File: ALL. 03 - Relazione geotecnica

INDICE
1
PREMESSA .......................................................................................................................................................................... 2
2
FASE CONOSCITIVA ......................................................................................................................................................... 3
3
4
2.1
INQUADRAMENTO GEOLOGICO ...................................................................................................................................... 3
2.2
INDAGINI GEOTECNICHE ................................................................................................................................................ 5
CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA ........................................................................................................................... 7
3.1
CARATTERIZZAZIONE DELLA DEFORMABILITÀ DEGLI AMMASSI .................................................................................... 7
3.2
CARATTERIZZAZIONE MEDIANTE IL METODO DI BIENIAWSKI ........................................................................................ 8
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE ................................................................................................................................. 14
1
PREMESSA
La caratterizzazione geotecnica per la progettazione definitiva ed esecutiva relativa ai “LAVORI DI
COSTRUZIONE DELLA CIRCONVALLAZIONE SUD DI COPERTINO” è stata finalizzata
all’individuazione degli aspetti geotecnici salienti che la natura e le caratteristiche dei terreni e delle rocce
hanno posto nella definizione delle soluzioni progettuali.
Il modello geologico del sottosuolo è illustrato nella “Relazione Geologica” di progetto.
2
2
2.1
FASE CONOSCITIVA
Inquadramento geologico
L’assetto geologico generale del territorio in esame è caratterizzato
dal substrato costituito
dall’imponente massiccio carbonatico cretacico rappresentato dalla formazione del “Calcare di
Altamura”, calcari e calcari dolomitici di piattaforma cretacei, facenti parte della piattaforma carbonatica
Appula. Essi raggiungono in questa zona spessori notevolissimi e sono ascrivibili alla Formazione delle
dolomie di Galatina. In trasgressione su detta formazione, è presente la formazione biocalcarenitica
marnosa miocenica delle Calcareniti di Andrano a cui segue una successione di calcareniti (“Calcareniti
di Gravina”), di età pliopleistocenica.
Calcari, calcari dolomitici (Formazione delle Dolomie di Galatina, Cretacico)
Sono rappresentati da un'alternanza di banchi e strati di calcari detritici chiari a grana più o meno fine, di
calcari dolomitici e di dolomie. I litotipi più frequenti sono rappresentati da calcari detritici di colore
bianco, talora con abbondanti macrofossili, di norma ben stratificati in banchi, dolomie grigio chiare, con
abbondanti modelli interni di macrofossili, massicce o in banchi. Dal punto di vista paleontologico in
alcuni livelli sono presenti frammenti di Rudiste. L’età dei calcari e dolomie è compresa tra il
Cenomaniano e il Senoniano inferiore. L'ambiente di sedimentazione è di mare basso. Petrograficamente
i calcari sono costituiti in prevalenza da micriti più o meno fossilifere e intraclastiche, talora
dolomitizzate, biomicriti, biomicriti intraclastiche. Dal punto di vista della composizione chimica tali
rocce sono costituite quasi esclusivamente dai carbonati calcite e dolomite, che da soli superano il 99 %
del totale. La formazione si presenta stratificata, con strati di potenza dell’ordine del decimetro o del
metro, con giacitura inclinata, generalmente inferiore ai 10° gradi.
Generalmente si riscontra una
importante fratturazione che unitamente alla stratificazione e al carsismo sviluppato lungo le
discontinuità, conferisce a queste rocce una permeabilità elevata. Gli effetti del fenomeno carsico sono
abbondanti e rappresentati da doline sparse sul territorio che si presentano riempite da Terre rosse.
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Calcareniti e sabbie (Formazione delle Calcareniti del Salento, Plio- Pleistocene)
Litologicamente è rappresentata nella parte superiore da sabbie calcaree poco cementate con intercalati banchi di
panchina, da sabbie argillose grigio azzurre; nella parte inferiore è rappresentata da calcareniti, calcari tipo
panchina, calcareniti argillose giallastre . Sono compresi sedimenti denominati impropriamente “tufi”. Da un punto
di vista litologico si tratta principalmente di biocalcareniti e biocalciruditi in grossi banchi. Mineralogicamente
sono costituite da prevalente calcite, circa il 95 %.
Terre rosse e depositi colluviali
Ricoprono i calcari e le calcareniti sottostanti. Lo spessore è valutabile intorno a 0,50-1,00m circa con zone dove si
possono raggiungere anche 1.5 metri.
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2.2
Indagini geotecniche
Le indagini geognostiche condotte sono state sviluppate in funzione delle caratteristiche geometriche del
tracciato e delle opere (trincee e rilevati) previste in progetto.
In particolare sono stati eseguiti, lungo il tracciato, 4 profili sismici a rifrazione e 4 profili sismici
mediante metodologia Masw.
Di seguito si riportano le risultanze delle 4 prove sismiche a rifrazione:
•
Profilo sismico 1 - Il sismostrato superiore è caratterizzato da Vp paria 687.9 m/sec attribuibili a
terreno vegetale passante a roccia alterata, ed è presente per uno spessore variabile da 1 a 1.5 m; il
secondo sismostrato è caratterizzato da Vp pari a 2755m/sec attribuibili a roccia calcarea.
