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Geologia e geotecnica (d.f.02.12.2011)
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Geologia e geotecnica (d.f.02.12.2011)

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  • 1. Dario Flaccovio Editore – Milano (23.09.2011) Sedimentologia e Geologia: strumenti per una valutazione preliminare dei parametri fisici delle formazioni sciolte Giorgio Beatrizotti
  • 2. Premessa
    • Il collegamento tra geotecnica e geologia permette:
    • Una valutazione preliminare tra delle varianti di progetto,
    • L'impostazione di una corretta campagna di indagini,
    • Forse, una minore dispersione nelle formule interpretative
    • I
  • 3. Premessa In questa relazione, dopo una rapida presentazione di sedimentologia e geologia, descriverò i depositi pleistocenici ed olocenici della valle del Ticino, indicando i parametri fisici determinati prevalentemente mediante DPH, DPSH e CPTU. Parametri che sono stati utilizzati, senza dare problemi: per la costruzione della Strada Nazionale, per Alptransit e per diversi edifici scolastici.
  • 4. Indice
    • Quaternario: processi di deposito e proprietà
    • Geologia
      • Introduzione geologica generale
      • La geologia della Valle del Ticino a monte del Verbano
    • Geotecnica
      • Accenno alle formule usate per interpretare prove in sito
      • Tabelle coi relativi parametri fisici
  • 5. Quaternario
    • Le terre del Quaternario sono i materiali predominanti sulla superficie della terra.
    • Le carte geologiche non tengono pero' conto dell’importanza di queste nel campo delle costruzioni e non sono quindi sufficientemente dettagliate.
    • Ad esempio le alluvioni sono rappresentate senza alcun tentativo di presentare le variazioni laterali ed i cambiamenti che si riscontrano in profondità.
  • 6. Quaternario
    • Le caratteristiche dei materiali, e in particolare delle argille, cambiano in funzione degli ambienti di deposizione.
    • Ambienti che, essenzialmente, sono:
      • glaciali,
      • periglaciali,
      • temperati,
      • aridi
      • tropicali
  • 7. Depositi di ambiente glaciale
    • Morene
    • Nel contesto della pianura sono particolarmente rilevanti quelli fluvio-glaciali che possono essere suddivisi tra quelli che si accumulano oltre i limiti del ghiaccio o pro-glaciali e quelli che si formano a contatto col ghiaccio o di contatto-glaciale.
    • Tra i depositi proglaciali particolare rilievo hanno i delta e i depositi lacustri (varve) più o meno argillosi
  • 8. Depositi di clima temperato
    • Il comportamento ingegneristico di questi depositi è funzione di:
    • composizione,
    • struttura,
    • ambiente attuale (in particolare del contenuto in acqua)
    • compattazione.
  • 9. Depositi di ambiente temperato proprietà Ghiaia Sabbia Limo Argilla Torba Densità apparente Mg/mc 1.45-2.30 1.40-2.15 1.82-2.15 1.50-2.15 0.60-1.20 Densità secca Mg/mc 1.40-2.10 1.35-2.15 1.45-1.95 1.20-1.75 0.07-0.11 Rapporto dei vuoti 0.25-1.00 0.30-0.54 0.35-0.85 0.42-0.96 9.00-25.0 Limite liquido % - - 24-35 >50 - Limite plastico % - - 14-25 >20 - Resistenza al taglio kPa c=200-600 c=100-400 C'~75 C'=20-200 C'<20 Angolo di attrito ° 35-40 32-42 32-36 ~18-25 5
  • 10. La pianura Nella pianura padana i 300 – 400 m di sedimenti fluviali e lacustri mascherano grandi pieghe e scaglie tettoniche
  • 11. La causa di questa struttura è la spinta, tuttora attiva, dell'Africa verso l'Europa (da P. Bird)
  • 12. Geologia
    • Messiniano (6 mio anni)
      • Si chiude lo stretto di Gibilterra
      • Il Mediterraneo diventa un basso lago salato
  • 13. Geologia
    • Pliocene (5.0 – 2.6 mio)
    • Si riapre lo stretto di Gibilterra e il Golfo Padano costituisce un'ampia insenatura del mare Adriatico
  • 14. Geologia
    • Pliocene
      • A partire da 4 milioni di anni fa i corsi d'acqua provenienti dalle valli alpine depositano grandi quantità di sedimenti sotto forma di delta o di coni di deiezione. (Un esempio è il Delta dello Yukon (foto ESA))
      • Quindi nella pianura la successione marina, potente sino a 7000 m nella zona di Parma e Reggio, è chiusa da un insieme di sedimenti di ambiente fluvio lacustre. (il Villafranchiano 3.5 – 3 mio di anni fa)
  • 15. Modello dei depositi pliocenici
    • Delta dello Yukon (foto ESA)
  • 16. Geologia
    • Pleistocene
      • In questo periodo (2’600'000 – 10'000 anni)la temperatura è la chiave per comprendere l'evoluzione del paesaggio
      • Le carote oceaniche hanno permesso di ricostruire le oscillazioni climatiche.
