PALAZZO COMUNALE

1)

INQUADRAMENTO DEL BENE OGGETTO DI STUDI

Il municipio di Crevalcore è un edificio composito, aggregato di edifici minori vincolati a creare una struttura complessa ed eterogenea. Tale complessità architettonica ha probabilmente favorito, durante il sisma del 2012, un’ingente quantità di danni, tanto che l’edificio è stato classificato “E”, cioè inagibile per rischio strutturale, non strutturale o geotecnico (della relativa scheda AeDES).

In seguito ai primi rilievi per la valutazione dei danni, l’edificio è stato dichiarato inagibile e lo è tuttora (Quadro conoscitivo, piano della ricostruzione, Comune di Crevalcore, 2014). A dispetto di ciò tuttavia non è chiara la causa di un così ingente danneggiamento quando la maggior parte degli edifici vicini non ha subito lo stesso livello di danni, com’è possibile osservare nella mappa del rilievo dei danni del centro storico di Crevalcore di seguito riportata (classi E in rosso).

APPLICAZIONE DEL PROTOCOLLO DI INDAGINE DEL PROGETTO DI RICERCA

ESTENSIONE DEL MODELLO SVILUPPATO

NEL CAMPO PROVE DI MIRABELLO ALLE PROBLEMATICHE

DI LIQUEFAZIONE E ANALISI DEI TERRENI NEL SOTTOSUOLO IN PRESENZA DI EDIFICIO

 

 

PARTE A – PROVE CONVENZIONALI

2)

FASE 0: INDAGINE GEORADAR

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA: Il rilievo preliminare con georadar è stato impiegato al fine di valutare le caratteristiche superficiali del terreno in ambiente urbano attorno all’edificio in relazione alla localizzazione di reti e sottoservizi, all’andamento delle tubazioni, alla mappature di eventuali rilevanze strutturali ed archeologiche.

MOTIVAZIONI: al fine di trasporre in ambiente urbano, come fatto per il Palazzo Comunale di Mirandola, la metodologia operativa precedentemente sviluppata in campo aperto, si è reso necessario eseguire una “scansione” del sottosuolo che consentisse di applicare successivamente le diverse tecniche di indagine in condizioni di sicurezza, salvaguardando l’integrità dei sottoservizi e delle strutture interrate. L’indagine georadar è stata impiegata in modo rapido, non lesivo ed economico se rapportato ad altri metodi di indagine diretti per

supportare la esatta ubicazione dei sottoservizi in funzione delle attività geognostiche, geosismiche e geofisiche (sondaggi, Cpt, geofisica) programmate intorno al Palazzo che prevedevano:

  • n. 3 prove penetrometriche statiche con punta elettrica e piezocono CPTU + n. 1 sondaggio a carotaggio continuo;
  • n. 1 indagine sismica con metodologia ESAC;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia MASW;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia Re.Mi
  • n. 4 indagini sismiche passive con metodologia HVSR;
  • n. 89 esecuzione di fori e ubicazione picchetti metallici profondi fino a 1 m per la geoelettrica superficiale 2D;

APPLICAZIONE DEL METODO GEORADAR AL CASO IN ESAME:

A seguito di un sopralluogo preliminare, verificata la situazione logistica del contorno, individuate le aree non rilevabili, si è deciso al fine di programmare le attività di indagine di suddividere l’area di studio in quattro  settori, rispettivamente:

  • Il prospetto frontale a est su Corso G. Matteotti (compreso il portico;
  • Il prospetto sud-est su Via Roma (compreso il portico;
  • Il prospetto nord-ovest su Via Cairoli;
  • Il girdino posteriore e quello interno al Palazzo.

 

Ciascun settore è stato coperto da una griglia di misura GPR con maglia con spaziatura variabile da 1,5 a 2,5 m a seconda dei sottoservizi e degli ingombri sul terreno. La prospezione completata intorno al Palazzo, misura  complessivamente circa 1224 m.

La campagna d’indagine GPR condotta ha permesso di individuare la presenza di diverse anomalie nel terreno nelle zone indagate, assimilabili alla presenza di sottoservizi. Interpolando i vari radar grammi dei reticoli effettuati è stato possibile produrre “slice” areali a due profondità differenti, rispettivamente a 0,40 metri e a 0,80 metri dal p.c. La presenza di zone discontinue nella graficizzazione dei target, è imputabile alla non possibile esecuzione della prospezione di superficie per ostacoli vari presenti sul terreno da indagare.

