Analisi per la valutazione del rischio da frana nell'area di Craco (Matera)

Capitolo IV – Analisi geotecnica

    4.1. Introduzione
    4.2. Caratteristiche delle coperture
        4.2.1. Caratteristiche litotecniche delle coperture
    4.3. Caratteristiche del substrato

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4.1. Introduzione

I depositi vengono distinti in terreni di substrato e terreni di copertura, in considerazione ai diversi parametri meccanici che li caratterizzano. I terreni di copertura infatti, sono coltri alterate e fortemente rimaneggiate, con valori di resistenza prossimi ai valori residui del substrato.

Per quanto riguarda le coltri superficiali, alcuni parametri sono stati calcolati sia mediante prove speditive in sito, sia tramite analisi di laboratorio, integrate da riferimenti presenti in letteratura relativi alle stesse formazioni. Analogamente, i parametri fisici e meccanici riguardanti il substrato, sono stati ricavati prevalentemente dalla letteratura scientifica e dai dati relativi alle analisi di laboratorio ed alle prove in sito provenienti da alcune campagne di indagine condotte nell’area.

Di seguito verranno brevemente descritte le caratteristiche litologiche delle coltri superficiali.

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4.2. Caratteristiche delle coperture

Per quanto riguarda la natura e gli spessori delle coperture, ossia gli strati superficiali di terreno, ci si avvale  delle informazioni ricavate tramite le indagini dirette ed indirette (sondaggi e prospezioni geosismiche).

Fig.4.1: particolare della coltre detritica argilloso-sabbiosa

Nell'area dell'antico centro storico, dove il substrato è composto dal membro argilloso-sabbioso della formazione del conglomerato di Craco, grazie ai sondaggi reperiti, è stato possibile constatare la presenza di coltri detritiche, derivanti dal disfacimento della formazione conglomeratica, e di terreni di riporto (vedi carta delle coperture Tav. 6, in allegato). Gli spessori variano da poche decine di cm, nella parte alta dell’abitato, fino a raggiungere profondità di 4-6 m. in prossimità della strada statale. Lungo il versante nord, al di sotto delle rupi di conglomerato,  si evidenzia una zona di solo detrito di falda a copertura del substrato sottostante, imputabile ad assenza di attività antropica, su tale versante.

Ad ovest del centro storico, nell'area che si estende dalle scuole fino al nuovo rione ancora abitato, i sondaggi indicano coperture della stessa natura delle formazioni sabbioso-limose sottostanti; si evidenziano coltri rimaneggiate ed allentate, terreni di riporto o terreni vegetali di spessore contenuto, fino alla profondità massima di circa 2-3 m nelle zone più a valle. Le prospezioni geosismiche a rifrazione individuano una variazione delle caratteristiche elastiche intorno ai 7 m di profondità, segnando il passaggio tra gli strati superficiali allentati ed il substrato sabbioso-conglomeratico profondo. Stessa natura e spessori delle coperture sono attribuibili alla zona est del rilievo, nell'area in cui sorge il convento; anche qui il substrato è di natura sabbioso-argillosa-conglomeratica, e le indagini effettuate (geosismica a rifrazione e prove SPT) riscontrano coltri di basse caratteristiche meccaniche per spessori massimi di 7-10 m. Nell’area circostante il convento si rilevano, in affioramento, terreni a prevalente composizione ghiaiosa, in debole matrice sabbiosa.

Fig.4.2: particolare delle Argille Varicolori

Scendendo verso il basso, sui versanti sono presenti coltri argillose altamente rimaneggiate. Nelle zone di contatto tra la formazione conglomeratico-sabbiosa e le sottostanti formazioni argillose, è ampiamente diffusa una coltre detritica argilloso-sabbiosa (Fig. 4.1) prodotta dai movimenti franosi, sia superficiali che profondi. Più diffusamente la coltre superficiale ha prevalente componente argillosa, all’interno della quale si rinvengono caoticamente frammenti di calcari marnosi o arenacei di qualche decina di cm di diametro; localmente affiorano aree più sabbiose o blocchi di arenarie di qualche metro quadrato. Queste coltri ricoprono il substrato di argille scagliose (Fig. 4.2) e probabilmente derivano dall'alterazione e dal rimaneggiamento di tali terreni, in conseguenza dei diffusi dissesti che vi si sviluppano. La frazione argillosa non mostra la struttura scagliosa tipica del substrato sottostante, fattore che avvalora l’ipotesi di un elevato rimaneggiamento.

