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Dott. Massimo Trossero, geologo Studio di geologia e geotecnica Studio: via Garibaldi, 15 - Laboratorio:XXV Aprile, 20 - 10042 Nichelino tel. 011 6065900 Cell. 0338 4878695 Fax 24/24h 02700432771 e-mail [email protected] Cod. Fisc. TRSMSM61C04L219R Partita IVA 06873380015 COMUNE DI GIAVENO PROVINCIA DI TORINO Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. I.T.C. Blaise Pascal VIA CARDUCCI, 4 Il geologo incaricato: Massimo Trossero Data: Giugno 2007

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Dott. Massimo Trossero, geologo Studio di geologia e geotecnica

Studio: via Garibaldi, 15 - Laboratorio:XXV Aprile, 20 - 10042 Nichelino

tel. 011 6065900 Cell. 0338 4878695 Fax 24/24h 02700432771

e-mail [email protected]

Cod. Fisc. TRSMSM61C04L219R Partita IVA 06873380015

COMUNE DI GIAVENO

PROVINCIA DI TORINO

Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i.

I.T.C. Blaise Pascal VIA CARDUCCI, 4

Il geologo incaricato: Massimo Trossero

Data: Giugno 2007

Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i.

D o t t . M a s s i m o T r o s s e r o G e o l o g o , C F T R S M S M 6 1 C 0 4 L 2 1 9 R , P . I V A 0 6 8 7 3 3 8 0 0 1 5

Sommario

PREMESSA................................................................................................................................... 1

Scopo delle indagini ..................................................................................................................................................... 1 Prove SASW Multicanale (MASW) ........................................................................................................................ 2 Vantaggi delle prove SASW Multicanale (MASW) ................................................................................................ 2

CENNI TEORICI SULLE INDAGINI SISMICHE CON ONDE SUPERFICIALI .............. 3 STRUMENTAZIONE UTILIZZATA ......................................................................................... 5 MODALITÀ DI ACQUISIZIONE .............................................................................................. 5 RISULTATI OTTENUTI............................................................................................................. 5

Elaborazione dati .......................................................................................................................................................... 5

Curva di dispersione e modello di distribuzione della Vs ............................................................................................ 6

Valore di Vs30............................................................................................................................................................. 6 CONSIDERAZIONI LITO-STRATIGRAFICHE ..................................................................... 6 PROPRIETÀ DINAMICHE DEL TERRENO .......................................................................... 7 ATTRIBUZIONE DELLA CATEGORIA DI SUOLO AL SITO ............................................. 8

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Premessa pagina 1

Premessa

La presente relazione è redatta nell’ambito dell’incarico conferitoci verbalmente da parte dell’ ing. Adriano Castagnone per la attribuzione della categoria sismica al terreno di fondazione del complesso scolastico denominato I.T.C. Blaise Pascal ai sensi dell’Ordinanza Presidente Consiglio dei Ministri 3274 e sue modifiche ed integrazioni. In quanto ai sensi dell’art. 3 dell’ordinanza, la zona sismica 3 e la destinazione dell’edificio impongono la verifica dell’esistente ai sensi delle nuove norme.

Scopo delle indagini

La caratterizzazione del terreno dal punto di vista sismico in particolare e dinamico in generale richiede come elemento indispensabile la conoscenza del profilo di velocità delle onde di taglio Vs degli strati di terreno presenti nel sito, fino alla profondità di almeno 30 m dal piano campagna, secondo quanto richiesto dalle sopraccitate normative. Il profilo delle onde di taglio Vs nei primi 30 m di profondità risulta necessario per:

• · valutare l’azione sismica di progetto al livello delle fondazioni di qualunque struttura • · valutare il rischio di liquefazione del terreno in sito • · valutare rischi di instabilità dei pendii e/o delle opere di sostegno • · valutare i cedimenti dei rilevati stradali, delle opere di sostegno, delle fondazioni degli

edifici • · valutare la trasmissione delle vibrazioni generate dai treni, dalle macchine vibranti,

dalle esplosioni in superficie o in sotterraneo, dal traffico veicolare

Lo scopo delle prove svolte è di determinare la categoria sismica del terreno (A, B, C, D, E) secondo quanto indicato dalla nuova normativa sismica (OPCM 3274 e s.m.i.) e dagli eurocodici 7 e 8. La categoria del terreno consente di quantificare l’amplificazione sismica, di definire lo spettro di risposta sismico del sito e quindi di determinare le azioni sismiche agenti sulle opere che interagiscono con il terreno. Per la definizione dell’azione sismica di progetto la nuova normativa sismica identifica le seguenti categorie di profilo stratigrafico del suolo di fondazione (le profondità si riferiscono al piano di posa delle fondazioni):

