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ijege-12_02-bozzano-et-alii.pdf

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47
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2012-02.O-04
F
rancesca
BOZZANO
(*),(**)
, a
lberto
BRETSCHNEIDER
(*),(****)
, a
nna
c
hiara
GIACOMI
(*)
, l
uca
LENTI
(***)
,
s
alvatore
MARTINO
(*),(**)
, G
abriele
SCARASCIA MUGNOZZA
(*),(**)
, l
uiGi
STEDILE
(**)
& J
ean
-l
ouis
TACITA
(***)
(*)
Sapienza Università di Roma - Dipartimento di Scienze della Terra - Rome, Italy
(**)
Sapienza Università di Roma - Centro di Ricerca CERI “Previsione, Prevenzione e Controllo dei Rischi Geologici” - Valmontone, Italy
(***)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR-Paris)
14-20 Boulevard Newton Cité Descartes, Champs sur Marne F-77447, Marne la Vallée Cedex 2, France
(****)
Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR-Nantes)
Route de Bouaye CS4 44344, Bouguenais Cedex, France
COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI
NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
UNDRAINED BEHAVIOUR OF THE SANDY-SILTY LEVELS OF
THE TIBER RIVER ALLUVIAL DEPOSITS IN ROME (ITALY)
RIASSUNTO
Il presente studio riporta i risultati di una caratterizzazione fisico-
meccanica di laboratorio in condizion non drenate delle sabbie fa-
centi parte dei depositi alluvionali recenti del Fiume Tevere, in cor-
rispondenza del centro storico di Roma (livello D Auct.). Tale studio
è propedeutico ad un’analisi dei possibili effetti di deformazione si-
smoindotta permanente e/o di liquefacibilità a seguito dei più severi
scenari di scuotimento sismico attesi. Le prove sono state eseguite
su un misto granulare ricostituito in laboratorio, considerato rappre-
sentativo dei depositi in oggetto. Questa scelta è stata motivata da un
lato dalla difficoltà di campionamento mediante tecniche standard di
sondaggio garantendo un basso grado di disturbo e dall’altro dalla
necessità di disporre di circa 50 kg di materiale per l’esecuzione di
tutte le prove di laboratorio. In particolare, sono state effettuate prove
meccaniche in condizioni statiche non drenate presso il laboratorio
di Geologia Applicata del Dipartimento di Scienze della Terra-CERI
della Sapienza Università di Roma e prove dinamiche alla colonna
risonante presso il Laboratoire de Méchanique des Sols - Départment
Géotechnique, Eau et Risque (IFSTTAR-Paris). La rappresentativi-
tà del misto granulare è stata valutata in base: i) alla composizione
mineralogica ed ai valori di peso per unità di volume del solido (γ
s
),
ii) alla comparazione granulometrica con una curva di riferimento
(target) riferita ai depositi in sito, iii) alla classificazione Unified Soil
Classification System (USCS). L’optimum Proctor del misto granu-
lare è stato ottenuto ad una saturazione pari al 90%, con un contenu-
to d’acqua (w) del 17.6%, cui corrisponde un addensamento (γ
d
) di
16.70 kN/m
3
. La resistenza non drenata, determinata mediante prove
triassiali non consolidate non drenate (TxUUI), è risultata compresa
tra 20 e 60 kPa per valori di indice dei vuoti (e) variabili tra 0.7 e 0.5
mentre i valori dell’indice dei vuoti critico (e
cr
) sono risultati compre-
si tra 0.55 e 0.65 e corrispondono solo in parte ai valori dell’indice
dei vuoti ottenibili per i depositi in sito (0.6<e
0
<0.8). Dalle prove di
colonna risonante è stata ottenuta una soglia lineare di deformazione
al taglio (γ
l
) pari a 0.00005 ed una soglia volumica di deformazione
al taglio (γ
v
) pari a 0.0003. Le curve di decadimento ottenute risultano
di buona attendibilità se comparate con curve di letteratura riferite a
materiali di analogo addensamento e composizione granulometrica.
ABSTRACT
This paper reports the findings from a laboratory study aimed
at the physical and mechanical characterisation under undrained
conditions of sands belonging to recent Tiber river alluvia (level
D Auct.) located in historical centre of Rome. The study was con-
ducted in preparation for subsequent analysis of possible seismi-
cally-induced permanent deformation and/or liquefaction under
the worst expected seismic shaking scenarios. Tests were carried
out on a laboratory-reconstituted granular mix, which was consid-
ered to be representative of the above deposits. This choice was
justified by: i) the difficulty of collecting fairly undisturbed sam-
ples with standard boring techniques, and ii) the need for gathering
about 50 kg of material for all the planned tests. The tests consist-
ed of: undrained static mechanical tests and dynamic resonant-
column tests. They were conducted at the Laboratorio di Geologia
Applicata - Dipartimento di Scienze della Terra-CERI, Sapienza
University of Rome - and at the Laboratoire de Méchanique des
Sols - Départment Géotechnique, Eau et Risque (IFSTTAR-Paris)
respectively. The representativeness of the granular mix was as-
sessed on the basis of the: i) mineralogical composition and the
weight per unit of volume of the solid (γ
s
), ii) comparison of its
grain size with a target curve of the in-situ deposits, and iii) Uni-
fied Soil Classification System (USCS). The Proctor optimum of
the granular mix was attained at a saturation of 90%, with a water
content (w) of 17.6%, corresponding to a density (γ
d
) of 16.70 kN/
m
3
. Undrained strength - determined via unconsolidated undrained
triaxal tests (TxUUI) - was in the range of 20 to 60 kPa for void
ratio (e) values of 0.7 to 0.5, whereas the critical void ratio (e
cr
)
values were comprised between 0.55 and 0.65, corresponding only
in part to the ones obtainable for the in-situ deposits (0.6<e
0
<0.8).
Resonant-column tests yielded a linear shear deformation thresh-
old (γ
l
) of 0.00005 and a volume shear deformation threshold (γ
v
)
of 0.0003. The resulting decay curves were fairly reliable in com-
parison with the ones available in the literature for materials of
similar density and grain size.
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COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
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F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
K
ey
words
: sandy-silty alluvia, unconsolidated undrained triaxial tests, reso-
nant-column tests, dynamic properties, Rome
INTRODUCTION
Historical centre of Rome rests in part on the alluvial plain, filled
by sediments from the Tiber river, and in part on hills, where deposits
from the Colli Albani and Colli Sabatini volcanic districts are ex-
posed (F
uniciello
& G
iordano
, 2008; b
ozzano
et alii, 2000, r
aspa
et alii, 2008).
The L’Aquila seismic sequence of 2009 (c
aserta
et alii, 2009)
caused some damage to historical centre of Rome, especially in the
area of the alluvial deposits (b
ozzano
et alii, 2011). However, much
more extensive records from the last millennium point to strong
earthquake-induced damage in the alluvial plain of the Tiber and of
its tributaries (a
mbrosini
et alii, 1986; F
uniciello
& r
ovelli
, 1998;
d
onati
et alii, 1999). This is why, in the past two decades, some dedi-
cated studies (s
alvi
et alii, 1991; r
ovelli
et alii, 1995; b
ozzano
et
alii, 2008; c
aserta
et alii, 2012) placed emphasis on the amplifica-
tion effects of the Tiber alluvial deposits in Rome’s historical centre.
Recently, some studies were focused on the possible non-linearity
effects associated with the worst seismic actions in Rome’s urban area
(b
onilla
et alii, 2010). These studies highlighted the compositional
heterogeneity of the Tiber alluvial fill and, namely, the stratigraphic
juxtaposition of more deformable clayey-silty deposits and of stiffer
sandy and sandy-silty deposits (b
ozzano
et alii, 2012).
