ripristino della livelletta delle sommità arginali del torrente samoggia
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Servizio Tecnico Bacino Reno Viale della Fiera, 8 Bologna Opere: L. 61/1998 L.R. 27/1974 Cod. 2O2C001 Cod. 2B1C101 PROGETTO ESECUTIVO RIPRISTINO DELLA LIVELLETTA DELLE SOMMITÀ ARGINALI DEL TORRENTE SAMOGGIA FRA I PILASTRINI 40 E 52, INTERESSATA DALLA SUBSIDENZA NEI COMUNI DI SALA BOLOGNESE E SAN GIOVANNI IN PERSICETO LOTTO III Importo lavori: € 3.044.525,46 RELAZIONE GEOLOGICA GEOTECNICA SISMICA Redatto da: dott. Geol Enrico Mazzini Visto: il Responsabile del Procedimento (arch. Ferdinando Petri) Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia SOMMARIO PREMESSA ...................................................................................................................................................................... 2 INTRODUZIONE ............................................................................................................................................................ 3 GEOLOGIA E GEOMORFOLOGIA DELL’AREA .................................................................................................................... 3 CARATTERISTICHE DELL’OPERA IN PROGETTO ................................................................................................................ 5 INDAGINE GEOGNOSTICA......................................................................................................................................... 8 DEFINIZIONE DEL VOLUME SIGNIFICATIVO ..................................................................................................................... 8 DISTRIBUZIONE DELLE INDAGINI E GRADO DI APPROFONDIMENTO ................................................................................. 9 ESITO DELLE INDAGINI GEOGNOSTICHE ......................................................................................................... 11 STRATIGRAFIA .............................................................................................................................................................. 11 MODELLO GEOLOGICO-TECNICO DEL SOTTOSUOLO ...................................................................................................... 14 VERIFICHE.................................................................................................................................................................... 16 FILTRAZIONE ................................................................................................................................................................ 16 CEDIMENTI ................................................................................................................................................................... 18 STABILITÀ ..................................................................................................................................................................... 19 LIQUEFAZIONE DEI TERRENI ......................................................................................................................................... 24 CONCLUSIONI.............................................................................................................................................................. 25 RACCOMANDAZIONI................................................................................................................................................. 26 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................................ 27 ALLEGATO A – RAPPORTI DI INDAGINE ............................................................................................................ 28 ____________________________________________________________________________ 1 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia PREMESSA La presente relazione geologica/geotecnica viene redatta a corredo del progetto esecutivo per la realizzazione dei lavori di ripristino della livelletta delle sommità arginali del torrente Samoggia fra i pilastrini 40 e 52, interessata dalla subsidenza, nei Comuni di Sala Bolognese e San Giovanni in Persiceto. Per quanto previsto dalla normativa in materia si procede pertanto alle verifiche sui terreni secondo le modalità prescritte dalle leggi attualmente in vigore. In particolare, ci si riferisce a: - OPCM N 3274 del 20 marzo 2003 e N 3519 del 28 aprile 2006, per quanto riguarda i criteri di verifica in condizione sismica delle stesse opere arginali e dei terreni di fondazione; - DM 14 gennaio 2008, per ciò che attiene all’ampiezza dell’indagine nel sottosuolo e alla determinazione del volume significativo e sui terreni che costituiranno i nuovi corpi arginali, e ai controlli in corso d’opera e in fase di esercizio; Le indagini disponibili sono state effettuate nel corso dell’anno 1998 e 1999 dal Servizio Tecnico Bacino Reno (STBR, allora denominato Servizio Provinciale Difesa del Suolo, Risorse Idriche e Forestali). I rapporti tecnici in essa contenuti, archiviati nella Banca Dati del STBR sono state effettuate dall’Impresa Casoli e Lodini S.r.l., sotto la Direzione dei Lavori e la supervisione dello scrivente progettista. Tali indagini, benché realizzate in fase di progetto preliminare, hanno raggiunto un livello di approfondimento che si ritiene possa essere sufficiente anche per le fasi di progetto definitivo ed esecutivo. A corredo del progetto definitivo di cui sopra è da citare lo studio della filtrazione attraverso il