La situazione che emerge dall’analisi delle slice a 0,40 metri di profondità è che, la porzione di terreno compresa tra esse e il p.c. è esente dalla presenza di sottoservizi, nelle aree interne ed esterne al porticato di Corso G. Matteotti e di Via Roma (Figura GPR.01)

GPR.01 – Assenza di anomalie nel terreno nella porzione compresa tra il p.c. e 0,4 mt di profondità in Via Roma e in Corso G. Matteotti

Nella zona indagata in Via Cairoli, differentemente da quanto riportato per le altre vie, sono presenti diverse anomalie già nei primi 40 cm di sottosuolo indagato, assimilabili alla presenza di sottoservizi interrati (Figura GPR.02).

GPR.02 – Anomalie nel terreno alla profondità di 0,40 m rispetto al p.d.c. presenzi in Via Cairoli.

I colori di tonalità ciano e blue indicano zone esenti dalla presenza di sottoservizi, i colori di tonalità giallo e rosso invece indicano le anomalie riscontrate, in questo caso quest’ultime sono riconducibili alla presenza di sottoservizi che corrono longitudinalmente e trasversalmente alla direzione di Via Cairoli.

 

Esaminando le slice elaborate alla profondità di 0,8 metri dal p.c., è stato possibile individuare tutte le anomalie assimilabili alla presenza di sottoservizi interrati, localizzati in tute e tre le vie indagate, nel porticato e all’interno del Palazzo Comunale stesso, cosa che con le slice a 0,4 metri di profondità non era stato possibile fare.

 

La seguente immagine mette in relazione l’indagine effettuata in Via Roma rispettivamente a 0,40 metri con quella effettuata a 0,8 metri di profondità dal p.c.

Il confronto delle due immagini evidenzia la presenza di un sotoservizio che percorre longitudinalmente la direzione di Via Roma alla profondità di 0,8 metri dal p.c. non individuabile dall’analisi della slice a 0,40 metri di profondità.

 

Grazie a tali indagini è stato possibile ubicare zone sicure, adatte all’esecuzione di prove geognostiche, per la caratterizzazione del terreno, esenti da sottoservizi salvaguardando quest’ultimi da possibili danneggiamenti.

Grazie all’indagine georadar è stato possibile come fine ultimo la realizzazione della pianta delle posizioni reali dei sottoservizi presenti nell’intorno del Palazzo Comunale di Crevalcore. Tale pianta oltre a fornire la posizione reale e la profondità di posa dei sottoservizi è utile per la pianificazione e la realizzazione di lavori edili o di manutenzione escludendo la possibilità di danneggiare quest’ultimi.

Pianta delle posizioni reali dei sottoservizi presenti nell’intorno del Palazzo Comunale di Crevalcore

3)

FASE 1: CAMPAGNA DI INDAGINI GEOGNOSTICHE “CONVENZIONALI”

Ubicati i sottoservizi attorno al Palazzo Comunale di Crevalcore e individuate delle aree idonee ad operare in condizioni di sicurezza, la prima fase della campagna di ricerca è consistita nell’esecuzione di prove “convenzionali” – in accordo a quanto previsto dalle attuali Norme Tecniche per le Costruzioni nel capitolo 6 – necessarie a:

  • caratterizzare dal punto di vista geologico, geotecnico e sismico l’area su cui sorge l’edificio;
  • ricavare un primo set di dati atti previsione della stabilità alla liquefazione.

 

Il Programma di indagine è stato articolato come segue:

 

  • Sottofase 1.1 – INDAGINE GEOLOGICA utile alla definizione delle unità litotecniche, degli eventuali processi geomorfici e alla modellazione geologica del sito (6.2.1. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.2 – INDAGINE GEOTECNICA necessaria a fornire tutti i dati geotecnici utili per il progetto, la caratterizzazione e la modellazione del volume significativo di terreno interessato (6.2.2. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.3 – VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA DEL SITO (ai sensi del D. M. 14/01/2008 NNTC), ai fini della verifica agli Stati Limiti Ultimi (SLU) (6.4 del D.M. 14/01/08) e della verifica di possibili fenomeni di liquefazione, al fine della progettazione per azioni sismiche.