The recent seismic sequence of Emilia, starting with the main
shock of 20 May 2012 (M
w
5.9), stressed, once again, the impor-
tance of liquefaction effects in recent alluvial deposits located in ur-
ban areas (r
omeo
, 2012 in this volume). In Italy, these effects were
observed upon strong earthquakes, such as the ones of: Calabria in
1783, Molise in 1805, Calabria in 1905, Reggio Calabria and Messina
in 1908, Avezzano in 1915, as reported in the new version of the na-
tional catalogue of deformation effects induced by strong earthquakes
(CEDIT – F
ortunato
et alii, 2012 in this volume). The CEDIT cata-
logue indicates that liquefaction accounts for roughly 15% of total
seismically-induced effects recorded in Italy in the last millennium
(m
artino
et alii, 2012).
In this regard, CERI has been cooperating with IFSTTAR of Par-
is-Nantes for about two years within the framework of the following
project: “Experimental and Numerical Investigations of Non-linearity
in soils using Advanced Laboratory-Scaled models (ENINALS)” -
Seismic Engineering Research Infrastructures for European Syner-
gies (SERIES) - European Commission, 7
th
Framework Programme
(FP7). The project is intended to investigate the effects of permanent
deformation induced on stratified soil columns, with special regard
to alternating loose sands and weakly consolidated clays. Current ex-
perimental work includes the preparation of samples for dynamic tests
with the geotechnical centrifuge of the Nantes-IFSTTAR laboratory.
In view of future numerical comparisons of analogical modelling
results with non-linearity effects in the site under review, tests were
T
ermini
chiave
: alluvioni sabbioso-limose, prove triassiali non consolidate
non drenate, prove in colonna risonante, proprietà dinamiche, Roma
INTRODUZIONE
Il centro storico della città di Roma è in parte edificato nel settore
di piana alluvionale colmata dai depositi del Fiume Tevere e per la
restante parte su rilievi collinari in cui affiorano i depositi dei vicini
distretti vulcanici dei Colli Albani e Sabatini (F
uniciello
& G
iorda
-
no
, 2008; b
ozzano
et alii, 2000, r
aspa
et alii, 2008).
Roma è stata di recente interessata dal risentimento della sequenza
sismica aquilana del 2009 (c
aserta
et alii, 2009) registrando alcuni
danni, la cui maggiore concentrazione è stata in corrispondenza dei de-
positi alluvionali (b
ozzano
et alii, 2011). Ben più ampia è, tuttavia, la
documentazione di forti risentimenti e di danni registrati nell’ultimo
millennio nel centro storico di Roma in corrispondenza della piana al-
luvionale del Tevere e dei suoi affluenti (a
mbrosini
et alii, 1986; F
uni
-
ciello
& r
ovelli
, 1998; d
onati
et alii, 1999). Per questo, nell’ultimo
ventennio, le caratteristiche amplificative dei depositi alluvionali del
Fiume Tevere nell’area del centro storico di Roma sono stati posti in
evidenza in alcuni studi dedicati (s
alvi
et alii, 1991; r
ovelli
et alii,
1995; b
ozzano
et alii, 2008; c
aserta
et alii, 2012).
Recentemente alcuni studi sono stati focalizzati sull’analisi dei
possibili effetti di non linearità connessi alle più severe azioni si-
smiche nell’area urbana di Roma (b
onilla
et alii, 2010). Tali studi
hanno posto in luce l’importanza dell’eterogeneità composizionale
del corpo alluvionale tiberino e, in particolare, della giustapposizione
stratigrafica tra depositi argilloso-limosi a maggiore deformabilità e
depositi sabbiosi e sabbioso-limosi più rigidi (b
ozzano
et alii, 2012).
La recente sequenza sismica che ha interessato l’Emilia, a partire
dal mainshock del 20 maggio 2012 (Mw 5.9), ha nuovamente rimarca-
to la rilevanza di effetti di liquefazione che possono interessare depositi
alluvionali recenti in aree urbane (r
omeo
, 2012 in questo volume); tale
eventualità, del resto, è già ricorsa in passato in Italia a seguito di forti
sismi, quali il Terremoto delle Calabrie del 1783, il terremoto del Mo-
lise del 1805, il terremoto in Calabria del 1905, il terremoto di Reggio
e Messina del 1908, il terremoto di Avezzano del 1915, come censito
nella nuova versione del Catalogo nazionale degli Effetti Deformativi
indotti da forti Terremoti (CEDIT – F
ortunato
et alii, 2012 in questo
volume). In base al catalogo CEDIT, la liquefazione rappresenta il 15%
circa del totale degli effetti sismoindotti che sono stati censiti nel terri-
torio nazionale nel corso dell’ultimo millennio (m
artino
et alii, 2012).
In tale ambito, da circa un biennio il CERI collabora con l’IFST-
TAR di Parigi-Nantes nell’ambito del progetto Seismic Engineering
Research Infrastructures for European Synergies (SERIES) dal titolo:
“Experimental and Numerical Investigations of Nonlinearity in soils
using Advanced Laboratory-Scaled models (ENINALS)”, facente
parte del “European Commission, 7
th
Framework Programme (FP7)”.
Il progetto ha come finalità lo studio degli effetti di deformazione
permanente indotti su colonne di terreno stratificate con particolare
attenzione alle alternanze di sabbie sciolte e argille debolmente con-
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UNDRAINED BEHAVIOUR OF THE SANDY-SILTY LEVELS OF THE TIBER RIVER ALLUVIAL DEPOSITS IN ROME (ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
solidate. Le sperimentazioni in corso prevedono la preparazione di
campioni da sottoporre a prove dinamiche alla centrifuga geotecnica
del laboratorio IFSTTAR di Nantes.
Per una futura comparazione numerica dei risultati ottenuti dalle
modellazioni analogiche con gli effetti di non linearità riferibili al
sito di studio, è stata condotta una sperimentazione di laboratorio,
presso i laboratori di Geologia Applicata del Dipartimento di Scienze
della Terra-CERI della Sapienza Università di Roma, finalizzata alla
caratterizzazione fisico-meccanica, in condizioni statiche non drenate
e dinamiche presso i laboratori dell’IFSTTAR di Parigi, dei depositi
sabbiosi presenti nel sottosuolo urbano della città di Roma.
Data la scarsa affidabilità delle operazioni di campionamento di
tali depositi mediante sondaggi geognostici, dovutamente alla com-
pleta mancanza di coesione degli stessi ed alla loro posizione sotto
falda, e data la necessità di disporre di ingenti quantitativi di materiale
(circa 50 kg) per portare a compimento l’intero progetto di prove di
laboratorio, la caratterizzazione fisico-meccanica è stata effettuata su
di un misto granulare appositamente ricostituito in laboratorio (v
aid
& n
eGussey
, 1988; d
yvik
& h
øek
, 1999). Tale misto è stato rico-
stituito a partire da un materiale di cava di adeguata composizione
mineralogica e granulometrica, campionato in prossimità del sito di
Ponte Galeria, a circa 15 km di distanza dal centro storico di Roma.