rilevati arginali, approfondito anche con il contributo del Dipartimento di Scienze della Terra e Geominerarie dell’Università di Bologna. Tale studio, ancorché mirato a comprendere i meccanismi di rottura delle arginature verificatisi nel 1996 in località Forcelli, ha tratto conclusioni tecniche estendibili anche al tratto in esame. ____________________________________________________________________________ 2 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia INTRODUZIONE L’area oggetto dello studio è localizzata nei Comune di San Giovanni in Persiceto e Sala Bolognese (BO) in sinistra e destra idrografica del Torrente Samoggia, con inizio a circa 1.500 m a valle della S.P. n.3 (Trasversale di Pianura), nei pressi della località Forcelli e fine presso l’intersezione con via Biancolina presso il Ponte di “Loreto” (figura 1), per un’estensione totale di circa 2.850 m. Figura 1 – Mappa dell’area nei pressi di San Giovanni in Persiceto con localizzazione del sito di progetto. GEOLOGIA E GEOMORFOLOGIA DELL’AREA Dal punto di vista geologico/geomorfologico l’area appartiene al sistema sedimentario del Torrente Samoggia, ma ha risentito nel corso della sua storia evolutiva anche delle influenze di altri corsi d’acqua del sistema idraulico. Nella carta geologica di pianura della Regione Emilia-Romagna di cui si riporta uno stralcio in figura 2, l’area in oggetto si posiziona litologicamente sul corpo sedimentario appartenente all’alveo del torrente Samoggia, o quanto meno, su quello di più recente formazione. ____________________________________________________________________________ 3 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Sequenzialmente, alla macroscala geologica, i depositi alluvionali che si incontrano dall’alto in basso nell’area studiata, verosimilmente interdigitati tra loro in direzione nord-sud, ma soprattutto est-ovest, sono i seguenti: - Depositi di canale e argine indifferenziati (n. 8) – Limi argillosi e limi sabbiosi, subordinatamente sabbie fini e finissime, in strati di spessore decimetrico; localmente sabbie in corpi lenticolari e nastriformi; - Area interfluviale e depositi di palude (n. 9) – Argille limose, argille e limi argillosi laminati, localmente concentrazioni di materiali organici parzialmente decomposti. Figura 2 – Stralcio della carta Geologica di Pianura della Regione Emilia-Romagna in scala 1:250.000 In definitiva, i terreni sopraelencati nella carta litologica di pianura hanno natura prevalentemente argilloso-limosa con qualche scarsa presenza di sabbie in lenti più o meno estese lateralmente e ancor più raramente qualche presenza di ghiaie testimoniata da alcuni sondaggi effettuati in asse alle arginature esistenti e legate all’attività dell’alveo del Samoggia. L’analisi della carta geomorfologica della Pianura Padana (AA.VV., 1997), riportata in stralcio in figura 3, conferma nelle linee essenziali quanto sopra descritto. L’area di progetto indicata con un poligono è infatti posizionata sull’asse dossivo del paleoalveo del Torrente Samoggia sul quale peraltro è ancora presente l’alveo attuale, oggetto dell’intervento. ____________________________________________________________________________ 4 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 3 – Stralcio della carta Geomorfologia della Pianura Padana alla scala 1:250.000 (AA.VV., 1997) CARATTERISTICHE DELL’OPERA IN PROGETTO Il progetto in questione consiste nella realizzazione di una serie di rinforzi e rialzi dei manufatti arginali mediante riporto di terreno sulla sagoma esterna dei terrapieni esistenti. In figura 4 vengono riportate le planimetrie schematiche mediante immagini orto satellitari con indicazione della traccia di una schematica sezione di progetto. Nella figura successiva (figura 5) viene riportata una sezione schematica illustrative dello schema operativo da impiegarsi nei rinforzi arginali. Con riferimento alle tavole del progetto esecutivo (sezioni di progetto) ci si limita a riportare un’unica sezione ritenuta sufficientemente rappresentativa. ____________________________________________________________________________ 5 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Fasce di esproprio per l’allargamento delle arginature lato campagna sezione schematica Figura 4 – Planimetria di progetto. La linea magenta indica la zona di allargamento delle arginature con esproprio. Figura 5 – Sezione di progetto. Sezione trasversale all’arginatura. Nelle sezione sono stati evidenziati con retinatura rossa i rialzi e ringrossi progettati. In giallo le porzioni da demolirsi per la centratura dell’alveo. Il bilancio delle terre necessita l’apporto di terreni esterni. Lo scopo dei lavori è di conferire maggiore officiosità idraulica al torrente cercando di guadagnare porzioni di sezione idraulica aggiuntive, mediante l’aumento di quota delle arginature. L’aumento di quota necessita, se si vuole mantenere la pista di transito in sommità sufficientemente larga per consentire il passaggio dei mezzi atti alla sorveglianza e alla manutenzione, di un rinforzo laterale all’argine. Tale ____________________________________________________________________________ 6 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia rinforzo viene posizionato sempre all’esterno dell’alveo, mantenendo così invariate le condizioni dell’attuale posizione dei cigli interni di sommità degli argini. Lavorando anche all’interno dell’alveo mediante scavo e riporto si prevede di regolarizzare la posizione dell’alveo di magra, al fine di