PROVINCIA REGIONALE DI CATANIA II DIPARTIMENTO – 1 Servizio UFFICIO GEOLOGIA E GEOGNOSTICA SP 183 PROGETTO PER LA RICOSTRUZIONE MURO DI SOSTEGNO RELAZIONE GEOLOGICO-TECNICA IL GEOLOGO (Dott. Antonino Carnazzo) 2/16 1. PREMESSA Il presente studio ha lo scopo di descrivere le caratteristiche morfologiche, litostratigrafiche ed idrogeologiche dell'area interessata dalla ricostruzione di un muro di sostegno lungo la S.P. 183 e di definirne le caratteristiche fisicomeccaniche dei terreni di substrato interessati. La conoscenza delle caratteristiche fisico-meccaniche del terreno, infatti, è indispensabile per la stabilità della fascia che interferisce con il corpo stradale e per il dimensionamento di eventuali interventi migliorativi a favore della stabilità e della sicurezza del percorso stradale. Lo studio è stato eseguito avvalendosi di sopralluoghi sul sito di interesse, di precedenti studi geologici effettuati per conto della Provincia Regionale di Catania e della bibliografia tematica disponibile per l'area di stretto interesse del progetto. Quanto sopra al fine di ricostruire la successione litostratigrafica di dettaglio del sito e di caratterizzare dal punto di vista fisico-meccanico i litotipi presenti per una ottimale valutazione della interazione terreno-struttura. Lo studio è cosi distinto: - Quadro geografico e morfologico - Quadro geologico e strutturale - Quadro sismico e pericolosità sismica di base - Quadro idrogeologico - Descrizione dissesto e indagini geognostiche - Quadro geotecnico - Conclusioni. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 3/16 2. QUADRO GEOGRAFICO E MORFOLOGICO L' area di interesse del presente progetto è ubicata ad ovest e a nord-ovest rispettivamente dagli abitati di Mineo e Grammichele, da cui dista in linea d'aria circa 7 Km, e risulta localizzata nella tav. “Mineo” F° 273 IV N.E. della Carta d'Italia edita dall'I.G.M. in scala 1:25.000. Le sue coordinate geografiche sono: Lat.: 37.2783 Long.: 14.6110 Il tracciato stradale presenta andamento sub pianeggiante e si sviluppa prevalentemente in direzione E-W, eccetto che per un tratto limitato in prossimità dell’innesto con la SP 109, laddove si inserisce l’intervento progettuale, orientato in direzione NE-SW. L'orografia dell'area di interesse è caratterizzata da modesti rilievi circondati da superfici pianeggianti tipiche degli ambienti alluvionali di tipo fluviale; in particolare il ristretto ambito della zona di interesse del progetto presenta morfologia con debole pendenza verso NE con valori compresi fra il 10%-15%. Quindi, nell’ambito della definizione dell’azione sismica di cui alla nuova normativa, che si basa sull’individuazione delle condizioni topografiche (Tab. 3.2.IV), in considerazione di quanto sopra, l’area di interesse è ascrivibile appartenere a quelle di tipo “T1” per le condizioni topografiche. Condizioni topografiche Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale. Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione Tabella 3.2.IV – Categorie topografiche Categoria Caratteristiche della superficie topografica T1 Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤ 15° T2 Pendii con inclinazione media i > 15° T3 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30° T4 Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30° SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 4/16 Le generali condizioni di modesta acclività dei luoghi hanno impedito l'instaurarsi di fenomeni morfogenetici particolarmente accentuati; locali fenomeni di erosione incontrollata da parte delle acque meteoriche, dovuti alla mancanza di una loro regimentazione, sono riscontrabili nel versante posto a nord dell’area di progetto laddove sono evidenti solchi di ruscellamento incontrollato. Si può affermare, comunque, che il sito di interesse del progetto ricade in un'area definibile geomorfologicamente stabile sia a breve che a lungo termine, infatti nell'area di stretto interesse del progetto non sono presenti particolari segni di dissesto in atto o potenziali. Quanto sopra in accordo con quanto indicato, nell’ambito del Piano per l’Assetto Idrogeologico (P.A.I.) per il bacino idrografico del fiume Simeto (094), nella “Carta della Pericolosità e del Rischio Geomorfologico n°128” (639120) in scala 1:10.000, di cui in allegato se ne riporta uno stralcio. Il reticolo idrografico si presenta ben sviluppato in accordo con la presenza di litotipi a prevalente componente argillosa, che costituendo i terreni affioranti o il substrato poco profondo al di sotto della coltre alluvionale favoriscono il deflusso superficiale delle acque. Il reticolo è rappresentato da impluvi secondari ben marcati, che scorrono prevalentemente in direzione NW-SE convogliando le loro acque nell’impluvio principale costituito dal fiume Margi. 