DEPOSITI SABBIOSI NEL CORPO ALLUVIONALE
DEL FIUME TEVERE A ROMA
I depositi alluvionali recenti di riempimento della valle del Fiume
Tevere nel settore del centro storico di Roma (Fig. 1) mostrano una
notevole eterogeneità sia verticale che laterale, con geometrie dei de-
positi molto complesse. La complessità di tali rapporti stratigrafici e
delle relative caratteristiche geotecniche è stata trattata in letteratura da
diversi Autori (b
ellotti
et alii, 1994, 1995; m
illi
, 1997; b
ozzano
et
alii, 2000; r
aspa
et alii, 2008). In questo lavoro si è seguita la suddi-
visione in unità litotecniche proposta b
ozzano
et alii (2000 e 2008), in
accordo con c
orazza
et alii (1999) e G
iacomi
(2011). I sedimenti sono
raggruppati, dal basso verso l’alto, in 6 unità litotecniche, riconoscibili
sia in sezioni geologico-tecniche trasversali alla valle del Fiume Tevere
che in zonazioni geologico-tecniche su piani quotati ottenute a partire
dal piano campagna fino al substrato geologico (Figg. 2, 3):
Litotipo G: ghiaie in matrice sabbioso-ghiaiosa;
Litotipo D: alternanza di sabbie siltose, silt sabbioso, con livelli ar-
gillosi siltosi;
Litotipo C: argille e argille siltose grigie contenenti resti carboniosi e
torba che conferiscono un color bruno nero conteneti livelli sab-
biosi con ghiaia;
Litotipo B: sabbie e sabbie siltose, a sua volta suddivisibile in 2
sottogruppi:
B1: sabbia fine con frammenti di vegetali;
B2: alternanza di sabbie e argille limose.
Litotipo A: depositi limosi-sabbiosi, con frammenti di mattoni e allu-
vioni storiche, suddivisibile in 2 sottogruppi:
conducted at the laboratories of Geologia Applicata - Dipartimento
di Scienze della Terra-CERI, Sapienza University of Rome - and at
the Paris-IFSTTAR laboratory. The aim of the tests was the physico-
mechanical characterisation of the sandy deposits of Rome’s urban
subsoil under undrained static and dynamic conditions.
For the above characterisation, use was made of a special labo-
ratory-reconstituted granular mix (v
aid
& n
eGussey
, 1988; d
yvik
&
h
øek
, 1999). This choice was justified by: i) the poor reliability of
samples collected from the deposits via geognostic boreholes, owing
to their lack of cohesion and to their position below the water table,
and ii) the need for obtaining large amounts of material (about 50 kg)
to complete the planned set of laboratory tests. The mix was reconsti-
tuted from a quarry material of adequate mineralogical composition
and grain size, taken near the Ponte Galeria site, about 15 km away
from Rome’s historical centre.
SANDY DEPOSITS OF THE TIBER RIVER ALLUVIA
IN ROME
The recent alluvial deposits filling the Tiber valley, in Rome’s
historical centre (Fig. 1), are extremely heterogeneous, both ver-
tically and laterally, and have very complex geometries. Various
Authors (b
ellotti
et alii, 1994, 1995; m
illi
, 1997; b
ozzano
et
alii, 2000; r
aspa
et alii, 2008) addressed the complexity of their
stratigraphic relations and geotechnical characteristics. In this
study, reference was made to the subdivision into lithotechnical
units proposed by b
ozzano
et alii (2000 e 2008), in agreement
with c
orazza
et alii (1999) and G
iacomi
(2011). The sediments
were grouped, from bottom to top, into 6 lithotechnical units.
These units may be identified both in engineering-geological sec-
tions transverse to the Tiber valley and in engineering-geological
zoning maps at different elevations, from ground level to the geo-
logical bedrock (Figs. 2, 3):
Lithotype G: gravels in a sandy-gravelly groundmass;
Lithotype D: alternating silty sands, sandy silt and silty clayey levels;
Lithotype C: grey clays and silty clays containing carbonaceous re-
mains and peat, imparting a brown-black colour and containing
sandy levels with clay;
Lithotype B: sands and silty sands, which may be broken down into
2 subgroups:
B1: fine sand with plant fragments;
B2: alternating sands and silty clays;
Lithotype A: silty-sandy deposits, with fragments of bricks and his-
torical alluvia, which may be broken down into 2 subgroups:
A1: sandy silt;
A2: clays and clayey silt with organic and pyroclastic material;
Lithotype R: man-made filling material with a large abundance of brick,
tile or ceramic fragments and tuff blocks in a sandy-silty matrix.
In the above classification, lithotypes R and A are historical al-
luvia, while the remaining ones represent the main alluvial fill.
The study was focused on level D, made up of silty sands and sandy
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COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
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F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
A1: limo sabbioso;
A2: argille e limo argilloso con materiale organico e piroclastico.
Litotipo R: riporti di natura antropica caratterizzato da una grande
abbondanza di frammenti di laterizio o ceramica e blocchi di tufo
in una matrice sabbioso-siltosa.
In tale schematizzazione i litotipi R ed A costituiscono le alluvioni
storiche, i rimanenti litotipi costituiscono il corpo alluvionale principale.
Questo studio analizza in particolare il livello D, costituito da sab-
bie limose e limi sabbiosi, con una componente fine ad alta plasticità
e bassi valori di attività mineralogica (IA=0.59). La composizione mi-
silts, fine-grained and highly plastic and with low mineralogical activ-
ity (IA=0.59). Their mineralogical composition has dominantly non-
clayey components, with calcite/quartz+feldspar ratios of 1 to 3 (b
oz
-
zano
et alii, 2000); organic matter is generally below 1%. This deposit
supposedly originates from a meandering stream with wide swamps.
As the deposit proved to have an extremely heterogeneous grain
size, it was divided into two subtypes, D1 and D2 (Fig. 4). In par-
ticular, based on borehole stratigraphies reported in previous pa-
pers (b
ozzano
et alii, 2000; 2008; G
iacomi
, 2011), code D1 was
assigned to deposits with a sandy-silty grain size, i.e. the Tiber sedi-
Fig. 1 - Immagine satellitare (Google Earth) del centro storico di Roma con la delimitazione delle alluvioni del Fiume Tevere e del settore in cui sono presenti i
depositi sabbioso-limosi ascrivibili al livello D1. Le lettere identificano le tracce delle sezioni di Fig. 2
- Satellite (Google Earth) image of Rome’s historical centre, highlighting the Tiber alluvia and the sandy-silty deposits of level D1. Letters identify the tracks
of the sections of Fig. 2
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UNDRAINED BEHAVIOUR OF THE SANDY-SILTY LEVELS OF THE TIBER RIVER ALLUVIAL DEPOSITS IN ROME (ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
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neralogica consiste principalmente in minerali non argillosi, con rap-
porti di calcite/quarzo+feldspato variabile tra 1 a 3 (b
ozzano
et alii,
2000); in generale, tuttavia, il contenuto organico è inferiore all’1%.
Tale deposito è attribuibile ad un corso d’acqua di tipo meandriforme
con vaste aree paludose.
