Sabbia media sciolta, -1,6 mm e non quello dell’Argilla mediamente consistente, pari a -1,1mm nel caso della nuova tubatura;
si è tentato di trovare una giustificazione a tale risultato ipotizzando che tale comportamento sia dovuto al fatto che tale Unità Geotecnica rappresenta quella comportamento granulare e minore addensamento e non oppone, quindi, la resistenza dovuta alla coesione - che agisce nel caso dell’Argilla - o a un maggiore stato di addensamento nei confronti del sollevamento dovuto allo scarico; si ricorda comunque come la formula empirica utilizzata nel calcolo dei cedimenti sia stata realizzata per effettuare tale calcolo su fondazioni e non, come in questo caso, sulle tubature. Il minor valore di cedimento, sempre in valore assoluto, è di -0,2 mm nella Sabbia ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto addensata.
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Per la tubatura Ex-Snam i valori di cedimento sono compresi tra 0,3 mm nella Sabbia
ghiaiosa - Sabbia e Ghiaia molto addensata e 2,7 mm in Sabbia media sciolta.
Sarebbe utile, in sede di realizzazione della nuova tubatura in progetto, unire tali informazioni alla valutazione della falda affiorante e alle relative problematiche per la lavorazione, valutando quindi anche il fattore di sicurezza delle scarpate realizzate per la posa della tubatura.
L’insieme degli elementi prodotti nell’ambito del presente lavoro e di quello parallelo di Bertocchini (2011) sono stati infine utilizzati per la realizzazione di un progetto in ambiente Arc GIS chiamato “Castagneto Carducci Piana”. Tale progetto è stato realizzato per meglio visualizzare il lavoro svolto e per renderlo fruibile a terze persone, sfruttando le capacità di implementazione e di interrogazione dello stesso.
L’intero lavoro di tesi specialistica, qui riassunto, si poneva come obiettivo l’approfondimento delle conoscenze relative alla pianura del Comune di Castagneto Carducci dal punto di vista geologico e geotecnico e l’utilizzo delle conoscenze così acquisite per analizzare le interazioni tra il terreno e la tubatura EX-SNAM valutando la qualità delle
caratteristiche progettuali del tubo stesso, in relazione alle caratteristiche geotecniche del terreno indagato; le medesime valutazioni sono state effettuate sulla nuova tubatura in progetto. Tali finalità si possono considerare raggiunte, anche se vi sono delle problematiche relative ai dati di partenza e al metodo sviluppato nel corso di questo lavoro per il raggiungimento delle stesse.
I dati di base utilizzati sono interamente derivati da prove penetrometriche dinamiche che, a causa della loro stessa natura, non risultano completamente affidabili nel processo di stima dei parametri geotecnici non direttamente riconducibili alla resistenza alla penetrazione dei terreni indagati. D’altra parte la maggior parte dei parametri geotecnici precedentemente elencati deriva quindi da formulazioni empiriche che, benché siano state rispettate le limitazioni imposte dagli autori, non possono essere considerate totalmente attendibili. Al fine di risolvere tali criticità sarebbe opportuno integrare i dati derivati dalle prove penetrometriche con ulteriori sondaggi stratigrafici descritti in maniera più accurata, con analisi di laboratorio relative alla granulometria e alle caratteristiche chimico-fisiche dei terreni indagati. Per quanto riguarda i valori relativi alle velocità delle onde sismiche secondarie e ai fattori di sicurezza alla liquefazione, un altro miglioramento deriverebbe dall’aggiunta di dati rilevati da indagini di tipo sismico effettuate in campagna, come ad esempio indagini effettuate con la metodologia MASW o sfruttando i processi di riflessione e
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rifrazione delle onde sismiche nel terreno, in grado di fornire risultati più accurati e validi rispetto a quelli derivati dall’analisi delle prove penetrometriche. A tale riguardo sarebbe utile realizzare una carta geotecnica relativa alle sollecitazioni sismiche a cui possono essere sottoposti entrambi i complessi di tubature.
Un’altra problematica della metodologia proposta nel presente lavoro riguarda la definizione delle Unità Geotecniche a comportamento affine su base penetrometrica. I valori numerici dei vari parametri - su cui è stata impostata la suddivisione delle stesse - risente infatti dell’interpretazione effettuata tramite il foglio di calcolo delle penetrometrie e dal processo di revisione statistica degli stessi dati. Anche in questo caso sarebbe risultata utile un’integrazione dei dati disponibili con altri di natura diversa.
