Rischio geotecnico

Relazione mappa di rischio geotecnico

Oggetto

Comune di Roma – Zona CTR 374100

Geologia ambientale e dei materiali

Corso materiali

Ingegneria per la protezione del territorio dai rischi naturali

Dott. Guido Giordano

Docente Berti Andrea

Studenti Campolese Mattia

2007 / 2008 Anno

Sommario

• Introduzione..........................................................................................2
• Il rischio geotecnico..........................................................................................3
• Cedimento fondazioni........................................................................................................4
• Frane..................................................................................................................................9
• Cavità sotterranee............................................................................................................13
• Zona analizzata....................................................................................17
• Geologia di Roma............................................................................................17
• Geomorfologia dell'area romana.....................................................................................17
• Area piana del Tevere......................................................................................................18
• Localizzazione zona CTR 374100...................................................................20
• Geomorfologia.................................................................................................................21
• Idrogeologia.....................................................................................................................22
• Storia................................................................................................................................23
• Analisi.................................................................................................25
• Valutazione pericolosità..................................................................................25
• Cedimento fondazioni......................................................................................................25
• Frane................................................................................................................................28
• Cavità...............................................................................................................................31
• Valutazione vulnerabilità.................................................................................33
• Cedimenti.........................................................................................................................33
• Frane e cavità...................................................................................................................35
• Valutazione valore...........................................................................................36
• Rischio calcolato.............................................................................................37
• Proposte d'intervento...........................................................................39
• Cedimenti........................................................................................................39
• Frane................................................................................................................40
• Cavità...............................................................................................................41
• Riferimenti bibliografici......................................................................43

Geologia ambientale e dei materiali – A.A. 2007/2008 – Relazione mappa di rischio geotecnico - pag. 1 di 43

Introduzione

Il seguente lavoro consiste nella redazione di una carta relativa ad uno specifico rischio ambientale in seguito alla richiesta da parte di un ente appaltante. Il limitato livello di dettaglio dell'analisi è dovuto alla riduzione del carico di lavoro per poter sostenere l'esame di Geologia ambientale e dei materiali. È stato valutato il rischio geotecnico in un'area all'interno del comune di Roma identificata nella carta geologica di Funiciello & Giordano del 2005 dalla zona CTR 374100:

Fig. 1: Posizione zona analizzata all'interno del comune di Roma

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Il rischio geotecnico

Il concetto di rischio è stato introdotto dall'UNESCO nel 1984 per rispondere ai compiti istituzionali di mitigazione dei danni causati dalle catastrofi naturali ed ha trovato ampia diffusione nella comunità scientifica, anche se ancora oggi non vi è uniformità di interpretazione.

Nella valutazione degli scenari evolutivi possibili di un territorio, quali l'analisi di problematiche di carattere ambientale, il rischio è un valore definito dal prodotto:

ER = P × V × E

• P = pericolosità dell'evento in analisi, ovvero la probabilità che un fenomeno accada in un determinato spazio con un determinato tempo di ritorno;
• V = vulnerabilità, ovvero l'attitudine di un determinato elemento a sopportare gli effetti legati al fenomeno pericoloso;
• E = valore che l'elemento esposto al pericolo assume in termini di vite umane, economici, artistici, culturali o altro;

In generale è possibile effettuare una suddivisione in:

• Rischi di origine antropica: connessi direttamente all'attività dell'uomo sul territorio (rischio chimico-industriale, sanitario, dei trasporti, nucleare ...);
• Rischi di origine naturale: derivano dall'evoluzione dell'ambiente nel tempo (rischio sismico, vulcanico, idrogeologico, incendi ... );

Nel seguente lavoro è stato analizzato il rischio geotecnico considerando le problematiche di cedimento delle fondazioni, della presenza di cavità sotterranee e la possibilità di eventi franosi.

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Cedimento fondazioni

Per una maggiore comprensione delle analisi effettuate è utile un breve richiamo di geotecnica per comprendere meglio i fattori che influenzano scelta e dimensionamento delle fondazioni e origine ed entità dei cedimenti. La fondazione per rispondere in maniera corretta alla sua funzione deve essere dimensionata in modo da ottenere un adeguato margine di sicurezza rispetto alla rottura per carico limite del terreno e da contenere gli spostamenti assoluti e differenziali entro valori compatibili.

Seguendo la suddivisione fatta da Karl Von Terzaghi (Praga 1983) esistono tre tipi principali di fondazioni:

• Superficiali su plinto, trave continua, platea
• Semi-profonda costituita da pozzi o cassoni
• Profonda su pali

Il progetto di una fondazione deve tenere in conto della capacità portante del terreno o carico di rottura (Q_f) il quale dipende dai seguenti elementi:

• Caratteristiche meccaniche del terreno
• Profondità del piano di fondazione
• Forma e dimensioni della superficie di carico
• Della situazione della falda
• Delle tensioni iniziali nel terreno di fondazione
• Attrito laterale (per fondazioni profonde)

Definendo un coefficiente di sicurezza (F) è possibile definire il carico ammissibile (Q_a).