Il deposito mostra una spiccata eterogeneità granulometrica, per
questo motivo in questo lavoro si propone la suddivisione in due
sottotipi, denominati D1 e D2 (Fig. 4). In particolare, a partire dalle
analisi delle stratigrafie di sondaggio già analizzate in lavori prece-
denti (b
ozzano
et alii, 2000; 2008; G
iacomi
, 2011) è stata assegnata
la denominazione D1 ai depositi granulometricamente classificabili
come sabbioso-limosi, che rappresentano la sedimentazione del Fiu-
Fig. 2 - Sezioni geologico-tecniche attraverso il corpo alluvionale del Fiume
Tevere presso il centro storicco di Roma (vedi Fig.1 per le tracce)
- Engineering-geological sections across the Tiber alluvial fill in the
Rome’s historical center (see Fig.1 for the tracks)
Fig. 3 - Zonazione delle unità litotecniche dei depositi alluvionali del Fiume
Tevere in corrispondenza del centro storico di Roma a diverse pro-
fondità dal piano campagna (modificata da b
ozzano
et alii, 2008)
- Zoning of lithotechnical units in the Tiber alluvia of Rome’s histo-
rical centre at different depths from ground level (modified from
B
ozzAno
et alii, 2008)
Fig. 4 - Diagramma triangolare che illustra la differenziazione granulome-
trica proposta in questo lavoro del litotipo D nei due sottogruppi D1
e D2. In rosso è riportata la composizione granulometrica del target
utilizzato quale riferimento per la ricostituzione del misto granulare
ed in giallo l’effettiva composizione ottenuta per il misto granulare
- Triangular diagram showing the observed grain size difference of
lithotype D in the two subgroups D1 and D2. Red colour: grain size
composition of the target curve used as a benchmark for reconstitu-
ting the granular mix; yellow colour: actual composition obtained
for the granular mix
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COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
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F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
me Tevere (Figg. 1, 3), e la denominazione D2 ai depositi di granu-
lometria prevalentemente limoso-argillosa, ascrivibili agli affluenti
del corso d’acqua principale.
CAMPIONAMENTO E RICOSTITUZIONE DEL MI-
STO GRANULARE RAPPRESENTATIVO
Al fine di analizzare il comportamento meccanico del litotipo
D1 in condizioni non drenate, e date le problematiche relative ad un
suo campionamento a basso grado di disturbo mediante tecniche di
sondaggio geognostico, si è optato per la ricostituzione di un misto
granulare equivalente. A partire da 8 curve granulometriche relative a
campioni di qualità Q2 prelevati nel livello D1 disponibili da rapporti
tecnici di indagini geognostiche pregresse, è stata definita una curva
granulometrica di riferimento (target) per la ricostruzione del misto
granulare. La curva di target è stata costruita considerando 16 valori
di diametro equivalente delle particelle e calcolando la media aritme-
tica dei passanti delle 8 curve dei campioni originali (Fig. 5).
Il materiale per la ricostituzione del misto granulare è stato cam-
pionato presso la General Cave s.r.l. (Fig. 6), ed è ascrivibile all’Unità
di Ponte Galeria (c
onato
et alii, 1980; b
ellotti
et alii, 1994; m
arra
& r
osa
, 1995; m
illi
, 1997; m
arra
et alii, 1998). Questa unità inclu-
de i depositi alluvionali pleistocenici del paleo-Tevere, sedimenti que-
sti che, in linea generale, presentano analogie con quelli analizzati in
questo lavoro sia relative all’ambiente di deposizione sia all’area di
alimentazione del corso d’acqua responsabile della loro deposizione.
Tali analogie supportano l’ipotesi di una similitudine composizionale
ments (Figs. 1, 3), and code D2 was attributed to deposits with a
prevailingly silty-clayey grain size, deriving from the tributaries of
the main stream.
SAMPLING AND RECONSTITUTION OF THE REP-
RESENTATIVE GRANULAR MIX
To analyse the undrained mechanical behaviour of lithotype D1,
use was made of granular mix; this choice was made owing to the
difficulty of obtaining fairly undisturbed samples through geognos-
tic boreholes. A benchmark grain size curve (target curve) for recon-
struction of the granular mix was obtained from 8 grain size curves of
samples (quality Q2) collected from level D1. The latter curves were
taken from technical reports of prior geognostic studies. The target
curve was built by considering 16 values of equivalent diameter of
the particles and by calculating the arithmetic average of the grain
size classes of the 8 curves of the original samples (Fig. 5).
The material for reconstituting the granular mix was taken from
the site of General Cave s.r.l. (Fig. 6). It may be ascribed to the Unità
di Ponte Galeria unit (c
onato
et alii, 1980; b
ellotti
et alii, 1994;
m
arra
& r
osa
, 1995; m
illi
, 1997; m
arra
et alii, 1998). This unit
accommodates the Pleistocene sediments of the palaeo-Tiber, which
are similar to those analysed in this study in terms of both depositional
environment and recharge area of the stream inducing their deposition.
These similarities validate the assumption that the composition of the
above sediments is similar to the one of the deposits investigated in
this study. Consequently, considering also the results of the compari-
Fig. 5 - Curva granulometrica del misto ricostituito (in rosso) e curve granulometriche (in blu) dei campioni del livello D1 recuperate dalle documentazioni tecni-
che disponibili
- Grain size curve of the reconstituted mix (red) and grain size curves (blue) of samples of level D1 retrieved from available technical reports
background image
UNDRAINED BEHAVIOUR OF THE SANDY-SILTY LEVELS OF THE TIBER RIVER ALLUVIAL DEPOSITS IN ROME (ITALY)
53
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
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di tali materiali con quelli oggetto di questo studio tali da giustificarne,
a fronte anche della comparazione di alcuni parametri fisici esposta nel
successivo paragrafo, l’utilizzo ai fini dell’esecuzione delle prove ad
hoc esposte in questo lavoro.
In totale, sono stati prelevati 3 campioni di cava, rappresentativi di
differenti classi granulometriche: campione 1, ghiaia e sabbia grossola-
na; campione 2, sabbia fine; campione 3, limo ed argilla. Il campione
1 è stato prelevato direttamente dalle pareti della cava, i restanti due
campioni provengono, invece, da accumuli di materiale precedentemen-
te vagliato per l’estrazione della frazione sabbiosa utilizzata come inerte.
La porzione ghiaioso-sabbiosa (campioni 1 e 2) è stata lavata, vagliata,
separata per fusi granulometrici, trattata con una soluzione di perossido
d’idrogeno (a 25 vol.) per eliminare l’eventuale componente organica
ed asciugata in forno. Della porzione limoso-argillosa (campione 3) è
stato utilizzato il passante al setaccio ASTM No. 200 (ASTM D1140-
00(2006) - Method A) data la buona corrispondenza con la parte termi-
nale della curva di target (Fig. 5). A partire dal materiale così preparato è
stato ricostituito il misto granulare proporzionando le percentuali in peso
delle diverse classi granulometriche in accordo con la curva di target.
son of some physical parameters described in the following paragraph,
their use for the tests planned in this study was justified.
Three quarry samples, representing different grain size classes,
were collected: sample 1, coarse gravel and sand; sample 2, fine
sand; sample 3, silt and clay. Sample 1 was taken directly from the
quarry walls, whereas the two other samples came from material
previously sieved for extraction of the sandy fraction to be used
as an aggregate. The gravelly-sandy portion (samples 1 and 2)
was rinsed, separated on the basis of its grain size distribution and
treated with a hydrogen peroxide solution (25 vol.) to remove any
organic matter and oven dried. The material selected from the silty-
clayey portion (sample 3) was the one passing through sieve ASTM
No. 200 (ASTM D1140-00(2006) - Method A), given its good fit
with the terminal part of the target curve (Fig. 5). The granular mix
was reconstituted from the material so prepared, by proportioning
the percentages in weight of the different grain size classes in ac-
cordance with the target curve.
Fig. 6 - Localizzazione dell’area di campionamento dagli affioramenti di sabbie di Ponte Galeria presso le cave della General Cave s.r.l. (cerchio giallo) e riprese
fotografiche del sito di campionamento
- Location (yellow circle) and photos of the sampling site in the Ponte Galeria sand outcrops – quarries owned by General Cave s.r.l.
background image
COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
54
F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
CARATTERIZZAZIONE FISICO-MECCANICA IN
CONDIZIONI STATICHE NON DRENATE DEL MISTO
GRANULARE RAPPRESENTATIVO
La rappresentatività del misto granulare ricostituito è stata verifica-
ta mediante analisi comparative rispetto alle proprietà riferibili al ma-
teriale naturale sulla base della documentazione tecnica disponibile
1
.