3. QUADRO GEOLOGICO E STRUTTURALE L’area di interesse ricade all’interno della piana alluvionale del fiume Margi che ricopre la zona di contatto fra il fronte più avanzato della Catena AppenninoMaghrebide, denominato Falda di Gela, ed il margine settentrionale del Plateau Ibleo posto a sud. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 5/16 La falda di Gela, che ha colmato la fossa plio-pleistocenica denominata "Avanfossa Gela-Catania", rappresenta il passaggio fra il Bacino di Caltanissetta posto a nord e l'Altopiano Ibleo. Essa in superficie è costituita dalle argille tortoniane e da lembi della serie Gessoso Solfifera siciliana intensamente tettonizzati, sui quali poggiano in discordanza i depositi plio-pleistocenici. I termini messiniani e pliocenici presentano un aspetto caotico imputabile al trasporto subito durante la messa in posto della suddetta Falda e che ha generato una serie strutture tettoniche compressive quali faglie inverse, pieghe asimmetriche e coricate, scaglie tettoniche e ricoprimenti. I terreni affioranti nell'area di stretto interesse del progetto e nelle sue immediate vicinanze sono principalmente di natura sedimentaria ed alluvionale; essi rappresentano il risultato della sedimentazione pelitica pleistocenica e dei fenomeni di alluvionamento del fiume Margi. In aree limitrofe, come rappresentato nell’allegata “Carta Geologica” redatta in scala 1:10.000, affiorano litotipi argillosi attribuibili alla Falda di Gela (marne argillose). Dal punto di vista tettonico, l'area è ubicata al margine orientale del "Bacino di Caltanissetta" che costituisce una importante struttura subsidente della Sicilia centrale ed è sede di vistosi fenomeni di ricoprimento tettonico generati dagli sforzi compressivi con vergenza verso sud (Falda di Gela). Conseguenza diretta di questi sforzi sono le strutture tettoniche di compressione, osservabili in aree poste a nord rispetto a quella di interesse del SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 6/16 progetto, che condizionano fortemente l'assetto giaciturale delle formazioni ivi affioranti; queste, infatti, presentano raggi di curvatura in funzione dell'orientazione degli sforzi e del tipo di risposta delle varie componenti litologiche. Nell'area di interesse del progetto queste strutture tettoniche, presenti nel substrato profondo, sono state successivamente sepolte dalle coperture argillose pleistoceniche e dalle alluvioni fluviali. Le fasi tettoniche più recenti hanno determinato l'emersione di quest'area e di quelle limitrofe, attraverso sforzi di tipo prevalentemente distensivo, con la formazione di dislocazioni dirette. 4. QUADRO SISMICO E PERICOLOSITA’ SISMICA DI BASE Le ricerche sulla sismicità della Sicilia orientale ed altri studi sui maggiori terremoti degli ultimi 1000 anni hanno dimostrato che più del 48% del territorio siciliano ha subito, almeno una volta, una scossa sismica di intensità superiore al 9° M.S.K. - 64. L'area è soggetta a scuotibilità provocata dalla sismicità di alcuni eventi localizzati sul versante settentrionale del Plateau Ibleo; da un'analisi della sismicità storica del territorio in esame, effettuata sulla scorta del "Catalogo dei terremoti" del C.N.R. nell'ambito del Progetto Finalizzato Geodinamica, è emerso infatti che il contributo maggiore alla sismicità locale è dato da alcuni eventi localizzati sul versante settentrionale dell’Altipiano Ibleo, quest’ultimi caratterizzati da elevate intensità (9° - 10° M.S.K. - 64) e media profondità ipocentrale. Tuttavia è opportuno sottolineare l'assenza di strutture tettoniche di qualsiasi tipo nell'area di interesse del progetto che possano provocare locali fenomeni di SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 7/16 amplificazioni e/o smorzamento o che comunque possano costituire elementi penalizzanti per le opere in progetto. Pericolosità sismica di base Al fine di una corretta progettazione è fondamentale conoscere il comportamento dinamico del terreno in seguito ad una sollecitazione sismica, per il fatto che un terremoto costituisce la più severa sollecitazione alla quale possano trovarsi sottoposte molte strutture civili. L'approccio ottimale sarebbe quello di progettare una struttura in