 

INQUADRAMENTO GEOLOGICO:

L’area oggetto di studio è posta al centro storico del Comune di Crevalcore (Bo). Da quanto si evince dalla “Carta della litologia di superficie”, scala 1 : 5.000, tratta dalla “Carta geologica – Progetto CARG” a cura della Regione Emilia Romagna, nell’area oggetto di studi affiora la seguente litologia:

 

SUCCESSIONE NEOGENICO-QUATERNARIA DEL MARGINE APPENNINICO PADANO

AES8a – Unità di Modena: Depositi ghiaiosi passanti a sabbie e limi di terrazzo alluvionale. Limi prevalenti nelle fasce pedecollinari di interconoide. Unità definita dalla presenza di un suolo a bassissimo grado di alterazione, con profilo potente meno di 100 cm, calcareo, grigio-giallastro o bruno grigiastro. Nella pianura ricopre resti archeologici di età romana del VI secolo d.C.. Potenza massima di alcuni metri (< 10 m). Tale Unità affiora in corrispondenza dell’area di interesse ad in un ampia zona circostante in litofacies limo sabbioso.

Dal punto di vista geomorfologico non si notano evidenze particolari, l’area è sub-pianeggiante, con una leggera inclinazione verso nord-nord est in concordanza con l’andamento generale della pianura padana.

 

Inoltre la “Carta della microzone omogenee in prospettiva sismica) redatta dalla regione Emilia Romagna (Ordinanza n.70 del 13/09/2012) classifica l’area in oggetto come zona suscettibile di liquefazione e amplificazione. In particolare l’area di interesse presenta terreni suscettibili di liquefazione tra 10 e 20 m da piano campagna (LQ2).

A seguito della “Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica” è stata redatta la “Carta dei fattori di amplificazione e del rischio di liquefazione” a cura della Regione Emilia Romagna (Ordinanza n.70 del 13/09/2012), in cui si osserva che nelle immediate vicinanze dell’area studiata si riscontrano indici di potenziale liquefazione caratteristici di un rischio basso e moderato (Somnez 2003).

INQUADRAMENTO GEOGNOSTICO:

 

La campagna geognostica inerente lo studio del terreno di fondazione del Palazzo Comunale è stata espletata mediante le seguenti indagini:

•    n. 3 prove penetrometriche statiche con punta elettrica e piezocono CPTU;

•    n. 1 sondaggio a carotaggio continuo;

•    n. 1 indagine sismica con metodologia ESAC;

•    n. 2 indagini sismiche con metodologia Re.Mi;

•    n. 2 indagini sismiche con metodologia MASW;

n. 4 indagini sismiche passive HVSR.

In modo schematico, la colonna stratigrafica “media” può essere così sintetizzata (a partire dalla superficie) come segue:

  • 0 – 3.50 metri: terreni argillosi;
  • 3.50 – 5.10 metri: terreni da sabbiosi a sabbioso limosi;
  • 5.10 – 20 metri: terreni argillosi

 

Il rilievo della falda freatica da parte di geo Group ha fornito i seguenti risultati:

  • CPTU 1 : -20.60 m da p.c. – livello falda freatica -1.70 m da p.c.
  • CPTU 2 : -20.60 m da p.c. – livello falda freatica -1.70 m da p.c.
  • CPTU 3 : -20.07 m da p.c. – livello falda freatica -3.00 m da p.c.

 

Le figure seguenti mostrano alcuni stralci relativi alle prove CPTU1, CPTU2 e CPTU3.

In base alla nuova classificazione sismica, redatta al fine di definire un sistema normativo per la progettazione antisismica e acquisire dei criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale, il Comune di Crevalcore ricade in Classe 3.

 

Per effettuare, invece, la caratterizzazione sismica del terreno sono state eseguite n. 1 indagine sismica con metodo ESAC, n. 2indagini sismiche con metodo Re.Mi, n. 2 indagini sismiche con metodo MASW e n. 4 indagini sismiche passive HVSR da cui si sono ricavati i risultati esposti di seguito.

Secondo la classificazione del suolo della nuova normativa sismica per gli edifici (D.M. 14 Gennaio 2008) si classifica il terreno di fondazione come appartenente alla categoria C, corrispondente a depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fine di media consistenza con spessori superiori a 30 metri, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di VS30 compresi tra 180 m/s e 360 m/s (ovvero 15 < NSPT.30 < 50 nei terreni a grana grossa e 70 < cu30 < 250 KPa nei terreni a grana fine). Sulla base dei contenuti del D.M. 14/01/2008 “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” è stato definito un parametro di accelerazione massima attesa ag in relazione ad un tempo di riferimento TR stimato di 712 anni, considerando una classe d’uso pari a III. Per l’area in oggetto, identificata dalle seguenti coordinate geografiche (ED50): latitudine 44.723428° e Longitudine 11.147876°, tale parametro è risultato pari ad ag attesa= 0.185g. Quindi, secondo l’approccio semplificato (D.M. 10/10/2008), dopo gli opportuni calcoli, si ottiene il seguente valore di Amax = 0.263g.