A - Formazioni litoidi o suoli omogenei molto rigidi caratterizzati da valori di VS30

superiori a 800 m/s, comprendenti eventuali strati d’alterazione superficiale di spessore massimo pari a 5 m. B - Depositi di sabbie o ghiaie molto addensate o argille molto consistenti, con spessori di diverse decine di metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Premessa pagina 2

meccaniche con la profondità e da valori di VS30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (ovvero resistenza penetrometrica N SPT > 50, o coesione non drenata cu >250 kPa). C - Depositi di sabbie e ghiaie mediamente addensate, o di argille di media consistenza, con spessori variabili da diverse decine fino a centinaia di metri, caratterizzati da valori di VS30 compresi tra 180 e 360 m/s (15 < N SPT < 50, 70 < cu <250 kPa). D - Depositi di terreni granulari da sciolti a poco addensati oppure coesivi da poco a mediamente consistenti , caratterizzati da valori di Vs30 < 180 m/s (N SPT < 15, cu<70 kPa). E - Profili di terreno costituiti da strati superficiali alluvionali, con valori di VS30 simili a quelli dei tipi C o D e spessore compreso tra 5 e 20 m, giacenti su di un substrato di materiale più rigido con VS30 > 800 m/s.

Nelle definizioni precedenti VS30 è la velocità media di propagazione entro 30 m di profondità delle onde di taglio e viene calcolata a partire dalla velocità delle onde di taglio con la seguente formula:

dove hi e Vi indicano lo spessore (in m) e la velocità delle onde di taglio (per deformazioni di taglio γ < 10 -6 ) dello strato i-esimo, per un totale di N strati presenti nei 30 m superiori.

Prove SASW Multicanale (MASW) Le prove SASW Multicanale servono per determinare il profilo di velocità delle onde di taglio Vs e quindi:

• · il tipo di suolo sismico (A, B, C, D, E) • · le azioni sismiche con cui progettare e verificare le opere di Ingegneria Civile • · il modulo di rigidezza del terreno • · i cedimenti e gli spostamenti delle opere interagenti con il terreno: edifici, ponti,

rilevati arginali, opere di sostegno, etc..

Vantaggi delle prove SASW Multicanale (MASW) • · Forniscono il profilo di velocità delle onde di taglio Vs oltre 30m di profondità • · Consentono di individuare il tipo di suolo sismico • · A differenza della sismica a rifrazione, si usano in qualunque situazione stratigrafica,

anche in presenza di falda • · Non sono invasive: non occorre eseguire perforazioni • · Non implicano nessun danneggiamento allo stato dei luoghi e delle cose • · Rapidità e facilità di esecuzione e di elaborazione dati • · Ingombro limitato delle attrezzature per l'esecuzione delle prove • · Mobilità: trasporto agevole della strumentazione necessaria per eseguire le prove • · Elevato rapporto affidabilità/costi

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Cenni teorici sulle indagini sismiche con onde superficiali pagina 3

