INDAGINI GEOTECNICHE A SUPPORTO DELLA SISTEMAZIONE DI UN VERSANTE IN FRANA IN TERRENI ARGILLOSI
Committente: Provincia di Asti (Dicembre 2015)
Viene descritta la caratterizzazione geomeccanica di una frana che ha coinvolto nel marzo 2015 un tratto di strada provinciale S.P. 41 nei pressi del paese di San Martino Alfieri (15 km da Asti) in conseguenza di eventi meteorologici prolungati o particolarmente intensi.
QUADRO GEOMORFOLOGICO E GEOLOGICO
La successione sedimentaria è definita, a partire dai settori inferiori dei rilievi collinari, da depositi argillosi di ambiente marino profondo (Argille di Lugagnano) e da depositi sabbiosi di ambiente litorale (Sabbie di Asti).
Le “Argille di Lugagnano”, corrispondono a silt argillosi e marne sabbiose di colore grigio-azzurro, ricchi di microfossili, deposti in ambiente marino profondo e di età riferibile al Pliocene inferiore (Piacenziano). Al di sopra si sviluppano le “Sabbie di Asti”, corrispondenti a sabbie fini di colore giallastro con stratificazione piano-parallela, ricche di macrofossili, deposte in ambiente marino litorale e riferibili al Pliocene inferiore-medio (Zancleano) (Dela Pierre et al., 2003; Forno et al., 2015).
L’intera successione sedimentaria è interessata dalla sinclinale di Asti, un’ampia piega che si sviluppa su scala regionale con prevalente orientazione assiale E-W (Carraro ed., 1996; Boano & Forno, 1999).
Carta geologica dell’area in studio (ripresa dagli studi geologici a supporto del PRGC del Comune di San Martino Alfieri, condotti dal Dott. Marco Lano.
METODI
Le indagini geologiche e geomorfologiche di terreno associate alla indagini geognostiche hanno consentito di definire il modello geologico e geotecnico (caratterizzazione geomeccanica) della frana.
Le indagini di terreno sono consistite in:
- rilievo topografico di dettaglio;
- rilevamento geologico e geomorfologico.
Le indagini geognostiche e geotecniche sono consistite in:
- realizzazione di pozzetti esplorativi per prelievo campioni rimaneggiati;
- 5 prove penetrometriche dinamiche (S.C.P.T.) con penetrometro leggero;
- 2 sondaggi a rotazione con prove n. 4 S.P.T. in foro (standard penetration test);
- prove geotecniche di laboratorio su campioni rimaneggiati e indisturbati (prove di classificazione, prove di taglio anulare, prove triassiali non consolidate e non drenate (UU)).
RISULTATI
Indagini geologiche e geomorfologiche
I risultati delle indagini geomorfologiche di terreno hanno permesso di riconoscere sia le caratteristiche connesse al precedente corpo di frana che quelle legate alla sua riattivazione, ben evidenziata dalla presenza di una scarpata principale con scarpate e fratture di tensione minori.
Il versante collinare interessato dalla frana corrisponde a un’area coltivata a vigneto, inclinato verso SSW. Il movimento franoso, con movimento prevalentemente di tipo rotazionale, ha coinvolto sia la coltre colluviale che il substrato alterato della Formazione delle Argille di Lugagnano (Pliocene inferiore, Piacenziano) con inclinazione verso N di circa 20°. La frana mostra una evidente nicchia di distacco e un corpo di frana, contraddistinto da un pronunciato rigonfiamento, rispettivamente a monte e a valle della sede stradale. Inoltre, la presenza di numerose fratture da tensione (tension tracks) suggerisce come le tensioni di taglio non siano uniformemente distribuite lungo il versante: infatti, com’è noto, lungo una generica superficie di scivolamento, esistono delle zone più sollecitate rispetto ad altre.
La sede stradale si localizzerebbe quindi in corrispondenza al contatto stratigrafico tra le Sabbie di Asti e le Argille di Lugagnano rappresentato da facies di transizione. Dal punto di vista reologico, questo settore di versante corrisponde quindi a un settore “debole” (composizionale e strutturale) connesso sia alle caratteristiche tessiturali oltre che alla presenza di fratture che favoriscono la circolazione e la localizzazione di vene d’acqua.
Le informazioni sono state sintetizzate in una carta geomorfologica di dettaglio del corpo di frana.
Carta geomorfologica e piano delle indagini geognostiche
Indagini geognostiche
L’esecuzione di indagini in situ, quali sondaggi meccanici a rotazione e prove penetrometriche dinamiche (S.P.T. e S.C.P.T.), hanno consentito di definire la successione stratigrafica del sottosuolo, la geometria della frana definendo la profondità delle superfici di scivolamento oltre che accertare la presenza di acqua all’interno del corpo franoso e rilevare la profondità del substrato (Argille di Lugagnano).
La stratigrafia del sottosuolo al di sotto del piano stradale è così definita:
- 0,00 – 3,40 m: terreno di riporto
- 4,00 – 7,00 m: limi argillosi e argille da bruno giallastre a grigie;
- 7,00 a 15,00 m: marna argillosa compatta.
La prove S.P.T. effettuate nei fori di sondaggi hanno restituito valori di 40 colpi/piede in corrispondenza al substrato limoso argilloso/marnoso compatto (Argille di Lugagnano).