limitare l’azione erosiva durante gli eventi di piena più importanti. La tipologia di lavori sopradescritta ha richiesto una procedura espropriativa per poter guadagnare gli spazi necessari all’espansione della zona di impianto delle arginature, mantenendo la presenza di una viabilità comunale esterna all’arginatura. In alcuni casi, dove la presenza di manufatti realizzati in prossimità delle arginature ha reso impossibile o non conveniente per l’Amministrazione procedere all’esproprio dello spazio necessario all’ampliamento della base dell’argine, si è proceduto con un ringrosso sul paramento interno, ampiamente compensato dalla traslazione dell’argine opposto verso l’esterno. L’ipotesi originaria, prospettata dal progetto preliminare e richiamata nel progetto definitivo, di inserimento di strutture in terra rinforzata, per il sostegno laterale delle arginature, nei punti in cui l’espropriazione dei terreni non consentiva un allargamento sostanziale dell’area arginale, è stata scartata dopo aver eseguito una serie di verifiche tecniche dettagliate degli elementi stessi. Infatti, il dimensionamento corretto degli elementi di terra rinforzata, richiamato nel progetto definitivo ma rinviato alla fase di progettazione esecutiva, ha evidenziato la necessità di effettuare sbancamenti tali nelle arginature esistenti che avrebbero potuto manifestare pericoli indebolimenti dell’arginatura in occasione di eventuali piene durante la fase di cantierizzazione. ____________________________________________________________________________ 7 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia INDAGINE GEOGNOSTICA DEFINIZIONE DEL VOLUME SIGNIFICATIVO Con riferimento alle “Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche” (AGI, 1977) riguardo all’ampiezza della campagna geognostica e alla definizione del volume significativo dei terreni di fondazione che si ritengono ragionevolmente influenzabili dall’opera in oggetto (figura 6), si riscontra la presenza di uno schema assimilabile all’opera in progetto. Il rilevato in terra. Nel caso in esame: rilevati 2L (max) = 40 m circa D = 0.5 – 1.0 L = 10.0 – 20.0 m La profondità raggiunta dalle indagini effettuate in fase preliminare e al massimo pari a 20 m dalla banca laterale dell’arginatura, si ritiene comunque che siano rispettate le prescrizioni. Benché infatti il criterio preveda una profondità massima 20 m a partire dalla base dell’arginatura, si è ritenuto fosse un’ipotesi troppo cautelativa dato che l’arginatura in terra è già esistete, mentre lo schema dell’AGI indica i parametri per la nuova realizzazione. Figura 6 – Stima delle dimensioni del volume significativo di terreno influenzato dalle opere in progetto (AGI, 1977). ____________________________________________________________________________ 8 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia DISTRIBUZIONE DELLE INDAGINI E GRADO DI APPROFONDIMENTO Con riferimento alla campagna di indagine effettuata in fase preliminare, come sottolineato in premessa, si riporta in figura 7 la planimetria del sito di progetto con l’ubicazione delle prove effettuate. Figura 7 – Localizzazione delle indagini in sito per la caratterizzazione geologica di dettaglio. I circo letti blue corrispondono a carotaggi, i triangoli rossi a prove penetrometriche statiche. I terreni degli argini sono stati caratterizzati in dettaglio per determinarne le proprietà litotecniche per il progetto dei rialzi arginali. In totale: - 9 (cpt) prove penetrometriche statica a 20 m circa di profondità; - 5 sondaggi a carotaggio continuo con prelievo di campioni indisturbati, ed in aggiunta altri sondaggi localizzati nel tratto più a monte considerati correlabili; ____________________________________________________________________________ 9 Servizio Tecnico Bacino Reno - Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia vari campioni indisturbati sui quali sono state effettuate le normali caratterizzazioni (classificazione granulometriche e limiti di Atterberg) e prove di compressibilità edometrica e resistenza al taglio; Per quanto sopra specificato si ritiene che per i fini progettuali in questione il livello di approfondimento delle indagini geognostiche sia sufficiente al raggiungimento di una conoscenza del modello geologico del sottosuolo attendibile. Inoltre, sono state realizzate 4 ulteriori prove penetrometriche in corrispondenza dei fontanazzi che si sono sviluppati in occasione dell’evento di piena del maggio-giugno 2008, tali indagini anche se localizzate fuori dall’area di intervento hanno contribuito ad approfondire la conoscenza del modello geologico tecnico delle arginature. Gli elaborati sopracitati vengono allegati al testo della relazione (Allegato 1) ____________________________________________________________________________ 10 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia ESITO DELLE INDAGINI GEOGNOSTICHE STRATIGRAFIA Il modello geologico del sottosuolo che si ottiene in prima approssimazione dalle indagini elencate nel paragrafo precedente e dalle considerazioni contenute nella relazione geologica allegata al progetto di rialzo e ringrosso delle arginature del 2004 (lotto II), evidenzia una variabilità litologica in linea con quanto già affermato nell’inquadramento geologico e geomorfologico generale. La relativa vicinanza dell’alveo del torrente Samoggia si evidenzia con la presenza di sedimenti più grossolani nei primi livelli stratigrafici. In profondità prevalgono argille e limi con ridotte percentuali di sabbie, fatto salvo per alcune strutture lenticolari o tabulari, con limitata continuità laterale, di materiali sabbiosi fini (e in alcuni rarissimi casi ghiaiosi). Il corpo arginale presenta una struttura relativamente omogenea in senso longitudinale all’asse fluviale, caratterizzata da materiali prevalentemente limosi, mentre può presentare disomogeneità in senso trasversale (sezioni ortogonali all’argine), così come in senso verticale. In figura 8 viene riportato l’abaco di plasticità con la proiezione dei valori di indice di plasticità e limite liquido dei campioni esaminati. I terreni sono classificabili in prevalenza come limi argillosi a bassa plasticità. 