1. CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DEI TERRENI DI FONDAZIONE

1.1 Ricostruzione Stratigrafica

Nella ricerca di una rappresentazione sintetica, ma sufficientemente approssimata, della natura e

delle caratteristiche del sottosuolo si sono individuate 6 unità litologiche distinte, denominate

Riporto R e Terreni T1-T5. La loro descrizione litologica si è ottenuta semplificando e sintetizzando

quella molto dettagliata dei rapporti di perforazione e di laboratorio, sulla base delle osservazioni

dirette delle carote e dei campioni, ponendo in evidenza i caratteri essenziali e più facilmente

identificabili. Le superfici di separazione dei diversi terreni sono state individuate utilizzando

contemporaneamente le descrizioni litologiche delle carote e le prove penetrometriche. Queste

ultime permettono infatti di individuare facilmente le disuniformità granulometriche in base alle

variazioni dei valori di resistenza alla punta e laterale e dei loro rapporti.

La stratigrafia risulta ben definita e l’unica sezione stratigrafica dedotta dalle indagini,

riportata in Figura 1, fornisce un quadro completo e chiaro della descrizione del sottosuolo.

Gli strati sono caratterizzati da una giacitura sostanzialmente orizzontale; in particolare,

facendo riferimento alla quota del piano campagna, di circa 18 m s.l.m., si sono individuate le

seguenti stratificazioni (Figura 1):

- Riporto R: Terreno di riporto eterogeneo ed eterometrico, poco addensato, costituito da

livelli sabbio-limosi alternati a livelli sabbiosi, con intercalazioni di trovanti tufacei, pozzolane e

laterizi. Lo spessore è di circa 8 m.

- Terreno T1: Limo con argilla debolmente sabbioso di colore verdastro, con screziature

organiche nerastre, mediamente consistente. La frazione sabbiosa tende ad aumentare gradualmente

con la profondità. Lo spessore è pari a 6 m circa.

- Terreno T2: Sabbia limosa poco addensata, con intercalazioni limose e limo-sabbiose, di

colore marrone. Lo strato ha uno spessore di 5 m circa.

- Terreno T3: Sabbie sciolte da fini a medie, di colore grigio, con incluse intercalazioni

limose. Lo spessore è di circa 13.5 m.

- Terreno T4: Limo con argilla di colore grigio-azzurro, consistente, con intercalazioni

sabbiose e rare inclusioni ghiaiose. Sono presenti anche tracce organiche. Lo spessore è di 22 m

circa.

- Terreno T5: Ghiaia a matrice sabbiosa grigiastra, ben addensata, con clasti eterometrici,

prevalentemente carbonatici, non gradati.

Nella sezione stratigrafica è inoltre mostrata l’ubicazione delle celle piezometriche installate

nell’area in esame, unitamente alle quote piezometriche misurate. Dalle osservazioni si deduce, per

i terreni in esame, un regime idrostatico con superficie piezometrica a circa 11 m di profondità dal

piano campagna, praticamente coincidente con il livello del Tevere.

1.2 Caratteristiche Meccaniche dei Terreni

Nel seguito vengono analizzate le caratteristiche meccaniche delle diverse unità litologiche

individuate, come risultano dalle indagini in sito ed in laboratorio effettuate in precedenza, e rese

disponibili per le analisi.

Per ogni terreno sono stati inizialmente esaminati i risultati delle analisi di identificazione e

classificazione geotecnica. Si sono poi esaminate le caratteristiche di resistenza e deformabilità che

hanno maggiore influenza sull’impostazione generale del progetto in esame.

L’analisi è stata eseguita utilizzando le informazioni desunte dalle indagini in sito ed in

laboratorio. I risultati delle prove di laboratorio, riferite alle varie unità stratigrafiche, sono riportati

nelle Tabella 1 e Tabella 2, quelli delle prove in sito nella Tabella 3.

La compressibilità degli strati coesivi è stata caratterizzata attraverso l’analisi delle prove

edometriche, dalle quali sono stati ricavati gli indici di compressione e di rigonfiamento Cc e Cs, la

tensione verticale di preconsolidazione σ’vc, il coefficiente di consolidazione Cv e il grado di

sovraconsolidazione OCR.