La superficie di scivolamento della frana è stata individuata a mezzo di prove S.C.P.T. eseguite lungo il versante: esse hanno restituito valori di 5-7 colpi/piede a monte della strada e di 5 -8 colpi/piede a 5 m a valle della strada.
Sezione geologica della frana
Prove di laboratorio geotecnico
Le analisi di laboratorio geotecnico effettuate su campioni indisturbati, hanno fornito i parametri geotecnici di resistenza al taglio di picco e residui necessari a ricostruire la storia tensionale del pendio a supporto non solo del calcolo delle verifiche di stabilità del pendio, ma anche per la progettazione ingegneristica delle opere di consolidamento e la messa in sicurezza della strada provinciale.
a) prove di identificazione e classificazione
Le curve granulometriche ottenute mostrano un andamento simile per tutti i campioni analizzati: il fuso granulometrico è quindi contenuto in un range molto ristretto.
La frazione passante al setaccio ASTM n. 200 (<0.075 mm) è circa 90% (60% silt e 30% argilla).
Campo di variabilità granulometrica dei terreni.
Le caratteristiche di plasticità dei terreni, in accordo alla carta di Plasticità di Casagrande corrispondono a Limite Liquido (LL) compreso tra 42 – 53% e Indice di Plasticità (IP) compreso tra 11 – 16%. I terreni corrispondono quindi a “Argille limose di bassa plasticità”.
Caratteristiche di plasticità dei terreni.
Il Coefficiente di Attività (C.A.) mostra sempre valori inferiori a 0.75, con un valore medio di 0.45: in accordo alla classificazione di Skempton (1953) le argille analizzate nono “inattive”.
Classificazione di campioni argillosi secondo la Carta di Skempton.
Il contenuto naturale di acqua (umidità) (w) trovato in tutti I campioni è sempre inferiore al Limite Plastico (LP): valore medio w = 22%. LP = 30%.Valore medio di peso di volume naturale dei campioni è pari a 2.0 t/m3.
b) prova di taglio anulare
I parametri di resistenza al taglio di picco e residui del terreno sono stati determinati con un apparecchio torsionale anulare in cui l’area del provino rimane costante per tutto il tempo di esecuzione della prova.
Nella cella di taglio ognuno dei quattro provini analizzati per ciascun campione è stato immerso in acqua per 16 ore per simulare le condizioni più critiche in sito e raggiungere il rammollimento (clay softening). Dopo il consolidamento (sempre di 16 ore) ciascun provino è stato tagliato con una velocità molto lenta, in modo da permettere il drenaggio e non fare insorgere pressioni interstiziali. Ottenuta la resistenza di picco, la velocità di taglio è stata aumentata 20 volte per procedere alla determinazione della resistenza residua. Dopo circa 260 gradi di rotazione si è ottenuta la stabilizzazione dei valori dello sforzo di taglio in funzione dello spostamento mantenuto sempre nello stesso verso del movimento torsionale. I valori ottenuti sono di seguito sotto elencati.
I valori di resistenza al taglio di picco, espressi in termini di sforzi efficaci, della coesione (c’p) e angolo di resistenza al taglio (j’p) sono pari rispettivamente a 0.1 kg/cm2 and 21°. I corrispondenti valori di resistenza al taglio residui, (c’r) e (j’r), sono pari rispettivamente a 0.0 kg/cm2 e 12°.
Curve sforzo di taglio (t) – deformazione (e) dei campioni. tp è lo sforzo di taglio di picco, tr è lo sforzo di taglio residuo e s’ è lo sforzo efficace normale.
Diagramma sforzo di taglio – sforzo efficace normale. I punti di rottura dei provini sono indicati con punti e croci.
c) prova triassiale UU
La prova triassiale UU è stata effettuata per simulare le condizioni di stress trasmette ai terreni a seguito all’applicazione di sforzi di taglio rapidi, che impediscano la dissipazione delle sovrapressioni interstiziali, come quello legato al passaggio di mezzi pesanti sulla strada. I test effettuati su campioni con 20% di umidità hanno restituito valori di resistenza al taglio di picco in condizioni non drenate pari a cu uguale a 1.40 kg/cm2 e ju pari a 0.0°.
Diagramma agli sforzi totali. Punti di rottura per 3 provini sottoposti a prova triassiale: i dati sono plottati come cerchi di Mohr (UU test).
DISCUSSIONE
Le condizioni di equilibrio limite che hanno innescano il movimento franoso sono connesse ai parametri di resistenza al taglio, espressi in termini di sforzi efficaci, e alla presenza di acqua che favorisce il rammollimento delle argille (clay softening). L’infiltrazione di acqua ha causato la riduzione dei parametri di resistenza al taglio (stato di clay softening), aumento del peso di volume del terreno e incremento delle pressioni neutre.
SOLUZIONE PROGETTUALE
La progettazione ingegneristica realizzata dai tecnici dell’Ufficio Lavori Pubblici della Provincia di Asti, ha consentito la messa in sicurezza globale del versante.
Le opere di consolidamento e di sostegno alla viabilità sono state progettate prendendo in considerazione i valori di resistenza residua del pendio. Gli interventi prevedono la realizzazione di un solettone in C.A. fondato su pali di fondazione dal diametro di 600 mm e lunghi 9 metri con associate opere di drenaggio delle acque provenienti da monte.
Progetto di consolidamento del versante (ripreso e semplificato dal progetto esecutivo dei tecnici della Provincia di Asti).