60 Indice di plasticità Ip % 50 40 A-7-6 30 A-6 A-2-6 20 A-7-5 Diversivo A-2-7 Reno 10 A-4 A-2-4 Samoggia A-5 A-2-5 Savena Abb. 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Limite liquido WL % Figura 8 – Abaco di plasticità dei terreni prelevati nelle arginature e nei terreni di appoggio dei rilevati arginali. Granulometricamente si può verificare che la percentuale di sabbia è molto limitata (sempre inferiore al 50 %, come prescritto nelle indicazioni tecniche che riguardano la progettazione di manufatti arginali. In figura 9 vengono rappresentate le curve granulometriche dei campioni prelevati nei rilevati arginali (tra i quali anche quelli del torrente Samoggia), posti a confronto con quelli di altri corsi d’acqua. Le arginature del Reno e del Savena Abbandonato, ad esempio risultano molto più sabbiose. ____________________________________________________________________________ 11 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Curve granulometriche Argini esistenti (Unità A) 100 90 80 Passante (%) 70 60 50 40 30 RENO SAMOGGIA 20 SAVENA DIVERSIVO 10 IDICE 0 0.001 0.01 0.1 1 10 Diametro dei granuli (mm) Figura 9 – Curve granulometriche dei terreni costituenti rilevati arginali, tra i quali il torrente Samoggia. Esiste un’evidente disomogeneità ed anisotropia tridimensionale, sia dei corpi arginali, sia dei terreni di fondazione. Nei primi essa è legata alla storia delle lavorazioni (messa in posto, interventi di sistemazione, rialzi, ecc.) e degli eventi naturali (rotte); nei secondi è invece imputabile alla evoluzione geomorfologica del territorio (vedi § inquadramento geologico-geomorfologico); È possibile suddividere i terreni di progetto in 3 unità litologiche principali in funzione delle differenti caratteristiche geologico-tecniche e della storia dei depositi (figura 10): - UNITÀ A – (“Antropica”) Terreni appartenenti alle arginature del Torrente Samoggia. Si tratta di materiali messi in posto artificialmente (anche se alla base dell’argine non è semplice distinguere l’arginatura artificiale da quella naturale antica) prelevandoli da cave di prestito localizzate in aree limitrofe. Molto spesso i materiali sono stati prelevati dai depositi dell’unità S ed è per questo motivo che in alcuni tratti dell’arginatura si riscontra la presenza di litologie limososabbiose, inadeguate a fornire la necessaria impermeabilità alle arginature. - UNITÀ B – (“Superficiale”) Terreni naturali superficiali (0 – 3 m dal p.c.) a prevalente componente limoso-sabbiosa di colore marrone, talora con depositi ghiaiosi anche di grossa pezzatura. Si tratta di depositi messi in posto dalle divagazioni del Samoggia prima che questo venisse imbrigliato dalle arginature artificiali (riferibili ai depositi n. 8 di figura 2). Costituiscono il livello a più elevata anisotropia e disomogeneità laterale e verticale. La presenza di ghiaie e sabbie può conferire a questi livelli permeabilità molto elevate, tuttavia, le geometrie a sezione lenticolare di questi depositi e la loro prevalente continuità longitudinale, rispetto al corso del Samoggia, non creano necessariamente situazioni ad elevata pericolosità di filtrazione trasversale all’argine; - UNITÀ C – (“Impermeabile”) Terreni naturali più profondi (3 – 5 m dal p.c.) a prevalente componente argillosa di colore grigio (riferibili ai depositi n. 9 di figura 2). Costituiscono il substrato a maggiore resistenza al taglio ed a minore permeabilità media. ____________________________________________________________________________ 12 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 10 – Schema della suddivisione in unità lito-tecniche dell’arginatura sinistra del Samoggia (non in scala). Le suddivisioni ulteriori dei tre livelli non necessariamente sono sempre presenti, il più delle volte le ghiaie sono assenti. Figura 11 – Schema della suddivisione in unità lito-tecniche dell’arginatura sinistra del Samoggia . Una schematizzazione grafica della suddivisione in unità lito-tecniche dei rilevati arginali del torrente Samoggia viene riportata in figura 11 utilizzando lo stesso schema dell’arginatura sinistra proposto in precedenza. In tale rappresentazione vengono tuttavia utilizzati simboli differenti poiché essa si riferiva allo studio effettuato sulla filtrazione in prossimità delle rotte del 1996 verificatesi nella tratta di ringrosso del lotto II. Concettualmente la suddivisione rimane uguale, e prevedete tre livelli fondamentali ____________________________________________________________________________ 13 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia MODELLO GEOLOGICO-TECNICO DEL SOTTOSUOLO Al modello geologico interpretativo vengono pertanto accoppiate le informazioni riguardanti la resistenza meccanica dei terreni ricavata sia dalla cpt, sia dai test di laboratorio al fine di ricavarne un modello geotecnico, che non