Le caratteristiche di resistenza espresse in termini di tensioni efficaci (c’, φ') sono state

ricavate dall’analisi delle prove di compressione triassiale consolidate non drenate e delle prove di

taglio diretto, effettuate in laboratorio su campioni indisturbati.

La resistenza al taglio in condizioni non drenate è stata valutata utilizzando i risultati delle

prove di compressione triassiale non consolidate non drenate e quelli delle prove penetrometriche

statiche. Per queste ultime la resistenza non drenata Cu è stata determinata attraverso la relazione:

Cq

Nu

c

c

v=− σ

che deriva dall'analogia tra la resistenza alla punta del penetrometro e la capacità portante alla base

di un palo, nelle condizioni di breve termine.

Per la classificazione e la caratterizzazione dei terreni incoerenti, dove è risultato impossibile

il prelievo di campioni indisturbati, ci si è avvalsi di diagrammi e relazioni empiriche, applicabili

alle prove penetrometriche effettuate in sito. In particolare sono stati utilizzati il diagramma di

Robertson & Campanella (1982) che lega la resistenza alla punta al friction ratio (FR) e alla

granulometria del deposito attraversato (Figura 2), e il diagramma di Durgunoglu & Mitchell (1975)

che correla la resistenza alla punta e la tensione efficace verticale all’angolo di attrito (Figura 3).

Le caratteristiche di deformabilità sono state valutate nell’ipotesi che il comportamento

meccanico dei terreni in condizioni distanti dalla rottura sia linearmente elastico. A tale scopo sono

stati selezionati valori medi del modulo di Young E’ e del coefficiente di Poisson ν’ rappresentativi

del campo delle deformazioni che generalmente si producono, in condizioni di esercizio, nei

problemi di interazione terreno-struttura.

Per i terreni incoerenti la determinazione dei parametri di deformabilità mediante prove di

laboratorio può essere affetta da notevoli incertezze, risultando estremamente difficile in questo

caso il prelievo di campioni indisturbati. Si è fatto quindi uso di alcune correlazioni empiriche tra la

resistenza alla punta misurata in prove penetrometriche statiche e il modulo di taglio iniziale Go. È

però opportuno ricordare che stimare un modulo di rigidezza a partire dalla resistenza alla punta

misurata nelle prove penetrometriche statiche o dinamiche può condurre a valori approssimati per

difetto della rigidezza, considerato che il comportamento meccanico dei terreni è fortemente non

lineare a partire dai bassi livelli di deformazione e che le prove penetrometriche, causando la rottura

del terreno attraversato, generano livelli deformativi decisamente più elevati di quelli tipici dei

problemi di interazione terreno-struttura in condizioni di esercizio.

La relazione utilizzata lega il modulo di rigidezza al taglio iniziale Go alla resistenza alla

punta del penetrometro statico (Robertson e Campanella, 1982). Il modulo di taglio G è stato

valutato nell’intervallo di deformazioni comprese fra 0.01 e 0.1%, che è quello tipico dei problemi

di interazione terreno struttura nelle opere di scavo, a partire dal valore stimato per Go ; utilizzando

la curva di decadimento del modulo di taglio normalizzato G/G0 in funzione della deformazione di

taglio γ e della tensione litostatica efficace σ’vo (Kokusho, 1980) si ottiene G ≅ G0/3.

Per i terreni coesivi si è invece assunto un valore del rapporto Eu/Cu = 800. Dalle relazioni

G = Eu/3 ed E’ = 2G(1+ν’), con ν’ = 0.3, si è quindi ricavata una stima del modulo di Young E’.

Le osservazioni sperimentali ottenute dalle prove in sito e in laboratorio sono esaminate nel

seguito per ciascuna delle unità litologiche individuate.

Terreno di riporto R

Il terreno di riporto è fortemente eterogeneo. La caratterizzazione di tale strato è possibile solo

mediante le prove penetrometriche eseguite in sito, non avendo a disposizione campioni per

indagini di laboratorio, a causa delle difficoltà di campionamento. I risultati sperimentali mostrano

che la natura del terreno di riporto è da sabbio-limosa a limo-sabbiosa (Figura 2) (Robertson e

Campanella, 1982) con una stima dell’angolo di resistenza al taglio φ’ di circa 32° (Figura 3)

(Durgunoglu e Mitchell, 1975). Per il peso medio dell’unità di volume si è assunto γ = 19 kN/m3.