      • A valori di O-18 alti corrispondono i periodi piu’ freddi
  • 17. Pleistocene: oscillazioni climatiche
    • Le carote oceaniche hanno permesso di ricostruire le oscillazioni climatiche del Pleistocene.
    • Valori di O-18 alti corrispondono ai periodi freddi.
  • 18. Pleistocene: Inquadramento glaciazioni alpine
    • Probabilmente le glaciazioni alpine (Donau, Gunz, Mindel, Riss, Wurm) corrispondono a quelle riscontrate negli oceani a partire dal Pleistocene medio
  • 19. Pleistocene: livello mare
    • Sia nel Riss che nel Wurm, durante l'ultimo massimo glaciale, il livello del mare è stato 120 m sotto il livello attuale, ed anche negli interglaciali non ha mai raggiunto quello odierno.
    • A titolo indicativo possiamo vedere come durante l'ultimo massimo glaciale il Po arrivasse circa a metà Adriatico.
  • 20. Livello mare
  • 21. Wurmiano terre emerse durante il massimo glaciale
  • 22. Le glaciazioni nella Pianura padana
    • La carta geologica mostra come l'incidenza del fenomeno glaciale sul versante meridionale delle Alpi sia stata abbastanza limitata.
  • 23. Geologia
    • Olocene
      • Se per formare le coltri glaciali del Wurm sono servite decine di migliaia di anni ne sono bastate poche migliaia per scioglierle
      • L'evoluzione del clima negli ultimi 30'000 anni, presentata dall' USGS, al di là degli ovvii cambiamenti di temperatura, mostra inoltre una drastica riduzione delle precipitazioni
  • 24. Variazioni climatiche (da USGS)
  • 25. Geologia All'interno delle cerchie moreniche
    • La Valle del Ticino dalla Moesa al Verbano
    • Un modello sicuramente estendibile alle valli del Toce e dell'Adda e, probabilmente, anche alle altre vallate sud alpine percorse dai ghiacciai
  • 26. Geologia della valle del Ticino Carta geologica
  • 27. La valle del Ticino Indagini eseguite
    • Profili sismici a rifrazione
    • Profili sismici a riflessione
    • Sondaggi elettrici verticali (semistendimento 1000 – 1500 m)
    • Sondaggi meccanici a carotaggio continuo lunghezza 100 m
  • 28.  
  • 29. Valle del Ticino – Indagini sismiche Profili sismici a rifrazione I profili sismici, a rifrazione, sono serviti per stabilire lo spessore dei terreni sciolti. I depositi ghiaiosi superficiali non hanno pero' permesso di identificare le velocità sismiche dei terreni sottostanti
  • 30. Valle del Ticino – Indagini sismiche Profili sismici a riflessione I profili sismici a riflessione, e soprattutto quello eseguito da Bini e Felber nell'ambito di un progetto di ricerca del Fondo Nazionale, hanno permesso di ricostruire la stratigrafia del sottosuolo, profondita' a parte, anche per la zona non raggiunta dai sondaggi meccanici
  • 31. Valle del Ticino Profilo Contone - Gudo 1 – depositi fluviali e lacustri postglaciali 2, 3, 4 – depositi lacustri postglaciali 5 – depositi ghiaiosi (outwash ?)
  • 32. La valle del Ticino Risultati sondaggi elettrici Resistività ohm/m Litologia Classificazione USCS Geologia 1200 - 1300 Ghiaia GW Depositi fluviali 100 - 300 Ghiaia e sabbia Sabbie diverse GW-SW, SW, SP, SM Depositi deltizi prossimali 40 - 160 Limi sabbiosi SM - ML Depositi deltizi distali 200 - 500 Varve Depositi di Conoide GM - SM Depositi lacustri proglaciali
  • 33. La valle del Ticino Legenda sezioni stratigrafiche
  • 34. Sezione 1 (vicino al lago)
  • 35. Sezione 2 (intermedia)
  • 36. Sezione 3 (vicina a Bellinzona)
  • 37. Valle del Ticino: parametri fisici
    • I parametri riportati sono stati ricavati essenzialmente da prove DPH, DPSH e DMT
    • Il passaggio dai valori dinamici ai valori statici è stato fatto applicando la formula degli Olandesi .
    • I risultati sono stati positivi nel senso che utilizzando i valori calcolati non si è avuto alcun problema ne' sui rilevati autostradali ne' sui manufatti e neppure sugli edifici pubblici.