Il misto granulare è stato ricostituito presso il Laboratorio di Ge-
ologia Applicata del Dipartimento di Scienze della Terra della Sa-
pienza Università di Roma con procedura umida, per garantirne una
omogeneizzazione ottimale, proporzionando in peso le diverse classi
granulometriche in accordo con la curva di target; a seguire il ma-
teriale omogeneizzato è stato disgregato a secco e confezionato per
l’utilizzo in laboratorio (Fig. 7).
L’analisi granulometrica effettuata sul misto granulare ottenuto
è stata condotta seguendo lo standard ASTM D422-63(2007) ed ha
verificato una corrispondenza molto buona con la curva di target
(Fig. 4).
Inoltre, sulla base del γ
s
(ASTM D854-83) e dei limiti di
consistenza (ASTM D4318-10), il misto granulare (w
LL
=38.3%;
w
LP
=19.0%; IP=19.3%;) è stato classificato come un’argilla sabbio-
sa a bassa plasticità (sandy clay, CL), secondo la classificazione
USCS (ASTM D2487-10). Il misto granulare ricostituito presenta,
pertanto, un termine classificativo sufficientemente rappresentativo
dei campioni riferibili al livello D1 delle alluvioni tiberine e si può
considerare rappresentativo del prototipo naturale anche in termini
di plasticità.
La sperimentazione di laboratorio ha, inoltre, riguardato lo stu-
dio dello stato di addensamento del misto ricostituito; a tal fine, par-
tendo dai dati disponibili sul prototipo naturale di e=0.7, γ
n
=19.20
kN/m
3
(b
ozzano
et alii, 2000), è stata utilizzata la compattazione
standard (data dalla ASTM D698-07e1) per: i) individuare il livello
di optimum Proctor del misto granulare e ii) ricavare il contenuto
di acqua necessario ad ottenere un γ
d
corrispondente a quello del
materiale naturale in sito. L’optimum del misto granulare (Fig. 8) è
stato raggiunto per una saturazione pari al 90% e per un valore di
w pari a 17.6%, cui corrisponde un addensamento massimo (γ
dmax
)
pari a 16.70 kN/m
3
.
Il valore di γ
d
del materiale naturale in sito è stato determinato
a partire dai dati disponibili in letteratura (b
ozzano
et alii, 2000),
dai quali risulta un e
0
mediamente pari a 0.7 ed un peso per unità di
volume naturale (γ
n
) mediamente pari a 19.20 kN/m
3
. Si determina,
pertanto, un valore di γ
d
pari a 15.16 kN/m
3
. Se, invece, si considera
il γ
s
determinato in laboratorio, e pari a 26.50 kN/m
3
si ottiene, per
lo stesso e
0
medio di 0.7, un valore di γ
d
pari a 15.59 kN/m
3
. La
media aritmetica tra i due valori così ottenuti ha fornito il valore di
γ
d
pari a 15.37 kN/m
3
qui considerato quale valore di riferimento
PHYSICO-MECHANICAL CHARACTERISATION OF
THE REPRESENTATIVE GRANULAR MIX UNDER
STATIC UNDRAINED CONDITIONS
The representativeness of the reconstituted granular mix was as-
sessed by comparing its properties with those of the natural material
based on available technical documents
1
.
The granular mix was reconstituted at the Laboratorio di Geologia
Applicata - Dipartimento di Scienze della Terra, Sapienza University
of Rome - via a wet process, in order to optimise its homogeneity, by
proportioning the various grain size classes in weight in accordance
with the target curve; the material so homogenised was dry shattered,
making it ready for laboratory use (Fig. 7).
The grain size analysis of the granular mix was carried out under
the ASTM D422-63(2007) standard, yielding a good fit with the tar-
get curve (Fig. 4).
Moreover, based on γ
s
(ASTM D854-83) and consistency lim-
its (ASTM D4318-10), the granular mix (w
LL
=38.3%; w
LP
=19.0%;
IP=19.3%) was classified as a poorly plastic sandy clay (sandy clay,
CL) under the USCS classification (ASTM D2487-10). Therefore, the
1
Dott. Geol. Stefano Tosti, 1995, 2 boreholes near Foro Italico; TECNOCONSOLIDAMENTI s.r.l., geognostic survey 1996-1997, 18 boreholes in the Colosseo - Piazza Venezia - Parlamento - Castel
Sant’Angelo - Piazza Risorgimento - Stazione Ottaviano - Piazzale Clodio area; TECNOCONSOLIDAMENTI s.r.l., geognostic survey 1997, 4 boreholes at Piazza San Pantaleo; CS-CANTIERI
STRADALI, geognostic survey 2001, 14 boreholes in the Foro Italico - quartiere Flaminio - Piazza Mazzini area; CO.BIT, geognostic survey 2002, 28 boreholes in the Piazza Venezia - Corso Vittorio
Emanuele - Castel Sant’Angelo - San Pietro area; TECNOGEO, geognostic survey 2003, 7 boreholes in the Colosseo - via dei Fori Imperiali - Piazza Venezia area; GEOVIT, geognostic survey 2008,
2 boreholes in the Tor di Quinto area
Fig. 7 - Fasi di ricostituzione del misto granulare in laboratorio: a) separa-
zione delle classi granulometriche; b) mescolamento proporzionale
delle classi granulometriche secondo la curva di target con procedu-
ra umida, per garantire una omogeneizzazione ottimale; c) disgrega-
zione a secco del granulare; d) predisposizione delle confezioni di
misto granulare per l’utilizzo di laboratorio
- Steps of laboratory reconstitution of the granular mix: a) separa-
tion according to its grain size distribution; b) mixing proportional
to the grain size classes according to the target curve, with a wet
process to ensure optimum homogeneity; c) dry shattering of the
granular mix; d) packaging of the granular mix for laboratory use
background image
UNDRAINED BEHAVIOUR OF THE SANDY-SILTY LEVELS OF THE TIBER RIVER ALLUVIAL DEPOSITS IN ROME (ITALY)
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
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per l’addensamento del misto granulare rappresentativo del depo-
sito sabbioso naturale in sito. In base alla prova di compattazione
effettuata, il w necessario ad ottenere un tale addensamento risulta
attendibilmente compreso tra il 24.0% ed il 24.5% (Fig. 8).
Si è proceduto, infine, alla caratterizzazione meccanica del misto
granulare mediante prove TxUUI, con l’obiettivo di ricavare il valore
di indice dei vuoti critico e
cr
e valutare la possibilità di liquefacibi-
lità del terreno sottoposto a carichi in condizioni non drenate. Tali
condizioni possono ritenersi rappresentative dell’assetto stratigrafico
riferibile al livello D1 all’interno delle alluvioni oloceniche del Fiu-
me Tevere a Roma, poiché esso si trova compreso tra livelli a più
marcata composizione limoso-argillosa che, pertanto, ne riducono le
possibilità di drenaggio.