È quindi possibile determinare il carico a rottura utilizzando tre approcci:

• Metodo dell’analisi dell’equilibrio plastico
• Metodo delle linee caratteristiche (Prandtl)
• Metodo dell’equilibrio limite globale (Terzaghi)

Capacità portante fondazioni dirette

Per una fondazione continua sottoposta a carico verticale centrato il valore della tensione di rottura (non esatto ma cautelativo) ottenuta da Terzaghi dalla composizione dei risultati ottenuti con i tre approcci sopra descritti è la seguente:

Fig. 2: Schema di Terzaghi

1 = c#N_c + q#N_q + #%#B#N_γ con:

• c = coesione del terreno
• q = sovraccarico agente sui lati della fondazione
• B = larghezza della fondazione
• N_c, N_q, N_γ = fattori di capacità portante

Da questa formulazione si può ottenere quella più generale di Brinch Hansen:

q = cN_cs_cd_cb_ci_cg_c + qN_qs_qd_qb_qi_qg_q + BN_γs_γd_γb_γi_γg_γ

La quale tiene conto anche della forma della fondazione (s), dell’inclinazione del carico (d), della base della fondazione (b), del piano campagna (i), della profondità del piano di posa (g).

Capacità portante fondazioni profonde

Le fondazioni profonde differiscono sostanzialmente da quelle dirette per il fatto di trasmettere il carico per attrito lungo il fusto. Queste vengono utilizzate per trasmettere il carico in profondità al di sotto di terreni con caratteristiche meccaniche molto basse. I pali si possono classificare secondo il loro diametro in:

• Grande diametro: 700 mm < D < 2000 mm, pali di solito trivellati che raggiungono fino a 20-40 m
• Medio diametro: 300 mm < D < 700 mm profondità da 5 a 25 m
• Piccolo diametro: 80 mm < D < 300 mm profondità da 5 a 20 m

La capacità portante di un singolo palo viene di solito divisa in due termini indicati come resistenza alla punta e resistenza laterale:

W = Q_b + Q_s = q_bA_b + q_sA_s con:

• W = peso del palo
• q_b = resistenza unitaria di punta
• q_s = attrito laterale

La determinazione di Q_b e Q_s viene fatta nell’ipotesi che queste siano indipendenti l’una dall’altra e che le due resistenze vengano mobilitate con il valore massimo in corrispondenza di un diverso cedimento. Tenendo conto di questo la suddivisione tra resistenza alla punta e laterale dipende da:

• Dimensione del palo
• Caratteristiche del terreno ai lati e sotto la punta del palo
• Modalità costruttive del palo
• Percorso dei carichi e dal tempo trascorso dall’applicazione del carico

Per calcolare q_b per un terreno coesivo in condizioni non drenate si può far riferimento alle formule utilizzate per le fondazioni superficiali continue:

q_b = cN_c + qN_q con c = coesione del terreno

In letteratura vengono fornite tutte le formule necessarie per il calcolo dell’attrito laterale nelle varie condizioni applicative.

Cedimenti delle fondazioni

Con il termine cedimento si indica l’abbassamento verticale del piano di posa della fondazione di una struttura a causa delle deformazioni del terreno. Se il piano d’appoggio della struttura rimane piano il cedimento non è pericoloso, poiché non si altera la distribuzione delle tensioni nella struttura; se invece il piano di appoggio di incurva, la struttura tende a deformarsi dando luogo a nuove tensioni generalmente non considerate in progetto.

Quando si calcola un generico cedimento è buon uso procedere nel seguente modo:

• Si determina, sulla base delle indagini eseguite, il profilo geotecnico del terreno
• Si calcolano gli incrementi di tensione verticale nel terreno di fondazione, incrementi determinati dai carichi agenti sul piano di fondazione
• Sulla base dei risultati dell’indagine geotecnica, si scelgono le caratteristiche tensioni–deformazioni–tempo rappresentative dei vari strati di terreno interessati dalle variazioni di tensioni verticali e si calcolano le tensioni verticali litostatiche
• Si calcolano le deformazioni dei vari strati di terreno
• Si valuta l’andamento nel tempo dei cedimenti (solo per terreni coesivi a bassa permeabilità)

Per quanto riguarda la determinazione delle tensioni verticali prodotte dall’applicazione dei carichi è possibile fare riferimento alla formula proposta da Boussinesq nel 1885:

q_v = Q / (2πr²) con I_i = 1 / (1 + (r² / z²)^5/2)

Questa formula fa riferimento alla teoria dell’elasticità ed ipotizza un solido semi-infinito delimitato da una superficie orizzontale caricato con una forza P puntiforme che agisce normalmente ad essa.