Cenni teorici sulle indagini sismiche con onde superficiali

Considerando un semispazio elastico, omogeneo ed isotropo, si dimostra che la velocità di propagazione delle onde di Rayleigh è indipendente dalla frequenza e che il moto indotto dalla propagazione si smorza rapidamente con la profondità, sino ad estinguersi ad una profondità circa pari ad una lunghezza d’onda. Ciò vuol dire che la profondità raggiunta dipende dalla lunghezza d’onda, e che, a diverse lunghezze d’onda corrisponde la stessa velocità di fase (VR). In un mezzo verticalmente eterogeneo, costituito cioè da strati aventi proprietà meccaniche differenti, il comportamento delle onde superficiali è differente. In particolare, la propagazione presenta un comportamento dispersivo (a frequenze diverse corrispondono diverse velocità di fase). Ciò vuol dire che, lunghezze d’onda diverse interessano strati diversi ai quali sono associati proprietà meccaniche diverse: ogni lunghezza d’onda si propaga ad una velocità di fase che dipende dalle caratteristiche dello strato interessato dalla propagazione (figura 2). Quindi, nel caso di mezzo eterogeneo, le onde superficiali non hanno una singola velocità, ma una velocità di fase che è funzione della frequenza: tale fenomeno, dipendente dalla distribuzione spaziale delle proprietà sismiche del sottosuolo è noto come dispersione geometrica e la relazione che lega la frequenza alla velocità di fase prende il nome di curva di dispersione. Alle alte frequenze, la velocità di fase coincide con la velocità delle onde di Rayleigh dello strato più superficiale, mentre, alle basse frequenze, l’effetto degli strati più profondi diventa importante, e la velocità di fase tende asintoticamente alla velocità dello strato più profondo come se questo fosse esteso infinitamente in profondità. La curva di dispersione gioca un ruolo centrale nell’utilizzo delle onde di Rayleigh ai fini della caratterizzazione dei terreni, infatti, è funzione delle caratteristiche di rigidezza del mezzo e, posto di riuscire a misurarla sperimentalmente, può essere utilizzata (come si vedrà più avanti) per un processo inverso avente come obiettivo la stima delle caratteristiche di rigidezza stesse. La propagazione delle onde di Rayleigh in un mezzo verticalmente eterogeneo, è un fenomeno multi-modale: data una determinata stratigrafia, in corrispondenza di una certa frequenza, possono esistere diverse lunghezze d’onda. Di conseguenza, ad una determinata frequenza possono corrispondere diverse velocità di fase, ad ognuna delle quali corrisponde un modo di propagazione, e differenti modi di vibrazione possono esibirsi simultaneamente. La curva di dispersione ottenuta elaborando i dati derivanti dalle indagini sismiche col metodo SWM è una curva apparente, derivante dalla sovrapposizione delle curve relative ai vari modi di vibrazione, e che per i limiti indotti dal campionamento non necessariamente coincide con singoli modi nei diversi intervalli di frequenza campionati. Il processo di caratterizzazione basato sul metodo delle onde superficiali, schematizzato in Figura 3, può essere suddiviso in tre fasi:

1) Acquisizione; 2) Processing; 3) Inversione.

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Cenni teorici sulle indagini sismiche con onde superficiali pagina 4

I dati acquisiti vengono sottoposti ad una fase di processing che consente di stimare la curva di dispersione caratteristica del sito in oggetto ovvero, la velocità di fase delle onde di Rayleigh in funzione della frequenza. Esistono diverse tecniche di processing per estrarre dai sismogrammi le caratteristiche dispersive del sito. La metodologia più diffusa è l’analisi spettrale in dominio f-k (frequenza-numero d’onda). I dati sismici registrati vengono sottoposti a una doppia trasformata di Fourier che consente di passare dal dominio x-t (spazio tempo) al dominio f-k. Lo spettro f-k del segnale consente di ottenere una curva di dispersione per le onde di Rayleigh, nell’ipotesi che nell’intervallo di frequenze analizzato le onde che si propagano con il maggiore contenuto di energia siano proprio le onde di Rayleigh, e se le caratteristiche del sito sono tali da consentire la propagazione delle onde superficiali e un comportamento dispersivo delle stesse. Si dimostra infatti che la velocità delle onde di Rayleigh è associata ai massimi dello spettro f-k; si può ottenere facilmente una curva di dispersione individuando ad ogni frequenza il picco spettrale, al quale è associato un numero d’onda k e quindi una velocità delle onde di Rayleigh VR, determinabile in base alla teoria delle onde dalla relazione: VR (f) = 2πf/k Riportando le coppie di valori (VR,f) in un grafico, si ottiene la curva di dispersione utilizzabile nella successiva fase di inversione. La fase di inversione deve essere preceduta da una parametrizzazione del sottosuolo, che viene di norma schematizzato come un mezzo (visco)-elastico a strati piano-paralleli, omogenei ed isotropi, nel quale l’eterogeneità è rappresentata dalla differenziazione delle caratteristiche meccaniche degli strati. Il processo di inversione è iterativo: a partire da un profilo di primo tentativo, costruito sulla base di metodi semplificati, ed eventualmente delle informazioni note a priori riguardo la stratigrafia, il problema diretto viene risolto diverse volte variando i parametri che definiscono il modello. Il processo termina quando viene individuato quel set di parametri di modello che minimizza la differenza fra il set di dati sperimentali (curva di dispersione misurata) e il set di dati calcolati (curva di dispersione sintetica). Usualmente, algoritmi di minimizzazione ai minimi quadrati vengono utilizzati per automatizzare la procedura. Riassumendo: In questo metodo anziché considerare il tempo di primo arrivo ai geofoni si utilizza l’intero segnale registrato. Le misure del moto in superficie sono elaborate per calcolare la velocità di fase apparente sperimentale delle onde di Rayleigh (curva di dispersione sperimentale) in sito e successivamente si determina il profilo di velocità delle onde di taglio Vs attraverso un processo di inversione . Il metodo consiste nell’assumere un profilo di velocità iniziale di primo tentativo e attraverso un opportuno programma di elaborazione dati si calcola la velocità di fase apparente delle onde di Rayleigh corrispondente al profilo stratigrafico di velocità ipotizzato (curva di dispersione teorica). Dal confronto tra la curva di dispersione sperimentale e la curva di dispersione teorica è possibile modificare opportunamente gli spessori e le velocità del modello per minimizzare la distanza tra le due curve. Il processo di identificazione del terreno si conclude quando si raggiunge la sovrapposizione ottimale fra le due curve sperimentale e teorica. Le informazioni ottenute con le prove sismiche a rifrazione e SASW Multicanale non sono puntuali, ma rappresentative della estensione di terreno interessata dallo stendimenti e baricentriche ad esso, ovvero con la migliore definizione al centro dello stendimento.