 

VERIFICA DI LIQUEFAZIONE: 

 

Dopo aver caratterizzato il terreno attraverso l’interpretazione di dati da prove penetrometriche statiche CPT, è stata eseguita una stima del rischio di liquefazione di terreni sotto falda in condizioni sismiche, mediante il metodo semplificato di “Robertson e Wride”.

I metodi semplificati richiedono che venga definito un sisma di progetto, attraverso l'introduzione dell'accelerazione sismica orizzontale massima in superficie e della magnitudo di riferimento.

Tutti i metodi semplificati permettono di esprimere la suscettibilità alla liquefazione del deposito attraverso un coefficiente di sicurezza, dato dal rapporto fra la resistenza al taglio mobilitabile nello strato ( R ) e lo sforzo tangenziale indotto dal sisma (T), come di seguito riportato:

Un deposito dovrà essere considerato suscettibile di liquefazione se il coefficiente di sicurezza Fs sarà minore di 1.

La grandezza T dipende dai parametri del sisma di progetto (accelerazione sismica e magnitudo di progetto). R è funzione delle caratteristiche meccaniche dello strato, principalmente del suo stato di addensamento, e può essere ricavato direttamente attraverso correlazioni con i risultati di prove penetrometriche statiche.

Per l’esecuzione delle verifiche della suscettività del sito al fenomeno di liquefazione sono state considerate le metodologie semplificate proposte da Robertson & Wride (1998) e Boulanger & Idriss (2008). Il metodo di Robertson e Wride (1998) permette di correlare la resistenza al taglio R mobilitata nel terreno con i risultati delle prove penetrometriche statiche.

 

La verifica alla liquefazione è stata eseguita sulle n. 3 verticali di prova statiche elettriche con piezocono CPTU eseguite in sito, utilizzando il valore di accelerazione massima al suolo pari a Amax = 0.263g (approccio semplificato – D.M. 14/01/2008). Dalle verifiche alla liquefazione eseguite per l’area in oggetto sono stati ottenuti i seguenti valori:

4)

RILIEVO GEOMETRICO – STRUTTURALE CON TECNOLOGIA LASER SCANNER

A supporto dell’attività di ricerca è stato eseguito un rilievo metrico con Laser Scanner Terrestre (LST) distanziometrico a tempo di volo (ToF) ScanStation C10 di Leica Geosystems. L’utilizzo di tale strumentazione ha assicurato una risoluzione ed un’accuratezza di rilievo sub-centimetriche.

 

Dal modello preliminare 3D a nuvola di punti, ciascuna nuvola è stata analizzata e scomposta in elementi architettonici semplici e architettonici tipologici. Per ogni tipologia di elemento da ricostruire è stato realizzato un modello a superfici triangolari (mesh) aderente alla sua forma geometrica rilevata.

 

L'estrazione delle rappresentazioni geometriche bidimensionali (piante, sezioni, prospetti), ad una scala di riferimento 1:100, è avvenuta utilizzando come base il modello a superfici ottenuto con la procedura precedentemente descritta.

 

Le tavole ad oggi realizzate sono:

 

•    n° 5 piante: Piano Terra, Piano Primo, Piano Secondo, Piano Sottotetto in scala 1:100;

•    n° 3 prospetti esterni scala 1:100;

n° 4 sezioni verticali scala 1:100.

Piano Terra

Piano Primo

Piano Secondo

Piano Sottotetto

PARTE B

SVILUPPO DI UN APPROCCIO INNOVATIVO

BASATO SULLA TOMOGRAFIA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA

5)

FASE 2: INDAGINE GEOELETTRICA DI SUPERFICE

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA:

Il nodo centrale del progetto di ricerca è consistito nell’attività sperimentale finalizzata alla verifica dell’approccio diagnostico del sottosuolo, mediante tomografia della resistività elettrica (ERT), quale tecnica di rilievo e caratterizzazione delle litologie liquefacibili con attività sismica.