modo da evitarne il crollo, nel caso di un terremoto della massima violenza possibile, risparmiando così perdite umane, ma accettando la possibilità di danni, in base all'assunto che riparare o sostituire il ridotto numero di strutture che sarebbero danneggiate dai terremoti più violenti è meno costoso che costruire solo strutture tanto resistenti da non subire alcun danno. I principali fattori che definiscono la pericolosità sismica di una zona si possono identificare con: a) le caratteristiche degli eventi sismici che possono verificarsi nell'area in un dato intervallo temporale e con una prefissata probabilità (Pericolosità sismica di base); b) le condizioni geologico-geomorfologiche, geotecniche e geofisiche dei litotipi superficiali che concorrono a modificare la risposta sismica di base. Le azioni sismiche di progetto si definiscono a partire dalla “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione, che costituisce l’elemento di conoscenza primario per la determinazione delle azioni sismiche. La pericolosità sismica di un sito è descritta dalla probabilità, denominata “probabilità di eccedenza o di superamento nel periodo di riferimento” PVR, che in un fissato lasso di tempo, espresso in anni, denominato “periodo di riferimento” VR, in detto sito si verifichi un evento sismico di entità almeno pari ad un valore prefissato. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 8/16 Essa è definita in termini di accelerazione orizzontale massima attesa (ag), facendo riferimento ad un suolo rigido (di categoria A) con superficie topografica orizzontale (di categoria T1), in condizioni di campo libero, cioè in assenza di manufatti, nonché di ordinate dello spettro di risposta elastico in accelerazione ad essa corrispondente Se (T), con riferimento a prefissate probabilità di eccedenza PVR, nel periodo di riferimento VR. La pericolosità sismica in un generico sito deve essere descritta in modo da renderla compatibile con le Norme Tecniche e da dotarla di un sufficiente livello di dettaglio, sia in termini geografici che in termini temporali; tali condizioni possono ritenersi soddisfatte se i risultati dello studio di pericolosità sono forniti: • in termini di valori di accelerazione orizzontale massima ag e dei parametri che permettono di definire gli spettri di risposta ai sensi delle Norme Tecniche, nelle condizioni di sito di riferimento rigido orizzontale sopra definite: • in corrispondenza dei punti di un reticolo (reticolo di riferimento) i cui nodi sono sufficientemente vicini fra loro (non distano più di 10 km); • per diverse probabilità di superamento in 50 anni e/o diversi periodi di ritorno TR ricadenti in un intervallo di riferimento compreso almeno tra 30 e 2475 anni, estremi inclusi. L’azione sismica così individuata viene successivamente variata al fine di pervenire alla risposta sismica locale, per tener conto delle modifiche prodotte dalle condizioni locali stratigrafiche del sottosuolo effettivamente presente nel sito di costruzione e dalla morfologia della superficie. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 9/16 Le caratteristiche del sito nel quale sono previste le opere in progetto sono: Parametro Classe d’uso Vita nominale Categoria topografica Categoria Sottosuolo Coefficiente di struttura Smorzamento Coefficiente di amplificazione topografica ST Valore II 50 anni T1 C 1 5% 1.0 Lat N Long E Coordinate Topografiche 37.2783 14.6110 Allo stato attuale, la pericolosità sismica su reticolo di riferimento nell’intervallo di riferimento è fornita dai dati pubblicati sul sito http://esse1.mi.ingv.it/, dalla cui consultazione scaturiscono i seguenti parametri di pericolosità sismica, riportati per ogni singolo intervento: Parametri di Pericolositá Sismica Tr ag=Ag/g 30 0.038 50 0.051 475 0.196 975 0.284 Stato Limite Operativitá (SLO) Danno (SLD) Salvag. Vita (SLV) Collasso (SLC) Fo 2.515 2.531 2.308 2.370 T*c 0.253 0.273 0.422 0.459 Spettri 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Dove SLO, SLD, SLV ed SLC rappresentano rispettivamente lo Stato Limite di immediata Operatività, di Danno, di salvaguardia della Vita e di prevenzione del Collasso. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 10/16 5. QUADRO IDROGEOLOGICO Sulla scorta dei sopralluoghi di superficie e delle indagini effettuate può essere formulata una verosimile identificazione delle caratteristiche idrogeologiche dei terreni affioranti. Essi presentano un grado di permeabilità estremamente variabile in funzione della granulometria. Le argille pleistoceniche di substrato e le marne argillose tortoniane, infatti, sono pressoché impermeabili, mentre le alluvioni fluviali presentano variazioni granulometriche sia in senso laterale che verticale essendo le strutture lentiformi variazioni tipiche degli ambienti di deposizione fluviale, formate da sedimenti dalle dimensioni delle particelle da sabbioso-limose a quelle dei ciottoli. Questi litotipi pertanto sono identificabili come terreni impermeabili ed a permeabilità primaria per porosità, con grado da nullo a medio. A titolo largamente orientativo si può indicare il seguente campo di variabilità del coefficiente di permeabilità: K < 10-8 cm/sec (argille e marne argillose) 10-1 < K < 10-5 cm/sec (alluvioni fluviali) In virtù di queste caratteristiche fisiche i depositi alluvionali sono sede di una falda libera superficiale che si origina per la presenza in profondità dei litotipi argillosi impermeabili (argille pleistoceniche o marne argillose tortoniane). Tale falda presenta direzione di deflusso prevalente verso nord-est, in accordo con la direzione di scorrimento del fiume Margi, riveste notevole importanza per la presenza di un consistente bacino idrografico di ricarica ed è ubicata ad una profondità variabile, in funzione della distanza dall’alveo, mediamente pari a circa 10 metri dal piano campagna. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 11/16 6. DESCRIZIONE DEL DISSESTO E INDAGINI GEOGNOSTICHE Il dissesto in oggetto è localizzato nel tratto più occidentale della SP 183, in prossimità dell’incrocio con la SP 109, in un tratto in cui la sede stradale si sviluppa in trincea. Il dissesto consiste principalmente nello scorrimento della porzione medio-alta del muro in cls, di controripa sul lato meridionale della carreggiata stradale, rispetto alla porzione medio-bassa rimasta ferma. In tale contesto appare determinante l’inadeguatezza di tale struttura, ormai vetusta, a sopportare le spinte causate del terreno di natura argillosa presente a tergo del muro. Al fine di fornire alla progettazione del nuovo muro di controripa utili e puntuali indicazioni sulla natura litologica e sui parametri geomeccanici dei terreni interessati dal progetto, è stato effettuato un apposito sondaggio meccanico con carotaggio continuo, con conseguente prelievo di campioni indisturbati, successivamente sottoposti a prove geotecniche di laboratorio, nonché di apposita indagine sismica finalizzata alla caratterizzazione della tipologia di suolo, ai sensi della NTC/2008. Per i particolari relativi alla loro ubicazione, le modalità esecutive e le tipologie di prove eseguite si rimanda alla apposita nota tecnica della Ditta appaltatrice. Di seguito viene descritta la successione litologica riscontrata con il carotaggio meccanico effettuato e vengono altresì forniti i parametri fisicomeccanici di riferimento dei terreni attraversati, da utilizzare per le verifiche della struttura in progetto, desunti sia dalle prove geotecniche di laboratorio SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 12/16 appositamente effettuate sia sulla scorta di precedenti prove effettuate nell’ambito di altri lavori per conto della Provincia in aree limitrofe: 0–1,50 m Conglomerato bituminoso e rilevato stradale costituito da clasti poligenici immersi in limo –sabbioso grigio-scuro; 1,50–15,00 m Argilla debolmente marnosa, di colore grigio-azzurro, consistente. Sui campioni indisturbati prelevati nel corso del carotaggio sono state effettuate prove geotecniche di laboratorio le cui principali risultanze sono di seguito riassunte: Profondità (m) Descrizione AGI 2,50-2,75 4,00-4,30 Argilla con limo Argilla con limo 19,79 22,10 2,08 2,00 2 Contenuto H O (%) 3 Peso di volume (t/m ) Limite liquido (%) 50 50 Limite plastico 23 19 Indice plastico Classifica UNI-CNR 10006 Angolo attrito drenato (°) 2 Coesione drenata (t/m ) 2 (*) Coesione non drenata (t/m ) (*) 27 30 A 7-6 A-7-6 26 23 3,1 3,8 24 24 Valore da prova Vane Test di cantiere Di seguito si riportano i diagrammi interpretativi delle prove di taglio diretto eseguite, i cui valori di rottura sono disponibili nell’allegato elaborato prodotto dal laboratorio M.T.R. del dott. F. Furia. φ'= 26° C’ = 3,1 ton/mq SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 13/16 φ'= 23° C’ = 3,8 ton/mq L’indagini geofisica eseguita è consistita nell’esecuzione di una prova attiva (MASW), nella quale occorre che l’operatore sia munito di una sorgente per energizzare il sistema. Essa ha avuto lo scopo principale di caratterizzare il suolo di fondazione in base ai valori della velocità equivalente Vs30 di propagazione delle onde di taglio. Dalla evince, suddetta nota sulla dall’elaborazione si scorta dei dati acquisiti, un valore di Vs30 = 30 / Σ(hi / Vsi) = 408 m/sec, dove hi e Vsi sono spessori e velocità dei singoli strati ed un modello delle velocità Vs come riportato nella figura a lato. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 14/16 7. QUADRO GEOTECNICO In definitiva, sulla scorta di quanto sopra, di precedenti esperienze sull’area e di prove eseguite in litotipi simili, si posso riassumere le caratteristiche fisicomeccaniche di riferimento, da utilizzare per il dimensionamento strutturale: Rilevato stradale γ= 1,85 ton/mc (Peso di volume) φ’=30° ÷ 35° (Angolo di attrito interno) C’=0 ton/mq (Coesione) Argilla con limo γ= 2,0 ton/mc (Peso di volume) φ’=23°÷26° (Angolo di attrito interno) C’=3,1 ÷ 3,8 ton/mq (Coesione). φu=0° (Angolo di attrito interno non drenato) Cu=20÷25 ton/mq (Coesione non drenata). Inoltre, in funzione dei valori di “Cu” sopra indicati e di Vs30 = 408 m/sec, è possibile, cautelativamente, descrivere il litotipo di fondazione, nell’ambito della definizione dell’azione sismica di cui alla nuova normativa, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento (Tab. 3.2.II), come appartenente alla categoria di sottosuolo di tipo “C”. Tabella 3.2.II – Categorie di sottosuolo Categoria Descrizione A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di Vs,30 superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie uno strato di alterazione, con spessore massimo pari a 3 m. B Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero NSPT,30 > 50 nei terreni a grana grossa e Cu,30 > 250 kPa nei terreni a grana fina). C Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT,30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < Cu,30 < 250 kPa nei terreni a grana fina). D Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs,30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni a grana grossa e Cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina). E Terreni dei sottosuoli di tipo C o D per spessore non superiore a 20 m, posti sul substrato di riferimento (con Vs > 800 m/s) SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 15/16 8. CONCLUSIONI Il presente studio geologico-tecnico riguardante l'area interessata dal progetto di ricostruzione di un muro lungo S.P. 183 è stato eseguito sulla scorta delle risultanze di sopralluoghi sul sito di interesse, di apposita campagna di indagini geognostiche, di precedenti studi geologici effettuati in aree limitrofe per conto della Provincia Regionale di Catania e della bibliografia tematica disponibile per l'area di stretto interesse del progetto. Lo studio ha permesso di definire quanto segue: • l'area si inquadra nel contesto della piana alluvionale del fiume Margi che ricopre la zona di contatto fra il fronte più avanzato della Falda di Gela ed il margine settentrionale del Plateau Ibleo; • il sito di stretto interesse è identificabile come appartenente a quelle di tipo “T1” per le condizioni topografiche e ricade su un’area definibile geomorfologicamente stabile sia a breve che a lungo termine; • nell’ambito della definizione dell’azione sismica, sulla scorta delle indagini geofisiche effettuate, si ritiene di poter cautelativamente attribuire al substrato di fondazione una categoria di sottosuolo di tipo “C”; • durante l’esecuzione del carotaggio meccanico, non è stata rinvenuta falda idrica fino alla profondità di 15 metri dal piano stradale; • sono state definite le caratteristiche litologiche e fisico-meccaniche dei terreni che costituiranno il substrato di fondazione della struttura in progetto, da utilizzare per il suo corretto dimensionamento. Si raccomanda, in fase esecutiva, la realizzazione di efficaci opere di drenaggio a tergo del muro, al fine di drenare le acque di infiltrazione mediante appositi fori nel muro, disposti a diverse altezze, per abbattere le pressione idrauliche. SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno 16/16 Tale opera di drenaggio, qualora realizzata mediante la posa di materiale arido altamente permeabile, dovrà essere protetta mediante la messa in opera di uno strato di geotessile al fine di preservarla dall’intasamento da parte del terreno naturale. IL GEOLOGO (Dott. Antonino Carnazzo) SP 183 - Progetto per la ricostruzione muro di sostegno
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