Infine, all'interno delle aree in frana, sono presenti coltri detritiche trasportate dai movimenti di versante, con spessori variabili, valutabili da 1-2 m fino ad oltre la decina di metri per le colate di maggiori dimensioni.

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4.2.1. Caratteristiche litotecniche delle coperture

Fig. 4.3: ubicazione dei campioni distinti secondo la classificazione USCS (in rosso CH; in verde CL; in nero ML)

Per una classificazione fisico-meccanica dei terreni affioranti nel sito di indagine, sono stati raccolti 9 campioni di terreno, successivamente analizzati in laboratorio. Il campionamento è stato effettuato nello strato superficiale di terreno, a profondità variabili tra -0.5 e -2.5 m circa dal p.c., zona in cui il terreno risulta rimaneggiato e ricco di materiale organico; i dati ricavabili dall’analisi dei campioni hanno fornito indicazioni riguardo alla composizione granulometrica, ed ai parametri tecnici riferibili a condizioni di rimaneggiamento e/o disturbo per terreni superficiali alterati.

I campioni sono stati indicati con una numerazione crescente da C1 a C9. Nella seguente tabella vengono descritti brevemente la tipologia del sito e la formazione litologica di appartenenza mentre nella Fig. 4.3 viene presentata l'ubicazione cartografica dei siti di campionamento.

Tab 4.1

Caratteristiche fisiche

I primi dati ricavati, dalle analisi di laboratorio, sono relativi al contenuto naturale d'acqua ed al peso per unità di volume del terreno allo stato naturale e allo stato secco, ottenuti mediante pesatura di un volume noto di materiale prima e dopo l'essiccazione (Tab. 4.2).

Tab 4.2

Per quanto riguarda i primi due parametri presentati nella tabella, è opportuno evidenziare che i valori riscontrati si riferiscono alla stagione piovosa, con condizioni di terreno vicine alla saturazione. Tali valori sono ovviamente variabili nel corso di un intero ciclo stagionale, tuttavia, essendo le condizioni di terreno saturo le più sfavorevoli dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche dei depositi, i valori presentati possono ritenersi validi per un'analisi tecnica di tipo conservativo.

In base ai valori dei parametri sopra riportati sono stati calcolati gli indici di porosità, l'indice dei vuoti e il grado di saturazione, significativi per la descrizione dello stato del terreno e delle sue caratteristiche fisiche.

Tab 4.3

Nella tabella 4.3 vengono presentati i valori ricavati per questi parametri.

Gli alti valori ricavati per la porosità e per l'indice dei vuoti, sono probabilmente indicativi di un elevato stato di rimaneggiamento  delle coltri  a cui i campioni si riferiscono.

 Caratteristiche granulometriche

Successivamente, data la natura dei terreni campionati, caratterizzati prevalentemente da sedimenti a grana fine e finissima, sono state effettuate prove per la valutazione dei limiti di Atterberg; in particolare sono stati calcolati il limite liquido ed il limite plastico su tutti i campioni, con riferimento alle procedure ed alla strumentazione standardizzate nelle norme AASHTO, ASTM e CNR-UNI. Il limite di ritiro non è stato calcolato in quanto l'esecuzione della prova prevede condizioni indisturbate del campione.

I valori ottenuti sui terreni campionati vengono riportati in Tab. 4.4.

Tab 4.4

Dai valori dei limiti liquido e plastico è possibile ottenere il valore dell'Indice di plasticità, definito come segue: I_P=w_L-w_P.

Il valore di I_P indica il campo di variazione del contenuto d'acqua all'interno del quale il terreno ha un comportamento plastico, può cioè essere deformato o rimaneggiato senza variazione di volume e senza fessurarsi. La consistenza del terreno è invece espressa attraverso l'Indice di consistenza, definito come:  I_c=(w_L-w_n)/I_P che mette in relazione il contenuto naturale d'acqua con il limite liquido e l'indice plastico. I risultati ottenuti in laboratorio sono esposti di seguito, associati ad indicazioni riguardanti il grado di plasticità e la consistenza dei terreni campionati.

Tab 4.5

Come è possibile osservare i valori di Ip evidenziano una generale plasticità di tutti i terreni investigati, con valori più elevati per i campioni C2 e C5; il campione C6 presenta invece una plasticità bassa dovuta alla abbondante componente limoso-sabbiosa.