necessariamente ricalca i limiti definiti dal modello geologico del sottosuolo. Alle tre unità del modello geotecnico (ricavabili dai documenti allegati alla presente relazione) sono state attribuite le caratteristiche geotecniche ed idrauliche determinate con la sperimentazione di campagna e di laboratorio. Nella tabella sotto riportata si riassumono i valori medi già utilizzati nelle verifiche effettuate sulle arginature del lotto II. È stato già sottolineato che la struttura delle arginature ha similitudini tali da poter essere. Maggiori informazioni sono comunque ricavabili dall’esito dei rapporti di indagine che vengono allegate alla relazione. Tabella 1 – Valori di resistenza meccanica e di conducibilità idraulica dei terreni del modello geotecnico del sottosuolo del sito di progetto. Le unità litotecniche sono riferite alla figura 7. Utilizzando sempre lo schema geometrico della figura 5 sono state sovrapposte le informazioni tecniche ricavate dalle indagini e dall’interpretazione geologica del sottosuolo ottenibile da esse. Così facendo si è ottenuto il modello geologico della sezione 83 che viene proposto in figura 12. ____________________________________________________________________________ 14 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 12 – Modello geologico tecnico dell’arginatura destra e sinistra del torrente Samoggia in corrispondenza della sezione di progetto 83. ____________________________________________________________________________ 15 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia VERIFICHE FILTRAZIONE Le verifiche tecniche eseguite sull’arginatura non hanno subito ulteriori approfondimenti rispetto a quanto modellizzato nell’ambito delle verifiche eseguite sulla base degli eventi dell’ottobre 1996 (3 rotte parziali dell’arginatura sinistra in località Forcelli). L’idrogramma più penalizzante sino ad ora registrato è quello dell’ottobre 1996 (figura 13), ed è lo stesso impiegato nelle verifiche di filtrazione e di stabilità dell’argine; Figura 13 – Idrogramma di piena dell’ottobre 1996 – Rotte Samoggia. Le verifiche a filtrazione dell’arginatura eseguite con i parametri della tabella 1 hanno dimostrato che le problematiche di sifonamento e trasudamento arginale, nonché le stesse rotte, si possono verificare solamente dove sono presenti discontinuità come tane di animali o punti di debolezza geotecnica (scarsa compattazione dei terreni, presenza di litologie sabbiose localizzate, ecc.), assolutamente imprevedibili. Le simulazioni effettuate, anche quando hanno preso in considerazione i valori più alti ipotizzabili di conducibilità idraulica, non hanno mai portato al risultato del 1996. Le stesse testimonianze successive hanno evidenziato la presenza di scavernamenti interni all’arginatura, “tane di animali” in quel preciso contesto, che potevano effettivamente giustificare il sifonamento dell’arginatura. Nel corso degli anni 1999-2000 e 2008 infatti, l’individuazione di cunicoli e tane all’interno dei corpi arginali (Figura 14) ha portato all’identificazione di una delle concause che hanno determinato i problemi di tenuta idraulica di cui sopra. Viene di seguito proposto anche uno schema generale di filtrazione dal Torrente Samoggia verso l’esterno dell’argine. Una certa quantità d’acqua filtra costantemente dall’alveo attraverso l’unità S (che in questa ipotesi di fatto era, benché denominata in modo differente, coincidente con l’unità B), alimentando così la falda freatica anche in condizioni di magra. In fase di piena, invece, si assiste ad una consistente filtrazione attraverso il corpo arginale (figura 15). ____________________________________________________________________________ 16 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 14 – Tane di animali identificate nello scavo delle arginature del torrente Samoggia presso Forcelli. Figura 15 – Modellazione dei processi di filtrazione arginale con un carico idraulico in condizioni transitorie utilizzando l’idrogramma di piena del Samoggia dell’ottobre 1996. La simulazione indica, con le linee di imbibizione blu progressive al passaggio dell’onda di piena del 1996, che la linea di saturazione non si avvicina mai al paramento esterno e, pertanto non può giustificare la presenza di fontanazzi e trasudamenti in assenza di discontinuità interne all’argine. ____________________________________________________________________________ 17 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Nell’ambito del presente progetto, le lavorazioni prevedono il rialzo, ma soprattutto il ringrosso dell’arginatura. Pertanto, se l’esito delle verifiche a filtrazione dei corpi arginali del lotto II (ante lavori di adeguamento) è stato positivo, a maggior ragione è da considerarsi il risultato di una verifica dei corpi arginali fra i pilastrini 40 e 52. Fatta salva la presenza di discontinuità simili a quelle illustrate al capoverso precedente, che potrà essere tuttavia verificata durante i lavori in fase esecutiva. CEDIMENTI La stima dei cedimenti indotti dai ringrossi e rialzi arginali è ritenuto un aspetto tecnico oggetto di valutazione in fase esecutiva, anche se si tratta di incrementi di carico a scala molto ridotta rispetto alla consistenza delle opere in terra esistenti (arginature). La presenza di prove di consolidazione edometriche effettuate sui campioni prelevati dai carotaggi 13 e 15 evidenzia livelli di compressibilità abbastanza ridotti rispetto agli incrementi di carico a cui verranno sottoposte le arginature. I coefficienti