•
Profilo sismico 2 - Lo strato superiore è caratterizzato da Vp paria 833.2 m/sec attribuibili a
riporto passante a calcareniti poco cementate), per uno spessore variabile da 3 a 4,5m; il secondo
strato è caratterizzato da Vp pari a 1117.7m/sec, attribuibili ad calcareniti da poco a mediamente
cementate.
•
Profilo sismico 3 - Lo strato superiore è caratterizzato da Vp pari a 524.2 m/sec attribuibili a
terreno vegetale passante a roccia alterata, per uno spessore variabile da 3 a 4,5m; il secondo
strato è caratterizzato da Vp pari a 1516.4m/sec, attribuibili a roccia calcarenitica; il terzo strato
è caratterizzato da Vp pari a 3249.4m/sec attribuibili a roccia calcarea.
•
Profilo sismico 4 - Lo strato superiore è caratterizzato da Vp pari a 649.4 m/sec attribuibili a
terreno vegetale passante a roccia alterata, per uno spessore variabile da 1.00 a 2,50m; il secondo
strato è caratterizzato da Vp pari a 1150.5m/sec, attribuibili a calcareniti da poco a mediamente
cementate; il terzo strato è caratterizzato da Vp pari a 1719.3.4m/sec attribuibili a roccia calcarea.
Per il dettaglio delle risultanze delle prove sismiche a rifrazione si rimanda alla relazione geologica di
progetto.
Sono state inoltre condotte, come detto, delle indagini tipo MASW.
Le indagini geofisiche tipo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) si basano sulla tecnica
della prospezione sismica per la definizione delle onde di taglio (S).
Il metodo MASW è una tecnica di indagine non invasiva (non è necessario eseguire perforazioni o
scavi), che individua il profilo di velocità delle onde di taglio verticali Vs, basandosi sulla misura delle
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onde superficiali fatta in corrispondenza di diversi sensori (accelerometri o geofoni) posti sulla superficie
del suolo.
Le onde superficiali di Rayleigh, durante la loro propagazione vengono registrate lungo lo stendimento di
geofoni e vengono successivamente analizzate attraverso tecniche computazionali basate su un approccio
di riconoscimento di modelli multistrato di terreno.
Di seguito le risultanze delle 4 MASW:
•
MASW 1 - VS30 = 1433 m/sec
•
MASW 2 - VS30 = 1074 m/sec
•
MASW 3 - VS30 = 1092 m/sec
•
MASW 4 - VS30 = 997 m/sec
Sulla base della velocità delle onde sismiche ottenute dalle simimiche a rifrazione e dalle prove MASW è
possibile determinare, mediante correlazioni numeriche i valori delle caratteristiche di deformabilità degli
ammassi.
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3
CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA
La caratterizzazione geotecnica della deformabilità degli ammassi è stata condotta utilizzando le
risultanze delle prove in sito. Per la caratterizzaione della resistenza degli ammassi si è fatto riferimento a
dati di letteratura richiamati nella relazione geologica.
3.1
Caratterizzazione della deformabilità degli ammassi
La velocità delle onde è in relazione con le caratteristiche meccaniche del materiale, la sua resistenza e
deformabilità, e, a partire da questa, si calcolano i moduli di deformazione dinamici.
Dalle prove sismiche sono determinati:
•
Modulo di taglio dinamico G d = ρ ⋅ VS2 ;
•
(VP VS )2 − 2
;
Coefficiente di Poisson dinamico ν d =
2
2 ⋅ [(VP VS ) − 1]
Modulo di elasticità dinamico Ed = 2 ⋅ Gd ⋅ (1 +ν d ) ;
•
Modulo di compressibilità dinamico K d =
•
Ed
3 ⋅ (1 − 2 ⋅ν d )
dove ρ è la densità del materiale roccioso e Vp e Vs sono le velocità delle onde longitudinali e di taglio.
Nella tabella di seguito (tab.1) , sulla base delle correlazioni di sopra definite, si sono determinati i valori
dei moduli elastici del terreno in condizioni statiche (E).