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Strumentazione utilizzata pagina 5

Strumentazione utilizzata

La strumentazione utilizzata è composta da: • un acquisitore a 24 canali della Seismic Source (DAQLink II System – 24 bit

Acquisition System), • 24 geofoni a frequenza di 4,5 Hz • una mazza battente da 8 Kg per la generazione dell’impulso sismico di

energizzazione

Modalità di acquisizione

Il servizio di acquisizione elaborazione è stato fornito dalla società Techgea servizi, nella persona del geologo Luigi Benente. Le elaborazioni sono state validate dal responsabile della società, dott Mario Naldi . L’indagine MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) è stata effettuata realizzando uno stendimento lineare di 46 m di lunghezza con 24 geofoni a 4.5 Hz equidistanziati di 2 m. L’ubicazione è riportata allegati. Per l’acquisizione dei dati sono state effettuate cinque energizzazioni con mazza battente da 8 kg, disposte ad un estremo del profilo ad una distanza di 2, 4, 6 e 10 m dal primo geofono. Per ogni punto di energizzazione sono stati registrati, per ridondanza, 3 impulsi sismici.

Risultati ottenuti

Elaborazione dati

I dati acquisiti sono stati elaborati con il software Surfseis V. 2.0 (Kansas University, USA), che analizza la curva di dispersione sperimentale per le onde di Rayleigh. L’inversione numerica della curva, secondo un processo iterativo ai minimi quadrati, consente di ottenere un profilo di velocità delle onde di taglio nel sottosuolo (vedasi spiegazione in Appendice A). La curva di dispersione relative al MASW è riportata ne allegati.

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Considerazioni lito-stratigrafiche pagina 6

Curva di dispersione e modello di distribuzione della Vs

I dati acquisiti sono stati elaborati ottenendo la curva di dispersione sperimentale per le onde di Rayleigh, la cui inversione numerica, secondo un processo iterativo ai minimi quadrati, consente di ottenere un profilo di velocità delle onde di taglio nel sottosuolo. La curva di dispersione utilizzata per i processi di inversione è quella che consente di raggiungere le maggiori profondità di indagine tra le curve ottenute elaborando i dati relativi alle energizzazioni esterne agli stendimenti.

Valore di Vs30

I dati acquisiti sono stati elaborati ottenendo una curva di dispersione sperimentale per le onde di Rayleigh, invertendo la quale, secondo un processo iterativo di minimizzazione ai minimi quadrati, si è ottenuto un profilo di velocità delle onde di taglio nel sottosuolo. La curva di dispersione utilizzata per il processo di inversione è quella che consente di ottenere il miglior fitting con i dati sperimentali elaborando i dati relativi agli shot effettuati. Dai dati di velocità Vs e spessori H si ottiene un valore di Vs30 pari a 576 m/s, che corrisponde ad un suolo di categoria B (Depositi di sabbie o ghiaie molto addensate o argille molto consistenti, con spessori di diverse decine di metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di VS30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s).

Considerazioni lito-stratigrafiche

Il profilo di velocità delle onde “S” evidenzia quanto segue: Un primo livello superficiale potente circa 5 metri, costituito da terreno areato costituito verosimilmente da materiale poco addensato. Uno strato sottostante caratterizzato da depositi a grado di addensamento crescente fino a –11m cui segue uno strato con inversione di velocità che si spinge fino a-14,7 metri dal piano campagna e quindi con caratteristiche di addensamento più basse. Da 14,7 m fino alla massima profondità indagata (verosimilmente 31m) il terreno cresce via via di velocità ma non raggiunge velocità tali da farlo ritenere assimilabile alla roccia sana. Non sono noti sondaggi geognostici posti nelle adiacenze che possano supportare tale valutazioni litologiche che appaiono verosimili.