di compressibilità edometrica (mv) riportati dalle prove forniscono valori compresi tra 8.5 x 10-6 e 1.2 x 10-5 m2/kN. Tali valori sono riferiti a carichi molto elevati rispetto a quelli qui esaminati, ma certamente associabili ad un comportamento dei materiali argillosi di tipo normal consolidato (curva vergine di carico). In superficie gli incrementi massimi di carico si verificheranno sulle scarpate delle arginature esistenti dove si avrà, sulla verticale, uno spessore massimo di circa 3 m. Sulle banche gli spessori di nuovo materiale si ridurranno mediamente a poco più di un metro, registrando un inspessimento medio molto vicino ai 2 m. Utilizzando i valori di densità media misurati nelle prove di caratterizzazione (20 KN/m3), è pertanto ipotizzabile stimare valori di incremento tensionale medi in superficie dell’ordine dei 40 KPa. Considerato il modello geologico del sottosuolo esaminato, il cedimento principale, indotto dall’incremento di carico prodotto dal ringrosso e rialzo dell’arginatura, si esplicherà a scapito degli strati più francamente argillosi dell’unità C collocati a profondità di 3 – 5 m dal piano di campagna (livello stradale laterale all’arginatura). A quelle profondità l’incremento tensionale superficiale si propagherà con modalità proporzionali alla distanza tra gli strati argillosi e il materiale di riporto. Tuttavia, se ipotizzassimo di stendere il materiale di riporto tutto alla quota stradale (come se l’arginatura non esistesse), trasferiremmo il sovraccarico indotto dai rialzi quasi integralmente agli strati argillosi più compressibili. Ciononostante, la deformazione verticale che si otterrebbe in prima approssimazione utilizzando l’equazione h = mv**H sarebbe dell’ordine di pochi centimetri, o prossima al decimetro, considerando la consolidazione anche del corpo arginale. La stima dei cedimenti (che in questo caso sembrano approssimarsi complessivamente alla scala decimetrica) ha un risvolto pratico marginale poiché l’approssimazione del computo delle terre di riporto può agevolmente tenere in considerazione questi livelli di compattazione del terreno. Si ritiene, pertanto, che l’entità più consistente dei cedimenti sarà a scapito del materiale di riporto. Se la compattazione dei materiali trasportati in loco dalle vicine aree di prestito seguirà i protocolli di cantiere, la quota di cedimento ipotizzabile da eventuali verifiche di dettaglio, non produrrà problemi particolari al raggiungimento del ripristino delle livellette. In ogni caso, la stima dei volumi di materiale da conferire in cantiere potrà essere leggermente sovrastimata al fine di sopperire anche al cedimento. Con riferimento alla continuità longitudinale, rispetto al corso d’acqua, del modello geologico del sottosuolo, non sono ipotizzabili cedimenti differenziali tali da produrre discontinuità nelle arginature. ____________________________________________________________________________ 18 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia STABILITÀ L’approccio alla verifica della stabilità dei rilevati è indirizzato a garantire l’affidabilità della scelta operata sulla configurazione geometrica delle sezioni trasversali. In questo contesto viene testata una sezione campione, giudicata maggiormente rappresentativa e sottoposta alle peggiori condizioni ipotizzabili (svuotamento rapido con sollecitazione sismica). Le verifiche vengono condotte con l’ausilio del software SLOPE/W prodotto dalla Geo-Slope International. Per il calcolo si è adottato l’approccio agli stati limite come richiesto dal D.M. 14.01.2008 attraverso l’utilizzo dei coefficienti parziali di sicurezza applicati alle azioni ed ai parametri di resistenza dei terreni in base all’approccio di progetto 1 con la combinazione 2 (DA1-C2 Paragrafo 6.8 DM 14.01.08) secondo il quale il set di fattori parziali di sicurezza da adottare sono quelli definiti come A2+M2+R2 (Tabelle 6.2.I, 6.2.II, 6.8.I DM 14.01.2008). In particolare per i fronti di scavo (come per rilevati e pendii) il decreto stabilisce di utilizzare un coefficiente parziale di sicurezza sulla resistenza a taglio non drenata pari a γcu=1.4, sulla tangente dell’angolo di resistenza al taglio pari a γtanϕ=1.25 e sulla coesione efficace pari a γc’=1.25; è richiesto di adottare un fattore unitario sul peso per unità di volume dei terreni (γγ=1) ed un fattore incrementale delle azioni variabili sfavorevoli pari a γQ=1.3 mentre è richiesto unitario quello da applicare ai carichi permanenti (γG=1). Nel caso in esame non sono presenti carichi derivanti da azioni variabili. Con l’adozione dei fattori parziali di sicurezza il fattore globale, come da D.M. 14.01.2008, deve essere garantito pari a γR=1.1. Le verifiche sismiche sono state condotte con un approccio pseudo statico, Nei metodi pseudo statici l’azione sismica è rappresentata da un’azione statica equivalente, costante nello spazio e nel tempo, proporzionale al peso W del volume di terreno potenzialmente instabile. Tale forza dipende dalle caratteristiche del moto sismico atteso nel volume di terreno potenzialmente instabile e dalla capacità di tale volume di subire spostamenti senza significative riduzioni di resistenza. Nelle verifiche allo stato limite ultimo le componenti orizzontale e verticale di tale forza possono esprimersi come Fh = kh×W ed Fv = kv×W, con kh e kv rispettivamente pari ai coefficienti sismici orizzontale e verticale calcolati secondo DM 14.01.2008 (Paragrafi 7.11.3 e 7.11.4) come segue: Dove: βS = coefficiente di riduzione