Una volta nota la variazione delle tensioni verticali si possono valutare le deformazioni conseguenti e quindi i cedimenti. In genere si hanno valori significativi del cedimento, per il campo di tensioni più frequentemente trasmesse al terreno, quando si interessano strati di argilla normalmente consolidata o leggermente sovraconsolidata, mentre quando si interessano strati di argilla fortemente sovraconsolidata, o di sabbie e di ghiaia, si hanno cedimenti limitati.

Rispetto al caso di un argilla NC la formazione dei cedimenti può essere schematizzata nel modo seguente:

• Durante la fase di carico si formano delle sovrapressioni nell’acqua del terreno argilloso, ma data la bassa permeabilità di questo e la velocità con cui è applicato il carico, si ha una deformazione in condizioni non drenate dello strato di argilla e quindi a volume pressoché costante ed il cedimento corrispondente è detto immediato S_i
• Per effetto delle sovrappressioni neutrali provocate dal carico applicato inizia il processo di uscita dell’acqua dal terreno argilloso ed il trasferimento del carico dall’acqua allo scheletro solido del terreno, cioè la pressione neutrale diminuisce e la pressione effettiva aumenta e contemporaneamente lo spessore dello strato argilloso diminuisce, dando luogo ad un cedimento di consolidazione S_c
• Esaurite le sovrapressioni neutrali si hanno ancora deformazioni molto lente, in condizioni drenate, dovute a fenomeni di creep, cioè di riaggiustamento dello scheletro solido sotto carico costante, e il cedimento corrispondente è detto secondario S_s

Il cedimento totale sarà quindi dato dalla somma dei tre cedimenti:

S_t = S_i + S_c + S_s

Di solito è possibile trascurare il cedimento secondario, ad esclusione di casi di argille organiche o torbe. Il cedimento immediato nei terreni argillosi ha importanza principalmente per terreni di media e di alta plasticità e per terreni di bassa plasticità con struttura instabile. Il cedimento di consolidazione rappresenta in genere, per terreni coesivi normalmente consolidati o leggermente sovraconsolidati, la parte preponderante del cedimento e quindi quella più importante ai fini progettuali. Per terreni sabbiosi e ghiaiosi a permeabilità elevata cedimenti immediati e di consolidazione avvengono contemporaneamente quindi si perde la distinzione valida per le argille.

La formulazione proposta da Terzaghi per la determinazione dei cedimenti di opere su terreno coesivi è:

S_i = qB / (E_u) × I_w

• q = carico uniforme
• B = dimensione della fondazione
• I_w = coefficiente di influenza che dipende dalla forma, dalla rigidezza della fondazione, dallo spessore H dello strato deformabile e della profondità D del piano di posa

' &C = H log (σ₀ / σ₁) con:

• C_c = coefficiente di compressibilità del terreno ottenuto dai risultati di una prova cedometrica
• H = spessore iniziale dello strato analizzato
• e₀ = indice dei vuoti iniziale

Per i terreni non coesivi la complessità nel calcolare la loro compressibilità ha spinto i ricercatori ad utilizzare per il calcolo dei cedimenti i risultati delle prove in situ.

I problemi

La maggior parte delle opere dà luogo a variazioni di tensioni nel terreno relativamente limitate. Edifici civili ed industriali, rilevati stradali o arginali, muri di sostegno in genere provocano variazioni di tensione nel terreno che raramente superano i 3 Kg/cm² ma più spesso sono comprese tra 0,5 e 1,5 Kg/cm². Il volume significativo di terreno dipende dalle dimensioni dell’area caricata e dall’entità delle tensioni sul piano di fondazione.

Nel caso di fondazioni dirette generalmente vengono interessati strati di terreno fino a 10-15 m di profondità dal piano di fondazione; con fondazioni profonde invece si raggiungono profondità più rilevanti, ma in genere non si superano i 60m. Le pressioni litostatiche che si hanno fino a 60 m di profondità sono relativamente limitate e possono arrivare fino a 10 e a 6 Kg/cm² in presenza di terreno sopra la falda o di terreno immerso in falda.

Oltre alle tensioni si è interessati alla valutazione delle deformazioni. Quando vengono sollecitati strati di argilla normalmente consolidata o leggermente sovraconsolidata, in genere si hanno valori significativi (dai centimetri a qualche decina di centimetri) del cedimento, per il campo di tensioni trasmesse al terreno più di frequente; quando invece si interessano strati di argilla fortemente consolidata o di sabbia e di ghiaia si hanno cedimenti limitati (dell’ordine dei millimetri e di qualche centimetro). Quindi il problema dei cedimenti per la maggior parte delle opere si presenta quando si sollecitano strati di argilla normalmente consolidata. Se l’entità dei cedimenti non è accettabile spesso si fa ricorso alle fondazioni profonde.