γv
2
Profilo a rifrazione (kN/m3 ) g (m/sec )
Profilo sismico 1
20
9,81
Profilo sismico 2
20
9,81
Profilo sismico 3
20
9,81
Profilo sismico 3
20
9,81
Profilo sismico 4
20
9,81
Profilo sismico 4
20
9,81
ρ
2,04
2,04
2,04
2,04
2,04
2,04
v p (m/sec)
v s (m/sec)
Gd (N/mm2 )
νd
Ed (N/mm2 )
kd (N/mm2 )
2755,0
1118,0
1516,0
3250,0
1150
1719
1000,0
800,0
1000,0
1000,0
800,0
1000,0
2039
1305
2039
2039
1305
2039
0,42
-0,02
0,11
0,45
0,03
0,24
5807
2545
4546
5903
2691
5073
12756
809
1967
18816
957
3306
E (MPa)
1161
509
909
1181
538
1015
Tab.1
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3.2
Caratterizzazione mediante il metodo di Bieniawski
Per la caratterizzazione degli ammassi rocciosi si fa riferimento al metodo di Bieniawski (RMR –
System, 1989) che considera una serie di proprietà per gli ammassi espresse attraverso parametri
classificativi, ad ognuno dei quali viene attribuito un valore numerico in base a valutazioni qualitative e
quantitative :
•
Resistenza a compressione monoassiale della roccia: R1;
•
Indice RQD (Rock Quality Designation): R2;
•
Spaziatura dei giunti: R3;
•
Condizioni dei giunti (alterazione delle pareti, scabrezza, persistenza, apertura, materiale di
riempimento): R4;
•
Condizioni idrauliche: R5;
La somma dei valori dei primi cinque indici parziali fornisce l’indice di qualità dell’ammasso RMR
(Rock Mass Rating) base:
RMR(base) = R1+R2+R3+R4+R5.
In particolare l’indice BMR tiene conto di quattro parametri determinati sull’ammasso roccioso (R1–R2R3-R4) e pone l’indice parziale R5 per le condizioni idrauliche pari a 15 (condizioni di roccia asciutta).
Per una valutazione delle caratteristiche meccaniche dell’ammasso roccioso, in differenti condizioni
geologiche, si considera il GSI o Geological Strength Index (Hoek, 1994; Hoek, Kaiser e Bawden,
1995).
La determinazione di tale indice avviene tramite il “metodo GSI” (forma diretta) oppure in funzione
dell’indice BMR.
Il “metodo GSI” consiste nell’identificare, mediante un’apposita tabella (Tabella ), una categoria di
appartenenza dell’ammasso roccioso in funzione del grado di fratturazione (struttura) e delle condizioni
delle superfici di disontinuità (condizioni delle superfici); ad ognuna delle categorie è associato un indice
numerico (il valore di GSI).
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Tabella 2 Stima dell’indice GSI sulla base della descrizione geologica dell’ammasso
Il valore del GSI è determinabile anche per via indiretta, in funzione dell’indice BMR:
GSI = BMR – 5
Si fa riferimento alla relazione geologica di progetto per la caratterizzazione degli ammassi rocciosi ed ai
valori di GSI (Geological Strength Index) e di σci (resistenza a compressione monoassiale della roccia
intatta).
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Le caratteristiche di resistenza degli ammassi rocciosi si esprimono attraverso il criterio generalizzato
proposto da Hoek e Brown (1988).
In questo modello, la curva intrinseca che fornisce le condizioni di rottura dell'ammasso è data
dall’espressione:
 σ'

σ '1 = σ ' 3 +σ c  mb 3 + s 
σc


a
dove:
σ'1
tensione principale efficace maggiore a rottura;
σ '3
tensione principale efficace minore a rottura;
σc
resistenza a compressione monoassiale della roccia intatta.
La resistenza al taglio è stata inoltre espressa con il criterio di resistenza di Mohr-Coulomb, interpolando
con una retta la curva intrinseca di Hoek-Brown, ridefinita nel piano tensione tangenziale (τ) - tensione
normale (σ’n). In questo modo è possibile definire i parametri coesione c’ e angolo di attrito ϕ’.
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Tabella 7 Interpolazione della curva intrinseca di Hoek e Brown: retta di rottura di MohrCoulomb
Il modulo di deformazione E si valuta anche (oltre che utilizzando le risultanze del prove sismiche)
secondo le correlazioni empiriche usualmente utilizzate in letteratura, basate sul valore del parametro GSI
e della resistenza a compressione monoassiale della roccia intatta. La linearizzazione del criterio per la
valutazione di c’ e φ’ è stata effettuata in funzione dello stato tensionale.
Di seguito sono riportati i grafici che hanno permesso il passaggio dai parametri di resistenza secondo il
criterio di Hoeck Brown a quello di Mohr Coulomb.Ciò è stato fatto per i valori di GSI e di resistenza a
compressione proposti nella relazione geologica di progetto.
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CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
La caratterizzazione geotecnica condotta ha permesso di individuare, per le litologie interessate dalle
opere in progetto, i parametri geomeccanici di resistenza e deformabilità di riferiemento risultanti.
Nella definizione dei range relativi alle caratteristiche di resistenza e deformabilità riportati in tabella, si è
fatto riferimento alle risultanze delle indagini in sito ed ai valori di letteratura ascrivibili alle medesime
formazioni indicati nella relazione geologica. In particolare per la determinazione delle caratteristiche di
resistenza si è tenuto conto delle stime risultate dalle elaborazioni condotte mediante le formulazioni
indicate nella nota per gli ammassi litoidi e relative alla caratterizzazione condotta secondo il metodo di
Hoeck Brown.
φ
E
c
Mpa
Kpa
(°)
400 - 2000 70 - 1000 23 - 25
Per l’individuazione puntuale e di dettaglio delle indagini si rimanda alla relazione geologica di progetto.
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