Per quanto riguarda la consistenza, tutti i campioni si trovano in uno stato solido- plastico, in accordo con i valori del contenuto naturale d'acqua che si presentano in tutti i casi analizzati, prossimi al limite plastico.

Per quanto riguarda la descrizione granulometrica dei terreni campionati, è stata ricavata la curva granulometrica mediante setacciatura su tre provini (Fig.4.4 ).

Fig. 4.4 Fusi granulometrica dei campioni C1, C2 e C5

Classificazione dei terreni

Con riferimento alle norme USCS, sviluppate da Casagrande, e riportate in Italia nelle raccomandazioni AGI, i terreni campionati sono stati classificati in base alla granulometria ed ai valori dei parametri w_L ed Ip. Effettuata questa distinzione iniziale, la classificazione dei terreni a grana fine viene effettuata in base alle caratteristiche di plasticità, utilizzando la Carta di plasticità di Casagrande (Tab. 4.6 e fig.4.3). I campioni sono quindi stati classificati come evidenziato nella tabella 4.6 e Fig.4.5 dove le simbologie indicano:

-    CL: argille inorganiche di media plasticità; argille sabbiose o limose; argille magre;

-    CH: argille inorganiche di elevata plasticità; argille grasse;

-    ML: limi inorganici; sabbie molto fine; sabbie fini limose o argillose; limi argillosi di bassa plasticità.

Tab 4.6

I provini C2 e C5 sono quindi classificati come argille di elevata plasticità, mentre il provino C6, caratterizzato da una abbondante frazione sabbiosa, ricade nella classe dei limi e sabbie fini di bassa plasticità. Tutti gli altri campioni sono classificati con la sigla CL, rappresentativa di argille di media plasticità; va tuttavia osservato che i valori del limite liquido si mantengono tutti al di sopra del 40%, ricadendo dunque prossimi al limite superiore della classe.I valori dei parametri di plasticità ricavati dalle analisi di laboratorio, si presentano in accordo con i valori caratteristici delle formazioni, riportati in numerosi studi in letteratura.

Fig. 4.5

Per quanto riguarda le Argille Scagliose, i valori reperiti in letteratura relativi a terreni appartenenti allo stesso complesso, variano tra il 40 ed il 75% ( con picchi che in alcuni casi superano il 100%) per il limite liquido, e tra il 18 ed il 40% per l'indice di plasticità (Iapelli, Valore; Bozzano et al.1993; Fenelli et al.). I valori caratteristici dei depositi argillosi pliocenici risultano invece compresi tra il 35 ed il 60% per il limite liquido e tra il 10 ed il 40% per l'indice di plasticità (Bozzano et al., 1993; Bozzano et al., 1992; Genevois et al., 1984;).

Caratteristiche meccaniche delle coperture

I parametri di resistenza delle coltri superficiali, che verranno di seguito descritti, si riferiscono sia a dati rilevati in campagna per mezzo di prove speditive, sia ai dati misurati durante alcune campagne di indagine commissionate dalla Soprintendenza ai Beni Culturali e dal Comune di Craco. Le prove dirette effettuate, hanno indagato principalmente i terreni pliocenici affioranti sulla sommità del versante; per le caratteristiche meccaniche del Complesso Sicilide si fa riferimento ai dati reperiti in letteratura per le medesime formazioni. 

-          Parametri ricavati per mezzo di prove speditive

Durante le indagini eseguite in campagna sono state effettuate prove speditive per mezzo di scissometro tascabile (Vane pocket); il parametro meccanico che si ricava con tale strumento è la resistenza al taglio non drenata Cu, che risulta proporzionale al momento torcente necessario a produrre la rottura del terreno e quindi la rotazione della testa dello strumento, il valore di resistenza viene letto direttamente sulla scala dello strumento.

I valori così ricavati si ritengono soltanto indicativi delle caratteristiche di resistenza non drenate dei terreni, in quanto i risultati possono variare in relazione alle modalità esecutive ed alla sensibilità dell'operatore.

Nella tabella 4.7 vengono riportati i campi di variazione del valore di resistenza Cu ed i relativi valori residui, con la descrizione del tipo di terreno indagato.