dell’accelerazione massima attesa al sito; amax = accelerazione orizzontale massima attesa al sito; g = accelerazione di gravità. I valori di βS sono riportati nella Tab. 7.11.I (DM 14.01.2008) e sono funzione dell’accelerazione ag (0.136 per il sito in esame) e della categoria di sottosuolo (D per il sito in esame). Per il sito in esame risulta βS = 0.24. Il Comune di San Giovani in Persiceto in cui si colloca l’area di progetto, ricade, secondo la nuova classificazione delle zone sismiche (Ordin. N. 3274 del 20/03/2003 – figura 16) in zona 3. I valori di calcolo adottati per le verifiche sismiche sono pertanto pari a: amax = 0.2448 g ____________________________________________________________________________ 19 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia kh = 0.059 kv = 0.029 I parametri geotecnici di base utilizzati derivati anche da quelli riportati in tabella 1, con riferimento alla sezione geologica già rappresentata in figura 12, sono i seguenti: Struttura sottosuolo (KN/m3) tan c’ (KPa) Argine 20/1 = 20 tan22°/1.25 = 0.32 (18°) 14/1.25 = 11.2 Terreni di Appoggio 20/1 = 20 tan24°/1.25 = 0.36 (20°) 8/1.25 = 6.4 Argille 21/1 = 21 tan15°/1.25 = 0.21 (12°) 22/1.25 = 17.6 Cu (KPa) 40/1.4 = 28.9 Figura 16 – Zonizzazione sismica vigente ai sensi dell'Ordinanza n. 3274 del 20/03/03 della Regione Emilia-Romagna. Il modello geologico adottato per la modellazione numerica è ricavato dalla sola arginatura destra della sezione 83. Essa è di fatto una delle sezioni che subisce la maggiore variazione geometrica tra quelle analizzate. In figura 17 il modello numerico. I tre strati corrispondono alle unità geotecniche di cui ai paragrafi precedenti. In figura 18 la superficie piezometrica all’interno dell’arginatura derivata dagli schemi di filtrazione in condizioni transitorie. La fase rappresentata coincide con fiume svuotato completamente (ipotesi largamente cautelativa) e arginatura ancora imbibita. ____________________________________________________________________________ 20 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 16 – Modello utilizzato per la verifica di stabilità. Figura 17 – Superficie piezometrica. I risultati ottenuti dalle verifiche, rappresentati nelle figure 18, 19, 20 e 21 indicano coefficienti di sicurezza sufficienti a garantire la stabilità delle arginature anche in condizioni di esercizio molto penalizzanti. ____________________________________________________________________________ 21 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 18 – Verifica della stabilità del paramento interno – in condizioni statiche. Figura 19 – Verifica della stabilità del paramento interno – in condizioni pseudo statiche (carichi sismici permanenti). ____________________________________________________________________________ 22 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia Figura 20 – Verifica della stabilità del paramento esterno – in condizioni statiche. Figura 21 – Verifica della stabilità del paramento esterno – in condizioni pseudo statiche (carichi sismici permanenti). Non si ritiene di approfondire ulteriormente la verifica di stabilità in quanto già le precedenti verifiche avevano mostrato che, in condizioni pseudo statiche, le eventuali criticità si sarebbero presentate solo considerando contemporanee le sollecitazioni sismiche e idrauliche massime. Tali condizioni, evidenziate dal coefficiente di sicurezza che scende sotto il valore prefissato di 1.1 pur rimanendo sempre al disopra del valore unitario, sono estremamente penalizzanti ed hanno una probabilità di accadimento estremamente ridotta. In ogni caso la sola zona che registrerebbe le condizioni più ____________________________________________________________________________ 23 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia critiche è quella golenale prossima all’alveo, che non necessariamente produrrebbe il collasso totale del corpo arginale. LIQUEFAZIONE DEI TERRENI In relazione alla tipologie di progetto in esame e alle sollecitazioni sismiche, viene presa in considerazione la problematica connessa con il rischio di liquefazione dinamica dei terreni di fondazione. Si considerano a rischio di liquefazione i terreni ricadenti in zona sismiche 1 e 2 (Ordinanza n. 3274 del 20/03/03), inoltre, se teniamo conto del fatto che il sottosuolo di progetto è contraddistinto da materiali fini i cui fusi granulometrici ricadono al di fuori delle fasce di suscettibilità alla liquefazione indicate in figura 22, si può affermare che non è necessario approfondire, per questo progetto, il tema del rischio di liquefazione dei terreni, in quanto non ipotizzabile. In particolare, come riscontrabile dalle curve granulometriche di figura 9 e figura 22, la presenza di una coda molto consistente di materiale fine (porzione interna all’ellisse tratteggiata) conferisce ai materiali una limitazione della permeabilità tale da rendere poco probabili i fenomeni di collasso per liquefazione dinamica dei terreni. Figura 22 – Fasce granulometriche per la valutazione della suscettibilità alla liquefazione dei terreni. La fascia retinata è rappresentativa dei terreni prelevati lungo il percorso del torrente Samoggia nella tratta di cui ai lavori in oggetto. ____________________________________________________________________________ 24 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia CONCLUSIONI Dalle prime analisi condotte nell’ambito di questa relazione e sulla base delle informazioni a disposizione, non si sono ravvisate controindicazioni