Per le prove TxUUI (Fig. 9), il misto granulare è stato addensato
a 3 diversi valori di indice dei vuoti (rispettivamente 0.51, 0.60 e
0.71); inoltre, per ciascun addensamento le prove TxUUI sono state
effettuate a 3 livelli di pressione di confinamento (σ
3
) entro l’inter-
vallo di valori di sito riferibile ai depositi sabbiosi del livello D1
(rispettivamente 210, 350 e 430 kPa) e corrispondenti a profondità
comprese tra i 20 ed i 55 m dal piano campagna. I valori di resi-
stenza non drenata (c
u
) sono risultati compresi tra 20 e 60 kPa per
indici dei vuoti variabili da 0.70 a 0.50; inoltre, considerando l’in-
tero intervallo di variazione dei valori di sovrappressioni dell’acqua
ottenuti a rottura dalle prove TxUUI (Fig. 10), è stato possibile in-
dividuare un campo di variabilità dell’indice dei vuoti critico (e
cr
)
compreso tra 0.50 e 0.61 nell’intervallo di σ
3
considerato. Poiché
tale campo corrisponde solo in parte ai valori dell’indice dei vuoti
in sito (0.60<e
0
<0.80) riportati in b
ozzano
et alii (2000), si registra
un comportamento contraente in condizioni di sollecitazione non
drenata da parte dei depositi sabbiosi ascrivibili al livello D1 in cor-
rispondenza del centro storico di Roma; tuttavia, date le profondità
alle quali tali depositi si ritrovano (comunque superiori ai 20 m)
si può ritenere bassa la suscettibilità alla liquefazione degli stes-
si (k
ramer
& s
eed
, 1988; k
ramer
, 1996; m
ayField
et alii, 2010).
Inoltre, nella stima delle pressioni agenti in sito sono stati trascurati
i carichi urbani, il cui effetto è quello di sottoporre i deposti in og-
getto ad una pressione di confinamento ancora maggiore riducendo
ulteriormente la loro liquefacibilità.
PROVE DINAMICHE IN COLONNA RISONANTE DEL
MISTO GRANULARE RAPPRESENTATIVO
Il misto granulare rappresentativo dei depositi sabbiosi del li-
vello D1 delle alluvioni del Fiume Tevere a Roma è stato sottoposto
a prove dinamiche in Colonna Risonante (RC-test) presso il Labora-
toire de Méchanique des Sols - Départment Géotechnique, Eau et Risque
(IFSTTAR-Paris) secondo lo standard ASTM D4015-07 (Fig. 11).
In particolare, la Colonna Risonante presente nel laboratorio di
Parigi è un modello della GDS Instruments progettato per minimiz-
zare l’effetto damping (smorzamento) dovuto all’apparecchiatura
stessa. Il damping (D) è stato misurato interrompendo l’eccitazione
granular mix adequately represented the samples from level D1 of the
Tiber alluvia and the natural prototype also in terms of plasticity.
Laboratory work also involved the density of the reconstituted
mix. Based on the natural prototype parameters (e=0.7, γ
n
=19.20 kN/
m
3
, b
ozzano
et alii, 2000), the ASTM D698-07e1 compaction method
was used to: i) identify the Proctor optimum of the granular mix, and ii)
determine the water content needed to obtain a γ
d
value corresponding
to the one of the in-situ natural material. The optimum of the granular
mix (Fig. 8) was achieved at a saturation of 90% and a w value of
17.6%, corresponding to a maximum density (γ
d max
) of 16.70 kN/m
3
.
The γ
d
of the in-situ natural material was retrieved from the relevant
literature (b
ozzano
et alii, 2000): average e
0
of 0.7 and average weight
per unit of natural volume (γ
n
) of 19.20 kN/m
3
. The resulting γ
d
value
was 15.16 kN/m
3
. Using the laboratory-determined γ
s
value (26.50 kN/
m
3
) for the same average e
0
of 0.7 gave a γ
d
value of 15.59 kN/m
3
. The
arithmetic average between the two values gave a γ
d
of 15.37 kN/m
3
,
which was used as a benchmark value for the density of the granular
mix representing the in-situ natural sandy deposit. The compaction test
showed that the w value needed to reach the above density was reliably
comprised between 24.0% and 24.5% (Fig. 8).
Finally, the granular mix was mechanically characterised via
TxUUI tests, so as to derive the critical void ratio e
cr
and assess
the soil liquefaction potential under undrained loading conditions.
The latter conditions may be regarded as representative of the strati-
graphic setting of level D1 inside the Holocene alluvia of the Tiber
river in Rome. Indeed, this level is interbedded between more mark-
edly silty-clayey levels, which reduce its drainage capability.
For the TxUUI tests (Fig. 9), the granular mix was densified to
3 different void ratio values (0.51, 0.60 and 0.71). Additionally, for
each density, the TxUUI tests were conducted at 3 confining pres-
sures (σ
3
) within the range of values of the in-situ sandy deposits
of level D1 (210, 350 and 430 kPa), at depths of 20 to 55 m from
ground level. Undrained shear strength (c
u
) was 20 to 60 kPa for
void ratio values of 0.70 to 0.50. Furthermore, taking into account
Fig. 8 - Risultati della prova di compattazione effettuata sul misto granulare
ricostituito. Per un valore di contenuto di acqua w pari a circa il
24% si ottiene un grado di addensamento (g
d
) pari a quello in sito
sul tratto umido della curva
- Results of compaction tests on the reconstituted granular mix. For
a water content w of about 24%, the density (g
d
) is equal to the one
obtained on site on the wet section of the curve
background image
COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
56
F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
e analizzando il decadimento nel tempo delle ampiezze massime
legate alle oscillazioni libere del provino (amplitude decay method)
(s
imoni
& m
adiai
, 2007).
In particolare, le prove di RC-test sono state finalizzate a:
- determinare il modulo tangenziale G
0
e il rapporto di damping D
0
a
piccoli livelli di deformazione (γ < 10-6);
- ricavare la legge di decadimento del modulo di taglio con l’ampiez-
za della deformazione di taglio G=G(γ);
- determinare l’andamento del rapporto di damping con l’ampiezza
della deformazione di taglio D=D(γ);
- valutare le soglie di deformazione di taglio lineare (γ
l
) e volumetrica
v
), attraverso la misura delle pressioni interstiziali.
Per ottenere i provini di misto granulare con caratteristiche di
the full variability of water overpressures to rupture obtained in the
TxUUI (Fig. 10) tests, a critical void ratio (e
cr
) range of 0.50 to 0.61
was identified in the σ
3
interval considered. As this range matched
only in part the in-situ void ratio (0.60<e
0
<0.80) reported in b
oz
-
zano
et alii (2000), the sandy deposits from level D1 of Rome’s
historical centre had a contractant behaviour under undrained stress.
Nonetheless, given the depths of the deposits (exceeding 20 m),
their liquefaction susceptibility was considered to be low (k
ramer
& s
eed
, 1988; k
ramer
, 1996; m
ayField
et alii, 2010). Moreover, in
estimating in-situ pressures, urban stresses (increasing the confining
pressures of the investigated deposits and thus further reducing their
liquefaction potential) were disregarded.
DYNAMIC RESONANT-COLUMN TESTS ON THE
REPRESENTATIVE GRANULAR MIX
The granular mix representing the sandy deposits of level D1
of Tiber alluvia in Rome underwent dynamic resonant-column tests
(RC-tests) under the ASTM D4015-07 standard at the Laboratoire
de Méchanique des Sols - Départment Géotechnique, Eau et Risque
(IFSTTAR-Paris) (Fig. 11).
The resonant column used in Paris was specially designed by
GDS Instruments to minimise the damping generated by the same
column. The damping D was measured by interrupting the excita-
tion and by analysing the decay of the maximum amplitues associated
with the free oscillations of the specimen vs. time (amplitude decay
method) (s
imoni
& m
adiai
, 2007).