Dal diagramma di Figura 4 si ottiene un valore del modulo di taglio iniziale G0 = 30.8 MPa, e

quindi un valore di G = 10 MPa, cui corrisponde E’ = 26 MPa.

Terreno T1 - Limo con argilla

L’unico campione prelevato in questo strato ha fornito valori della frazione argillosa e di quella

limosa pari rispettivamente al 35 % e al 58 %, mentre la percentuale di sabbia è di circa il 7 %. Il

peso unitario medio è γ = 19.5 kN/m3 e il contenuto in acqua è wo = 26.5 %. Il limite di liquidità e

l’indice di plasticità assumono rispettivamente i valori WL = 41 % e Ip = 22%. L’indice di

consistenza vale Ic = 0.64, tipico dei terreni di media consistenza. Il diagramma di Robertson e

Campanella (1982), che lega la resistenza alla punta qc al friction ratio FR, conferma la natura limo-

argillosa dello strato in esame (Figura 2).

L’indice dei pori iniziale, l’indice di compressibilità e l’indice di rigonfiamento, determinati

mediante prova edometrica, valgono eo = 0.720, Cc = 0.28 e Cs = 0.06 mentre il grado di

sovraconsolidazione è OCR = 1.

L’inviluppo di resistenza determinato da prove drenate di compressione triassiale è

caratterizzato da un’intercetta di coesione c’ = 9 kPa e un angolo di resistenza al taglio φ’ = 31°

(Figura 5).

Le prove triassiali non consolidate non drenate hanno fornito un valore medio della coesione

non drenata Cu = 75 kPa. Dalle prove in sito si è invece ottenuto un valore di Cu maggiore e pari a

circa 114 kPa ( 3), pur avendo utilizzato un valore cautelativo per Nc pari a 20; nelle analisi si è

ritenuto opportuno impiegare il valore medio Cu = 95 kPa. Da codesto valore si è ricavato Eu = 76

MPa e quindi G = 25.3 MPa cui corrisponde E’ = 65.8 MPa.

Terreno T2 - Sabbia limosa

Lo strato in esame è a granulometria eterogenea, con la frazione limosa compresa tra il 38.5 % e il

51.5 % e quella sabbiosa fra il 30 % e l’80 % circa. La percentuale di argilla varia fra l’11.5 % e il

17 %. Diagrammando la resistenza alla punta qc in funzione del friction ratio FR (Figura 2) si

ricade nella zona compresa fra le sabbie limose e i limi sabbiosi. I valori medi del peso unitario e

del contenuto in acqua sono γ = 19 kN/m3 e wo = 30.8 %. Visto l’andamento della resistenza alla

punta e del friction ratio con la profondità, si è ritenuto opportuno assimilare questo strato ad un

terreno incoerente, nonostante una non trascurabile frazione limosa gli conferisca una discreta

plasticità.

Sui due campioni prelevati sono state effettuate prove di taglio diretto, i cui risultati,

diagrammati nel piano τ-σ (Figura 6), hanno fornito valori della coesione e dell’angolo di attrito

pari a c’ = 9 kPa e φ’ = 33°. Tuttavia la correlazione di Dorgunoglu e Mitchell (1975) (Figura 3)

fornisce un valore minore dell’angolo di attrito φ’ < 32°. Nelle analisi si è assunto, a favore di

sicurezza, φ’ = 31° e c' = 0.

Il diagramma di Robertson & Campanella (1982) ha permesso di stimare il modulo di taglio

iniziale Go = 20 MPa (Figura 4) a partire dal quale si è ricavato G = 7.0 MPa e quindi

E' = 2 G (1+ν') = 18.2 MPa.

Terreno T3 - Sabbia

In questo strato, dall’unico campione prelevato non è stato possibile effettuare alcuna prova a causa

dei sensibili disturbi di campionamento. Necessariamente ci si è dovuti avvalere dei risultati delle

prove in sito per poter procedere alla caratterizzazione dell’unità stratigrafica in esame.

Dalla correlazione di Durgunoglu e Mitchell (1975) diagrammata in Figura 3, si ottiene φ’ ≅

32°.

Per la determinazione dei parametri di deformabilità, in maniera analoga a quanto fatto in

precedenza si è prima ricavato il valore del modulo di taglio iniziale Go = 113 MPa (Figura 4) e

quindi G = 38 MPa (Figura 5) cui corrisponde:

E G' ( ' )= ⋅ ⋅ + =2 1 99ν MPa.