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Proprietà dinamiche del terreno pagina 7

Proprietà dinamiche del terreno

Considerando i valori di velocità delle onde sismiche S ottenuti nella base studiata, attraverso il seguente schema, se necessario possono essere ricavati moduli dinamici del sottosuolo in esame e relativi a ciascun orizzonte sismico:

Ovviamente mancando in questo caso alcuni parametri essi dovranno essere assegnati in base a convenzioni, poiché non sono noti il peso di volume ρ ed il coefficiente di Poisson ν, che fortunatamente non hanno per questi materiali gamme di valori che si scostano poco dalla norma, e quindi il risultato sarà attendibile note le relative potenze H dei litotipi.

• Modulo di taglio: 2VsG ρ=

• Modulo di Young: ( )ν+= 12GE

• Modulo di incompressibilità o Bulk: ν213

1−

=EK

• Frequenza propria dello strato studiato: F=Vs/4H

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Attribuzione della categoria di suolo al sito pagina 8

Attribuzione della categoria di suolo al sito

Al sito dell’ ITC Blaise Pascal, in Giaveno, si può attribuire la Categoria di suolo B, con un valore pesato di Vs30 pari a 576 m/s I valori individuati consentono la classificazione del suolo di fondazione ai sensi della O.P.C.M. n°3274 del 20 marzo 2003 nei confronti di sollecitazioni sismiche, individuando un profilo stratigrafico del suolo di fondazione di tipo B “ Depositi di sabbie o ghiaie molto addensate o argille molto consistenti, con spessori di diverse decine di metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di VS30 compresi tra 360 m/s e 800 m/s (NSPT>50; cu>250 kPa)”. In fede Il tecnico incaricato: Massimo Trossero

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Determinazione della Vs30 ai sensi dell’ordinanza ministeriale 3274 e s.m.i. Attribuzione della categoria di suolo al sito pagina 9

ALLEGATI

Dott. Geol. Massimo Trossero

Progetto: Indagine MASW

Sito: Giaveno (TO)

Data: Giugno 2007

Figura 1

I.T.C.S. Scuole Pubbliche – I.T.C.S. B. Pascal, Giaveno (TO)

Ubicazione non in scala - Linea MASW

G24

G1

Via Carducci

I.T.C.S. B. Pascal

Linea MASW

Legenda

Dott. Geol. Massimo Trossero

Progetto: Indagine MASW

Sito: Giaveno (TO)

Data: Giugno 2007

Figura 2

I.T.C.S. Scuole Pubbliche – I.T.C.S. B. Pascal, Giaveno (TO)

Curva di dispersione e modello delle velocità Onde Vs

Curva di dispersione

Modello delle velocità

Dott. Geol. Massimo Trossero

Progetto: Indagine MASW

Sito: Giaveno (TO)

Data: Giugno 2007

Figura 3

Profilo delle velocità onde S

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0300 400 500 600 700 800

Velocità in m/sec

Pro

fond

ità in

met

ri

Frejus

Vs30 = 576 m/sec (media pesata sugli spessori fino a 30 mt)

700 (699.12)-32 (-31.804)

583 (582.954)-25,4 (-25.443)

503 (502.814)-19,6 (-19.566)

397 (396.543)-14,7 (-14.864)

440 (439.751)-11,1 (-11.1029)

532 (532.936)-8,1 (-8.093)

483 (482.645)-5,7 (-5.686)

337 (336.704)-3,8 (-3.76)

332 (331.534)-2,2 (-2.219)

374 (374.304)-1 (-0.986)

Velocità delle onde S(m/sec)

Profondità dal p.c.al centro dello stendimento

(metri)

I.T.C.S. Scuole Pubbliche – I.T.C.S. B. Pascal, Giaveno (TO)

Profilo di Velocità Onde Vs

Areato superficiale

Depositi mediamente addensati con inversione

di velocità oltre –11m

Depositi con grado di addensamento crescente

Dott. Geol. Massimo Trossero

Progetto: Indagine MASW

Sito: Giaveno (TO)

Data: Giugno 2007

Figura 4

Frejus

I.T.C.S. Scuole Pubbliche – I.T.C.S. B. Pascal, Giaveno (TO)

Documentazione fotografica

G24

Linea MASW

Strumentazione