  • 38. Formule Utilizzate Dr % Formula di Skempton Φ Formula di Schmertmann E50 Formula di Schmertmann Go Formula di Crespellani e Vannucchi Vs Formula di Ohta e Goto
  • 39. D. Alta Energia Parametri Fluviale Fluviale Conoide GW GM GM Φ [°] 41 – 47 41 – 45 42 – 44 Dr [%] 44 39 – 89 52 – 80 E50 [MPa] 30 – 50 25 – 50 35 – 50 Go [MPa] 40 – 75 30 – 75 50 – 80 Vs [m/s] 197 – 245 183 – 261 211 – 327 K [m/s] 4.20E-003 3.20E-004 3.20E-004
  • 40. Depositi Bassa Energia Parametri Pian. Alluv. Deltizio Deltizio SW SW SM – ML Φ [°] 32 – 38 32 – 36 43 – 11 Dr [%] 33 – 69 28 – 60 20 – 64 E50 [MPa] 30 – 70 10 – 70 25 – 30 Go [MPa] 40 – 70 30 – 90 20 – 90 Vs [m/s] 161 – 225 173 – 247 66 – 260
  • 41. AlpTransit Per il progetto AlpTransit la determinazione dei parametri geotecnici dei terreni è stata fatta essenzialmente attraverso delle prove DMT e CPTU. I risultati ottenuti sono riportati di seguito Per una ricerca di omogeneità si sono poi trasformati gli stessi utilizzando le formule usate per l'interpretazione delle prove dinamiche I risultati risultano piu' cautelativi
  • 42. Tipo di suolo Profondità M M min φ Dr sigv' N SPT Qc Fs m MPa MPa deg. KPa MPa KPa SM-ML/ML 10 - 44 50 15 29 30 290 16 5 55 44 - 58 70 20 29 30 490 22 6.5 100 SW / SM 10 - 27 70 20 31 45 210 18 7 45 27- 46 75 25 29 40 360 21 8.5 70 46 - 62 80 30 29 40 510 24 9.5 95 SW 10 - 35 90 35 33 55 280 23 11.5 50 35 - 61 100 40 31 55 440 28 14 75
  • 43. Depositi deltizi SW Profondità m 23 48 σv' [kPa] 280 540 N spt 23 28 Dr [%] 35 29 Φ [°] 38 37 E50 [MPa] 50 60 Go [MPa] 55 60 Vs [m/s] 245 293
  • 44. Depositi deltizi da SW a SM Profondità m 17 37 54 σv' [kPa] 210 360 510 SPT [N] 18 21 24 Dr [%] 36 28 24 Φ [°] 36 35 34 E50 [MPa] 21 25 30 Go [MPa] 45 50 55 Vs [m/s] 211 253 279
  • 45. Depositi deltizi da SM-ML a ML Profondità m 27 51 σv' [kPa] 290 490 SPT [N] 16 22 Dr [%] 28 24 Φ [°] 31 31 E50 [MPa] 15 20 Go [MPa] 45 55 Vs [m/s] 223 267
  • 46. All'esterno delle cerchie moreniche
      • Uno schema probabilmente valido per l'alta pianura
      • Visto che deriva dalle ricerche fatte per:
        • La linea ferroviaria Milano – Torino
        • La pedemontana piemontese
  • 47. All'esterno delle cerchie moreniche
    • Successione stratigrafica
      • Olocene:
        • erosione del Piano generale terrazzato ed alluvioni negli alvei attuali
      • Pleistocene med - superiore:
        • depositi fluviali, sabbie e ghiaie
      • Villafranchiano:
        • depositi limoso argillosi di ambiente lacustre palustre
      • Pliocene -Pleistocene inf:
        • marne argillo siltose
  • 48. Pleistocene medio - superiore
    • Ciclo wurmiano:
      • Depositi ghiaioso sabbiosi
      • Depositi prevalentemente sabbioso-limosi
      • Depositi ghiaioso sabbiosi
      • Depositi limoso sabbiosi
  • 49. Pleistocene medio - superiore
    • Ciclo rissiano
      • Depositi prevalentemente sabbioso limosi o limoso sabbiosi
      • Depositi Limosi o limo argillosi sotto forma di intercalazioni
      • Ghiaia con sabbia
      • Sabbia debolmente limosa con ghiaia
  • 50. Parametri fisici Formazione età γ Dr φ Vs E' kN/m 3 % ° m/s MPa GW - SW Wurm 20 50 – 65 36 – 38 280 – 350 50 – 70 SM - ML Riss 19 60 – 80 33 – 38 250 – 350 40 – 60 SM Riss 20 60 – 80 36 – 38 370 – 450 82