Terreno T4 - Limo con argilla

L’unità litologica in esame è stata caratterizzata esclusivamente mediante prove di laboratorio, dal

momento che le prove penetrometriche statiche sono andate a rifiuto all’altezza del letto dello strato

precedente.

Le frazioni limose e argillose di questo strato, come mostrato nella Tabella 1, variano fra il 51

% e il 70 % e fra il 23.5 % e il 49 % rispettivamente, mentre la percentuale di sabbia è compresa tra

il 2 % e il 6.5 % circa. Il peso unitario medio è γ = 19.2 kN/m3 e il contenuto in acqua è wo =

27.69%. Il limite di liquidità vale WL = 43 %, l’indice di plasticità Ip = 23 %. L’indice di

consistenza assume un valore Ic = 0.66, caratteristico dei terreni mediamente consistenti.

Dalle prove di compressione edometrica sono stati ricavati i valori dell’indice dei vuoti

iniziale eo = 0.755, degli indici di compressibilità e di rigonfiamento Cc = 0.27 e Cs = 0.04, nonché

il grado di sovraconsolidazione OCR = 1, corrispondente a un deposito normalmente consolidato.

Le prove di compressione triassiale consolidate non drenate hanno fornito le caratteristiche di

resistenza in termini di tensioni efficaci: c’ = 7 kPa e φ’ = 28° (Figura 7).

La resistenza al taglio in condizioni non drenate, ottenuta dalle prove triassiali non consolidate non

drenate, è risultata pari a Cu = 97.5 kPa. Successivamente si è ricavato E Cuu MPa= ⋅ =800 78 con

G E= =u MPa3 26 e E' G= ⋅ ⋅ + =2 1 6( ') .ν 67 MPa.

Terreno T5 - Ghiaia

In questo strato, situato a profondità superiori ai 54 m, non è stata effettuata alcuna prova, né in sito

né in laboratorio. Sono stati perciò assunti valori tipici delle proprietà meccaniche : γ = 20 kN/m3, c’

= 0, φ’ = 40°, G = 80 MPa cui corrisponde, per ν’ = 0.3, E’ = 208 MPa.

1.3 Considerazioni conclusive

La caratterizzazione dei terreni di fondazione ha permesso di ricostruire la sezione stratigrafica

illustrata in Figura 1, costituita da una successione di strati orizzontali le cui caratteristiche

meccaniche sono riassunte nella Tabella 4.

I primi 8 m sono costituiti da terreno di riporto R, incoerente, per il quale è stato assunto

φ’ = 32° ed E’ = 41.3 MPa. Lo strato successivo, spesso 6 m circa, è costituito da limo con argilla

normalmente consolidato, mediamente consistente, caratterizzato dai parametri di resistenza e

deformabilità: Cu = 95 kPa e Eu = 76 MPa per le condizioni di breve termine e c’ = 9 kPa, φ’ = 31°

e E’ = 65.8 MPa per le condizioni di lungo termine. Da m 14 a m 19 circa è presente uno strato di

sabbia limosa per il quale si è assunto φ’ = 31° e E’ = 18.2 MPa. I successivi 13 m sono costituiti da

sabbia mediamente addensata, per la quale φ’ = 32° e E’ = 99 MPa. Lo strato seguente, spesso 22

m, è costituito da limo con argilla consistente in condizioni di normal consolidazione, caratterizzato

da parametri di resistenza Cu = 97.5 kPa in termini di tensioni totali e c’ = 7 kPa e φ’ = 28° in

termini di tensioni efficaci, e da parametri di deformabilità Eu = 78 MPa per le condizioni di breve

termine e E’= 67.6 MPa per le condizioni di lungo termine. Oltre i 54 m di profondità inizia uno

strato di ghiaia addensata.

In tab. 3.4 sono riportati, per i terreni in esame, i valori dell’angolo di dilatanza ψ e del

coefficiente di permeabilità K adoperati nelle analisi.

Mediante le misure fornite dalle celle piezometriche si è dedotto un regime idrostatico delle

pressioni interstiziali con superficie piezometrica situata a circa 11 m di profondità dal piano di

campagna.