di carattere geologico e geotecnico, alla realizzazione dell’intervento di rialzo e ringrosso delle arginature del Torrente Samoggia tra le località di Forcelli e Lorenzatico, in Comune di San Giovanni in Persiceto, poiché: - non sono ipotizzabili cedimenti invalidanti dei corpi arginali; - non sussistono rischi di liquefazione dinamica dei terreni di sottofondazione; - non sussistono rischi di franamento dell’arginatura in condizioni di esercizio. Si tenga sempre in conto, infine, che le verifiche tecniche discendono da una serie di assunzioni derivate dall’analisi del progetto e dai saggi di campagna eseguiti dalle Imprese incaricate. Qualora tali assunzioni perdano parte del loro significato a causa di una non corrispondenza del progetto all’effettiva realizzazione delle opere, o per una difformità tra le risultanze delle indagini di campagna e la realtà del sottosuolo, le stesse verifiche perderebbero parte della loro attendibilità e andrebbero pertanto aggiornate in corso d’opera. ____________________________________________________________________________ 25 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia RACCOMANDAZIONI Per quanto attiene alle fasi preparatorie del cantiere si raccomanda di: prevedere sempre un adeguato splateamento dei materiali superficiali (suolo) che dovranno essere stoccati momentaneamente nei pressi del cantiere e reimpiegati come copertura dell’arginatura a sagoma ultimata; prevedere lungo le scarpate la creazione di gradonature in contropendenza per il miglioramento dell’immorsamento dei materiali che verranno riportati dalle aree di prestito; prelevare un numero congruo di campioni, sia dall’area di prestito dei materiali già definita nell’area interna alla cassa di espansione del torrente Samoggia in località Le Budrie, sia dalle aree interne all’alveo del Samoggia laddove siano previsti consistenti scavi di rimodellamento; sottoporre entrambe le categorie di campioni di cui al punto precedente ai test di compattazione tipo Proctor Standard al fine di determinarne l’idoneità all’impiego sull’arginatura, ricordando che secondo la norma (CNR-UNI 10006) i materiali utilizzabili per i rilevati arginali sono i terreni tipo A6, A7 (sabbia ≥ 15%) e A4 (sabbia < 50%). Riguardo al costipamento dei terreni in fase operativa si suggerisce di richiedere una compattazione dei terreni di cava: pari o superiore al 90% di d ottimale Proctor Standard, e non superiore al 100%; a destra dell'umidità ottimale wopt (si favorisce così l’impermeabilità, a scapito della rigidezza, del rilevato); l’impiego di rulli gommati o a piede di montone (non vibranti) e/o buldozer con strati stesi in spessori mai superiori a 30 cm (a 40 cm misurati prima della compattazione). La verifica delle prescrizioni di cui sopra potrà essere condotta con un’opportuna fase di controllo, misura diretta e analisi di laboratorio. Il numero di verifiche tecniche sui materiali in corso d’opera potrà costituire un eventuale parametro per la valutazione di offerte economicamente più vantaggiose in fase di appalto lavori. L’esecuzione di prove penetrometriche statiche (o altri test geotecnici in sito, ritenuti più idonei), alla fine dei lavori, potrà consentire di verificare il raggiungimento dei livelli di resistenza drenata e non drenata dei terreni costituenti i nuovi corpi arginali. _____________________________________ (Dott. Geol. Enrico Mazzini) ____________________________________________________________________________ 26 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia BIBLIOGRAFIA ASSOCIAZIONE GEOTECNICA ITALIANA (1977) – Raccomandazioni sulla programmazione ed esecuzione delle indagini geotecniche, 95 pp. ASSOCIAZIONE GEOTECNICA ITALIANA (2005) – Aspetti Geotecnici della Progettazione in Zona Sismica, Patron Ed., 401 pp. AA.VV, M.U.R.S.T. (1997) – Carta Geomorfologica della Pianura Padana, alla scala 1:250.000, in tre Fogli, Ed. Selca, Firenze. CRESPELLANI T., NARDI R., SIMONCINI C. (1988) – La Liquefazione del Terreno in Condizioni Sismiche, Zanichelli Ed., 185 pp. GEO-SLOPE (2004) – Manuali operativi dei software SEEP/W e SLOPE/W. Geo-Slope International. http://www.geo-slope.com/ LANCELLOTTA R. (1987) – Geotecnica, Zanichelli Ed., 531 pp MARSAN P. & ROMEO R. (1992) – La relazione geologica e geotecnica, NIS Ed., 215pp. MAZZINI E., SIMONI G. (2004) – Aspetti geotecnici ed idraulici delle arginature fluviali nella pianura del Bacino del Reno. Atti del XXII Congresso Nazionale di Geotecnica, 22-24 Set. 2004, Palermo. 555562. MINISTERO DELLE INFRASTRUTTURE E DEI TRASPORTI – Decreto 14 gennaio 2008, Norme tecniche per le costruzioni. ORDINANZA DEL PRESIDENTE DEL CONSIGLIO DEI MINISTRI N 3274 DEL 20 MARZO 2003 – Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica. G.U. n. 72 dell’8 maggio 2003. ORDINANZA DEL PRESIDENTE DEL CONSIGLIO DEI MINISTRI N 3519 DEL 28 APRILE 2006 – Criteri generali per l’individuazione delle zone sismiche e per la formazione e l’aggiornamento degli elenchi delle medesime zone. G.U. n. 108 (anno 147°) dell’11 maggio 2006. REGIONE EMILIA-ROAMGNA (1999) – Carta Geologica di Pianura dell’Emilia-Romagna. TANZINI M. (2002) – L’indagine Geotecnica, Dario Flaccovio Ed., 364 pp. ____________________________________________________________________________ 27 Servizio Tecnico Bacino Reno Relazione Geologica-Geotecnica-Sismica – Progetto Esecutivo Rialzi e Ringrossi Argini Samoggia ALLEGATO A – RAPPORTI DI INDAGINE ____________________________________________________________________________ 28