Fig. 9 - Fasi di esecuzione delle prove TxUUI presso il laboratorio di Ge-
ologia Applicata della Sapienza Università di Roma: a). particola-
re di un provino confezionato con il misto granulare addensato in
cella Proctor da 6” di diametro con l’ausilio di supporti formatori;
b) allestimento dei provini in cella triassiale; c) esecuzione delle
prove TxUUI; c) particolare del recupero di un provino sottoposto a
rottura non drenata TxUUI
- Steps of the TxUUI tests at the Laboratorio di Geologia Applicata
- Dipartimento di Scienze della Terra, Sapienza University of Rome
- : a) detail of a specimen prepared with the densified granular mix
in a 6” Proctor cell by using shaping lathe; b) preparation of spe-
cimens in a triaxial cell; c) performance of TxUUI tests; c) detail of
recovery of a specimen after undrained rupture TxUUI
Fig. 10 - Valori sperimentali delle sovrappressioni dell’acqua (Du) in funzione
dell’indice dei vuoti (e) del misto granulare ottenuti dalle prove TxU-
UI per la determinazione dell’indice dei vuoti critico (e
cr
). E’ anche
evidenziato il campo di variazione dei valori di indice dei vuoti in
sito (e
0
) riportato da b
ozzano
et alii (2000) per i depositi del livello
D. Il trasduttore di pressione relativo impiegato nelle sperimentazioni
ha un campo di misura di 10 bar con una risoluzione di ±0.1% f.s.
- Experimental values of water overpressures (Du) vs. void ratio (e)
of the granular mix obtained from the TxUUI tests to determine the
critical void ratio (e
cr
). Note the range of values for the in-situ void
ratio (e
0
) reported by B
ozzAno
et et alii (2000) for level D deposits.
The relative pressure transducer used in the tests has a measuring
range of 10 bar with a resolution of ±0.1% full scale
background image
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addensamento rappresentative del materiale naturale in sito, sono
state riprodotte in laboratorio le condizioni di addensamento Proc-
tor con w compreso tra 24.0% e 24.5%. Dal materiale così addensa-
to sono stati ottenuti provini di diametro 50 mm e altezza 100 mm,
che sono stati consolidati a due valori di pressione, rispettivamente
pari a 216 e 329 kPa. In Fig. 12 sono riportate sia le curve di deca-
dimento normalizzate, relative alla rigidezza dinamica (G/G
0
) ed al
damping (D/D
0
), che le curve di rigidezza e damping in valore asso-
luto. Inoltre, tenendo conto dell’incremento delle pressioni intersti-
ziali (
D
u) in fase di prova, è stata stimata una soglia di deformazione
Fig. 11 - Fasi di preparazione dei provini per le prove di colonna risonante
presso il laboratorio dell’IFSTTAR di Parigi. a) compattazione in
cella Proctor da 6” di diametro per ottenere l’addensamento rap-
presentativo del deposito in sito (Fig. 7); b) estrusione dalla cella
Proctor del misto granulare addensato; c) realizzazione del provi-
no cilindrico per la RC-test sul tornio formatore; d) allestimento
sperimentale della cella per la RC-test
- Steps of preparation of specimens for the resonant-column tests
at the Paris-IFSTTAR laboratory: a) compaction in a 6” diame-
ter Proctor cell to obtain a density representative of the in-situ
deposit (Fig. 7); b) extrusion of the densified granular mix from
the Proctor cell; c) preparation of the cylindrical specimen for the
RC-test on the shaping lathe; d) experimental cell array for the
RC-tests
Fig. 12 - Risultati delle prove dinamiche alla colonna risonante ottenuti pres-
so il laboratorio dell’IFSTTAR di Parigi sul misto granulare rappre-
sentativo del livello D1 delle alluvioni del Fiume Tevere a Roma:
a) curve normalizzate di decadimento del modulo di taglio e del
damping; b) curva di variazione della pressione interstiziale (Du)
con la deformazione; c) curve di decadimento del modulo di taglio;
d) curve di decadimento del damping
- Results of dynamic resonant-column tests on the granular mix re-
presenting level D1 of the Tiber alluvia in Rome, conducted at the
Paris-IFSSTAR laboratory: a) normalised shear modulus and dam-
ping decay curves; pore pressure (Du) curve vs. deformation; c)
shear modulus decay curves; d) damping decay curves
background image
COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
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F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
In particular, the RC-tests were expected to give:
- the shear modulus G
0
and the damping ratio D
0
at low levels of
deformation (γ < 10
-6
);
- the law of the shear modulus decay with the shear deformation am-
plitude G=G(γ);
- the pattern of the damping ratio with the shear deformation ampli-
tude D=D(γ);
- the linear (γ
l
) and volume (γ
v
) deformation thresholds by measuring
pore pressures.
To obtain granular mix specimens with density values represent-
ing the in-situ natural material, Proctor density conditions with w of
24.0% to 24.5% were lab simulated. From the densified material,
specimens with a diameter of 50 mm and a height of 100 mm were ob-
tained and consolidated at two pressure values, 216 and 329 kPa. Fig.
12 displays both normalised and absolute dynamic stiffness (G/G
0
)
and damping (D/D
0
) decay curves. Moreover, considering the increase
lineare (γ
l
) pari a 0.00005 ed una soglia di deformazione volumica
v
) pari a 0.0003 (Fig. 12).
Le curve ottenute attraverso la sperimentazione in laboratorio
sono state confrontate con le curve di decadimento di s
eed
& i
driss
(1970), s
un
et alii (1988), z
hanG
et alii (2005), v
ucetic
& d
obry
(1991) (Fig. 13); da tale confronto emerge una ottima attendibilità dei
risultati ottenuti.
La curva di decadimento del misto granulare è stata, inoltre,
confrontata con quella delle sabbie di Fontainebleau (d
elFosse
-
r
ibay
et alii, 2004) che comunemente vengono utilizzate per la
realizzazione dei depositi granulari sabbiosi nelle sperimentazioni
analogiche alla centrifuga geotecnica del laboratorio IFSTTAR di
Nantes (Fig. 13); il confronto rivela un’ottima corrispondenza tra la
curva di decadimento normalizzata del misto granulare rappresen-
tativo del livello D1 e quella delle sabbie di Fontainebleau. In base
a ciò, il loro utilizzo nell’ambito della sperimentazione analogica
Fig. 13 - Comparazione della curva di decadimento del modulo di taglio ottenuta per il misto granulare rappresentativo del livello D1 delle alluvioni tiberine a Roma
con curve di letteratura riferibili a terreni sabbioso-limosi e con la curva riferita alle sabbie di Fontainebleau, comunemente utilizzate per la realizzazione
dei depositi granulari sabbiosi nelle sperimentazioni analogiche alla centrifuga geotecnica del laboratorio IFSTTAR di Nantes
- Shear modulus decay curve of the granular mix representing level D of the Tiber alluvia in Rome vs. literature curves of sandy-silty soils; the curve refers
to the Fontainebleau sands, commonly used to obtain sandy granular deposits for analogical modelling based on the geotechnical centrifuge at the Nantes-
IFSTTAR laboratory
background image
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Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
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in pore pressures (Du) upon testing, the linear deformation threshold
l
) was set to 0.00005, while the volume deformation threshold (γ
v
)
was set to 0.0003 (Fig. 12).
The laboratory curves were compared with the decay curves
by s
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& i
driss
(1970), s
un
et alii (1988), z
hanG
et alii (2005),
v
ucetic
& d
obry
(1991) (Fig. 13), showing an very hight reliability
of the results.