Tab 4.7

Nell'ultima colonna della tabella viene riportata il periodo stagionale, con particolare riferimento alle condizioni meteo-climatiche registrate; la prima campagna di indagini è infatti stata eseguita prima dell'inizio delle precipitazioni autunnali, mentre la seconda è stata condotta, durante la stagione invernale, dopo un periodo caratterizzato da notevoli precipitazioni. Nei due periodi sono evidentemente diverse le condizioni di saturazione dei terreni, che influiscono notevolmente sulle loro caratteristiche meccaniche come si osserva dalla diminuzione dei valori di resistenza nelle due serie.Vengono inoltre riportati nella tabella 4.8, le classi di resistenza a compressione uniassiale, ricavate in modo empirico attraverso le raccomandazioni ISRM.

Tab 4.8. Prove di indice manuale (Raccomandazioni ISRM)

-          Parametri ricavati da letteratura

Numerosi lavori tecnici effettuati nell’area riportano dati riguardanti le caratteristiche meccaniche dei depositi argilloso-sabbiosi del complesso conglomeratico; le coltri superficiali, come detto in precedenza, hanno spessori variabili, con profondità massime dal piano campagna comprese tra 7 e 10 m. Due diverse campagne di indagini di sismica a rifrazione, condotte nei pressi del convento e delle scuole, attribuiscono a questo strato i seguenti valori di velocità delle onde:

Vp = 700- 1000 m/s

Ed attribuiscono, per mezzo di indagini dirette di tipo SPT, dei valori di resistenza pari a:

f’ = 30-35°

C’ = 0.

Per i valori di resistenza delle coltri argillose di copertura delle Argille Varicolori, Del Prete (Del Prete e Petley, 1982) assume i seguenti valori, riferibili alle condizioni residuali di resistenza:

f’ = 10°

C’ = 0

In uno studio condotto da Bertini et al. (1986) sulle Argille Varicolori cretaciche nella zona del fiume Trigno (Molise), i risultati sui valori residui di resistenza sono simili ai precedenti:

f’ = 10°

C’ = 0-10 kPa.

Numerosi altri studi (Capelli,Valore,,,Bozzano et al., 1993; Cotecchia,) condotti sulle stesse formazioni individuano valori di angolo di attrito residuo compresi tra 8 e 12°.

In uno studio condotto da Fenelli (Fenelli et al.,) sulle Argille Varicolori Sicilidi dell’Irpinia, vengono distinti i terreni di substrato dalle coperture rimaneggiate, ed i valori di resistenza di questi ultimi depositi risultano:

f’ = 13-20°

C’ = 15-23 kPa

La tabella 4.9 riassume tutti i dati relativi alle coperture.

Tab 4.9

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4.3. Caratteristiche del substrato

Verranno riportati i campi di valori caratteristici delle formazioni, iniziando da quelle poste più in alto sulla dorsale.

Per quanto riguarda la formazione sabbioso-conglomeratica, i dati disponibili sono relativi alle prove SPT effettuate nell’area del convento di S. Pietro; per tali depositi il substrato più competente si rinviene attorno ai 7 m dal piano campagna e presenta le seguenti caratteristiche:

f’ = 37°

C’ = 0.

Inoltre, le indagini geosismiche rilevano per questo orizzonte, un campo di variazione della velocità delle onde pari a:

Vp = 1800-2200 m/s.

Al di sotto del membro conglomeratico si trova il substrato delle Argille varicolori; questi, come evidenziato in precedenza, sono terreni con struttura a scaglie, altamente caotici per la presenza di frammenti o inclusi di diverse formazioni, anche di tipo lapideo.

Facendo una sintesi dei risultati ottenuti da diversi autori (Cotecchia; Japelli, Valore ; Bertini et al.,), riguardo alle caratteristiche meccaniche di questi terreni, si riportano i seguenti campi di valori:

f’ = 19-22°

C’ = 0-10 kPa.

Infine vengono riportati i valori caratteristici dei depositi argillosi pliocenici, relativi a prove di laboratorio effettuate dall’ ANAS di Potenza su campioni prelevati in località f.sso Facciomma, nei pressi di Craco. I risultati delle prove triassiali effettuate sono i seguenti:

f’ = 20-35°

C’ = 7-35 kPa.

Numerosi lavori scientifici effettuati nell’area bradanica (Genevois et al., 1984; Bozzano et al.,), riportano valori dell’angolo di attrito compresi tra:

f’ = 26-32°

C' = 7 kPa.

La tabella 4.10 riassume tutti i dati relativi ai substrati.

Tab 4.10

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