La cartografia geologico-tecnica prodotta risulta essere coerente con quella geologica di Bertocchini (2011) e con le descrizioni dei corpi cartografati che interessano l’area di studio. Si ricorda però che si è giunti a tale risultato integrando i dati derivati dalle penetrometrie reali con oltre 7000 dati fittizi; sulla base dei risultati ottenuti è comunque possibile affermare che la metodologia di interpretazione delle penetrometrie, da cui deriva il processo di attribuzione dei codici numerici - rimandanti alle Unità Geotecniche a comportamento affine su base penetrometrica - ai dati fittizi, così come il loro posizionamento su una maglia regolare di 100 m di lato, risulta essere attendibile, seppure con le limitazioni precedentemente esposte. La successiva interpretazione geologica delle carte prodotte in un primo tempo affina ulteriormente la tipologia di informazione data dalle carte geotecniche, introducendo elementi che non vadano in contrasto con l’evoluzione geologica e stratigrafica della piana ma che, al contrario, trovino in essa una giustificazione. Il risultato della metodologia e dell’interpretazione effettuata sulle due carte geotecniche risulta quindi attendibile, poiché si raccorda in maniera soddisfacente con l’assetto geografico e stratigrafico dei corpi geologici e con la loro descrizione. Sempre a riguardo della realizzazione delle carte geotecniche bisogna ricordare come l’algoritmo di interpolazione lineare utilizzato - l’ Inverse to Distance Weight (IDW) - non risulti come il migliore in assoluto, ma come il migliore tra quelli che i dati di base permettevano di usare, poiché il
kriging, qualitativamente migliore, necessitava per la sua utilizzazione di un maggior numero
di dati di partenza di migliore qualità e una conoscenza approfondita delle variazioni matematiche tra gli stessi.
Si può quindi affermare che la qualità del metodo e dei risultati prodotti in seno a questo lavoro siano buoni e sufficientemente attendibili, tenendo comunque conto delle varie
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limitazioni. Si deduce altresì come un maggior numero di dati di base di tipo penetrometrico con una migliore distribuzione spaziale, con l’integrazione degli stessi con dati ricavati da prove di laboratorio e stese sismiche e con un maggior numero di sondaggi si possano migliorare sensibilmente le cartografie geotecniche, la caratterizzazione geotecnica delle Formazioni, delle coperture e dei depositi affioranti e le analisi delle interazioni tra i terreni e le opere in progetto.
Le potenzialità di questo lavoro risiedono nel fatto che i parametri geotecnici forniti, atti a quantificare i differenti comportamenti e a suddividere sulla base di questi le Unità Geotecniche, sono quelli che vengono richiesti dalle formule empiriche utilizzate dalla normativa vigente per il calcolo e l’analisi delle interazioni tra i terreni e le opere di ingegneria; è pertanto possibile, posizionando le opere in progetto sulla cartografia prodotta, ricavare tali dati e dimensionare correttamente le opere stesse. Inoltre i parametri relativi alla suscettibilità dei terreni in esame alla liquefazione permettono un più sicuro posizionamento sul territorio delle strutture ingegneristiche. Queste potenzialità risultano efficacemente testate, in base a quanto prodotto, sulla tubatura EX-SNAM.
La metodologia sviluppata e i prodotti realizzati per la sua attuazione, come il foglio di calcolo per l’interpretazione delle penetrometrie, possono essere inoltre utilizzati anche in aree differenti da quelle in esame e, tramite la realizzazione del progetto in ambito GIS, sono facilmente interrogabili ed implementabili.
Le potenzialità della metodologia consistono essenzialmente nella possibilità di esprimere con un dato numerico, il codice identificativo delle Unità Geotecniche, una serie di parametri di interesse che caratterizzano l’Unità in esame. Inoltre, tale metodologia sviluppa la possibilità di analizzare intervalli di profondità, con caratteristiche variabili al suo interno, fornendo un risultato univoco relativo alle affinità comportamentali dell’intero intervallo. La metodologia, come detto, risulta essere anche facilmente implementabile, tramite l’aggiunta di dati di input che, oltretutto, affinerebbero i dati numerici dei parametri geotecnici relativi alla definizione delle Unità Geotecniche e il conseguente processo di realizzazione della cartografia.