Additionally, the granular mix decay curve was compared with the
one of the Fontainebleau sands (d
elFosse
-r
ibay
et alii, 2004), which is
commonly used for reconstituting granular sandy deposits undergoing
analogical modelling with the geotechnical centrifuge at the Nantes-
IFSTTAR laboratory (Fig. 13). The comparison revealed an optimum
fit of the normalised decay curve for the granular mix representing lev-
el D1 with the one of the Fontainebleau sands. Consequently, the sands
used in analogical modelling via the geotechnical centrifuge were con-
sidered to be representative of the investigated natural prototype, i.e.
the silty sands contained in Rome’s Tiber river alluvia.
CONCLUSIONS
Granular mixes representing the sandy-silty levels of Tiber
river in Rome were laboratory tested. The testing made it possible
to characterise them in terms of undrained mechanical properties,
with a view to assessing possible seismically-induced effects of per-
manent deformation and liquefaction. In spite of their stratigraphic
position (these deposits occur even in the upper tens of metres of
soil and, in many instances, they are interposed between poorly
permeable silty-clayey levels limiting drainage), their critical void
ratio - determined in this study – suggests that seismically-induced
liquefaction is unlikely.
The ongoing SERIES-ENINALS project of cooperation between
CERI and IFSTTAR of Nantes-Paris involves studies of analogical
modelling via the geotechnical centrifuge, as well as of numerical mod-
elling, aimed at assessing seismically-induced effects in multi-layered
columns representing the subsoil of historical centre of Rome under the
worst expected seismic shaking. Consequently, the experimental work
reported in this study integrates the data obtained from dynamic char-
acterisation of the lithotechnical units identified inside Tiber river allu-
via in Rome. This characterisation has so far been carried out on fairly
undisturbed samples from holes drilled in the more plastic alluvial lev-
els and, namely, levels A and C of the alluvial fill in the main Tiber river
valley (b
ozzano
et alii, 2008) and in levels of highly plastic inorganic
clays and peat in the alluvia of the Valle di Grottaperfetta valley, in the
Giustiniano Imperatore district (c
aserta
et alii, 2012). Therefore, the
dynamic characteristics described here are the first to be targeted at the
more sandy terms of the Tiber alluvial fill. Hence, they may provide a
key contribution to: i) comparing the analogical models developed with
the geotechnical centrifuge at the Nantes-IFSTTAR laboratory - via nu-
merical modelling of non-linear rheology, ii) transferring the results of
the above experimental work to the investigated site, and iii) validating
and applying results to overall historical centre of Rome.
alla centrifuga geotecnica può ritenersi rappresentativa del proto-
tipo naturale considerato, ovvero delle sabbie limose presenti nelle
alluvioni del Fiume Tevere nel centro storico di Roma.
CONCLUSIONI
La sperimentazione di laboratorio condotta sui misti granulari
rappresentativi dei livelli sabbioso-limosi presenti nel corpo allu-
vionale del fiume Tevere a Roma, ha reso possibile la loro carat-
terizzazione in termini di proprietà meccaniche non drenate ai fini
della valutazione di possibili effetti di deformazioni sismoindotte
permanenti e di liquefazione. Nonostante la posizione stratigrafica,
che vede tali depositi presenti anche nelle prime decine di metri di
suolo e in diversi casi contenuti tra livelli limoso-argillosi a bassa
permeabilità che limitano il drenaggio, i valori dell’indice dei vuoti
critico qui determinati portano a ritenere improbabili fenomeni di
liquefazione sismoindotta.
Nell’ambito del progetto SERIES-ENINALS, tuttora in corso
e che vede la collaborazione del CERI e dell’IFSTTAR di Nantes-
Parigi, sono previste analisi mediante modelli analogici alla centri-
fuga geotecnica e mediante modelli numerici, volte alla valutazio-
ne degli effetti sismoindotti in colonne multistrato rappresentative
del sottosuolo del centro storico di Roma, sotto l’azione del massi-
mo scuotimento sismico atteso. In tale contesto, la sperimentazione
qui condotta, integra i dati sperimentali volti alla caratterizzazione
dinamica delle diverse unità litotecniche individuate all’interno dei
depositi alluvionali del Fiume Tevere a Roma che, fino ad oggi, è
stata ottenuta a partire da campioni di sondaggio a basso grado di
disturbo, prelevati dai soli livelli alluvionali a maggiore plasticità,
ed in particolare dai livelli A e C del corpo alluvionale tiberino
in valle principale (b
ozzano
et alii, 2008) e dai livelli di argil-
le inorganiche ad alta plasticità e di torbe nei depositi alluvionali
della Valle di Grottaperfetta, presso il quartiere di Giustiniano Im-
peratore (c
aserta
et alii, 2012). Le caratteristiche dinamiche qui
fornite sono, pertanto, le prime ad essere specificatamente rivolte
ai termini più sabbiosi del corpo alluvionale tiberino; in tal senso,
esse potranno fornire un fondamentale contributo alla comparazio-
ne, attraverso simulazioni numeriche in reologia non lineare, dei
modelli analogici di laboratorio realizzati alla centrifuga geotecni-
ca dell’IFSTTAR di Nantes affinché tali sperimentazioni possano
essere riportate al sito di studio e, una volta validati i loro risultati,
questi possano essere generalizzati all’intero settore del centro sto-
rico di Roma.
background image
COMPORTAMENTO NON DRENATO DEI LIVELLI SABBIOSO-LIMOSI PRESENTI NELLE ALLUVIONI DEL FIUME TEVERE A ROMA (ITALIA)
60
F. BOZZANO, A. BRETSCHNEIDER, A.C. GIACOMI, L. LENTI, S. MARTINO, G. SCARASCIA MUGNOZZA, L. STEDILE & J.-L. TACITA
ACKNOWLEDGEMENTS
The authors thank: Maria Rosaria Manuel (Geo - Geotecnica e
Geognostica s.r.l., Arpino, Frosinone) and General Cave s.r.l. for
permitting the collection of samples at the Ponte Galeria quarries;
Roberto Iannucci, Stefano Sterpa and Fabiola Tammaro for their
contribution (Bachelor’s Degree Theses) to the tests conducted at
the Applied Geology Laboratory - Dipartimento di Scienze della
Terra, Sapienza University of Rome; Luigi Marino for his technical
support and contribution at the Laboratorio di Geologia Applicata -
Dipartimento di Scienze della Terra, Sapienza University of Rome;
Alain Le Kouby and Philippe Reiffsteck for the support to the tests
performed at the Laboratoire de Méchanique des Sols - Départment
Géotechnique, Eau et Risque (IFSTTAR-Paris).
RINGRAZIAMENTI
Gli autori intendono ringraziare Maria Rosaria Manuel (Geo -
Geotecnica e Geognostica s.r.l. di Arpino, Frosinone) e la General
Cave s.r.l.per aver consentito le operazioni di campionamento neces-
sarie a questo studio presso le cave di Ponte Galeria; Roberto Ian-
nucci, Stefano Sterpa e Fabiola Tammaro per il supporto dato con
le loro Tesi di Laurea Triennale alla esecuzione delle prove presso il
Laboratorio di Geologia Applicata del Dipartimento di Scienze della
Terra della Sapienza Università di Roma; Luigi Marino per il suppor-
to ed il contributo tecnico presso il Laboratorio di Geologia Applicata
del Dipartimento di Scienze della Terra della Sapienza Università di
Roma, Alain Le Kouby e Philippe Reiffsteck per il supporto alle pro-
ve condotte presso il Laboratoire de Méchanique des Sols - Départment
Géotechnique, Eau et Risque (IFSTTAR-Paris).
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Received May 2012 - Accepted October 2012
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