TABELLE

Tabella 1 – Risultati delle prove di laboratorio riferiti alle varie unità stratigrafiche: caratteristiche generali

Tabella 2 – Risultati delle prove di laboratorio riferiti alle varie unità stratigrafiche: caratteristiche meccaniche

Tabella 3 – Risultati delle prove in sito

Tabella 4 – Proprietà meccaniche assunte nelle analisi

FIGURE

Figura 1 – Sezione geotecnica

Riporto (0 -8.2 m)

0.1

1

10

100

0 2 4 6FR (%)

qc (M

Pa)

CPT1

CPT2S

L-LS

LA-ALA

SL

T1 (-8.2 -13.7 m)

0.1

1

10

100

0 2 4 6FR (%)

qc (M

Pa)

CPT1

CPT2S

L-LS

LA-ALA

SL

T2 (-13.7 -18.7 m)

0.1

1

10

100

0 2 4 6FR (%)

qc (M

Pa)

CPT1

CPT2

S

L-LS

LA-ALA

SL

T3 ( -18.7 -32.1 m)

0.1

1

10

100

0 2 4 6FR (%)

qc (M

Pa)

CPT1

CPT2S

L-LS

LA-ALA

SL

Figura 2 – Prove penetrometriche: relazioni empiriche di Robertson & Campanella (1982) per la

determinazione della granulometria.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 10 20 30 40 50

qc (MPa)

σ'v (

kPa)

30° 32°34°36° 38° 40° 42°

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 5 10 15 20

qc (MPa)

σ' v

(kPa

)

30°32°34°36° 38° 40°

Figura 3 – Prove penetrometriche: relazioni empiriche di Durgunoglu & Mitchell (1975) per la determinazione dell’angolo di resistenza a taglio.

MO

DU

LO D

I DE

FOR

MA

ZIO

NE

PE

R T

AGLI

O G

max

[kg/

cm2 ]

Figura 4 – – Prove penetrometriche: relazioni empiriche di Robertson e Campanella, 1982 per la

determinazione del modulo di rigidezza a taglio

3000

2500

2000

1500

1000

500

0

0.0 100.0 200.0 300.0 400.0

p' (KPa)

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

q (K

Pa)

Terreno T1c' = 9 KPa ; φ ' = 31°

Figura 5 – Prove drenate di compressione triassiale:

determinazione dei parametri di resistenza per il terreno T1

0.0 100.0 200.0 300.0 400.0 500.0

σ ' (KPa)

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

τ

(KPa

)

Terreno T2c' = 9 KPa ; φ ' = 33°

Figura 6 – Prove di taglio diretto:

determinazione dei parametri di resistenza per il terreno T2

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0

p' (KPa)

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

q (K

Pa)

Terreno T4c' = 7 KPa ; φ ' = 28°

Figura 7 – Prove di compressione triassiale consolidate non drenate:

determinazione dei parametri di resistenza per il terreno T4

APPENDICE

CPT1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3

Cu (MPa)

Prof

ondi

tà (m

)CPT2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3

Cu (MPa)

Prof

ondi

tà (m

)

CPT1

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3

Cu (MPa)

Prof

ondi

tà (m

)

CPT2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 1 2 3

Cu (MPa)

Prof

ondi

tà (m

)

Determinazione della coesione non drenata Cu da prove penetro metriche statiche

0 4 8 12 16 20 24q (MPa)

R

T1

T2_A

T2_B

T3

T4

T5

11.08.2

13.0

16.718.7

32.1

54.0

c

Stratigrafia

0.6 0.7 0.8 0.9

e0

60

50

40

30

20

10

0pr

ofon

dità

(m)

0.0 0.2 0.4

Cc

1x10-8 1x10-7 1x10-6

CV (m2/s)

0.001 0.01 0.1

Cαe

0 40 80 120

Cu (kPa)

Roma - Via Cardinal De Luca

Andamento delle principali caratteristiche fisiche con la profondità

18 19 20

γ (kN/m3)

60

50

40

30

20

10

0

prof

ondi

tà (m

)

0 20 40 60

w (%)

15 20 25 30 35

IP (%)

0 20 40 60 80 100

Argilla+ Limo (%)

0 20 40 60 80 100

Sabbia (%)

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

IC

WLWP W

Roma - Via Cardinal De Luca

Andamento delle principali caratteristiche fisiche con la profondità