Lo scopo delle indagini è quindi la caratterizzazione del sottosuolo da un punto di vista geologico-stratigrafico impiegando metodi geofisici di tipo geoelettrico in configurazione tomografica al fine di:

•    identificare le porzioni di sottosuolo potenzialmente soggette al fenomeno della liquefazione;

•    caratterizzare dal punto di vista geofisico le litologie interessate dal fenomeno della liquefazione manifestatosi nella zona in occasione del sisma del 20 maggio 2012 ai fini dell’esportabilità della metodologia di studio in ogni altro contesto comparabile.

 

PRINCIPI DELLA TECNICA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA DI SUPERFICIE: 

La tecnica geofisica utilizzata è stata quella della tomografia della resistività elettrica in superficie (ERT). Il sistema permette di ricostruire la distribuzione spaziale in 3 dimensioni della resistività reale nel sottosuolo con una risoluzione che dipende dalla distanza tra gli elettrodi.

Un numero elevato di elettrodi (molte decine) viene opportunamente disposto sul terreno da indagare; tutti gli elettrodi sono collegati, mediante un apposito cavo multiconduttore, allo strumento di acquisizione.

Le misure finalizzate alla ricostruzione delle resistività nel sottosuolo vengono effettuate utilizzando dispositivi riconducibili ad uno schema di configurazione a quadripolo. Uno strumento, denominato georesistivimetro, immette nel sottosuolo mediante due elettrodi - in genere indicati con A e B - una corrente nota I e misura, tramite due altri elettrodi - M e N - la

differenza di potenziale ΔV che tale corrente produce nei punti del terreno nel quale sono stati posti gli elettrodi stessi.

 

La tecnica ERT consente di passare automaticamente ad una seconda coppia di trasmissione e così via fino a raggiungere il numero massimo di misure indipendenti sui quadripoli ABMN programmati nello strumento. Si ottengono così centinaia/migliaia misure per ciascuna sezione di interesse e, con un apposito algoritmo di inversione, è possibile ricostruire la distribuzione di resistività reale del sottosuolo.

Essendo il terreno disomogeneo, la differenza di potenziale ΔV è funzione, oltre che della distanza tra gli elettrodi, anche della distribuzione di resistività nel sottosuolo: di conseguenza il valore di resistività è una funzione della posizione dei mezzi stessi nel sottosuolo. L’obiettivo della ERT è dunque quello di ricostruire al meglio forma, posizione e resistività dei mezzi a partire da più misure di resistività apparente.

Per quanto riguarda l’interpretazione delle sezioni geoelettriche, in funzione dei terreni presenti nelle aree indagate, è possibile schematizzare nel modo seguente:

  • Alta resistività (colorazione rosso – arancio): terreni di riporto asciutti, sabbie e ghiaie, materiali elettricamente isolanti, guaine, solette e condutture in cemento, trovanti, frammenti litoidi, massicciate stradali e ferroviarie, cavità, fluidi resistivi.
  • Bassa resistività (colorazione blu – viola): terreni limo-argillosi, argille, strutture elettricamente conduttive, masse metalliche, griglie elettrosaldate, cisterne metalliche, serbatoi, binari ferroviari, zone umide, fluidi conduttivi

APPLICAZIONE DEL METODO GEOELETTRICO AL CASO IN ESAME: 

La campagna geofisica è stata effettuata perimetralmente al Palazzo Comunale di Crevalcore in un contesto pertanto completamente urbanizzato. Le misure geofisiche sul campo hanno interessato un perimetro di circa 140 metri lineari per un’area di circa 1600 m2 localizzata intorno al Palazzo Comunale. Il terreno si presenta pianeggiante e completamente pavimentato. La campagna di misurazione ERT 3D da superficie è stata eseguita disponendo gli elettrodi perimetralmente alla sagoma di ingombro del fabbricato al di sotto dei porticati e

 nel giardino interno posto in posizione centrale del Palazzo. Per ubicare la posizione dei picchetti metallici si è fatto riferimento ai risultati della mappatura dei sottoservizi mediante indagine georadar.

Nel caso in esame, le misure ERT sono state condotte in superficie mediante profilo 3D a 89 elettrodi con acquisizione su loop perimetrale quasi continuo con interposizione di punti di misura aggiuntivi interni al perimetro, con infissione nel terreno di elettrodi in acciaio inox della lunghezza di 30 cm successivamente collegati tra loro mediante cavo multi-conduttore. Tale cavo, collegato allo strumento di misura (georesistivimetro Syscal Pro Switch 96), consente la trasmissione della corrente su una coppia di elettrodi e la registrazione della caduta di potenziale su un numero di coppie MN fino a 10 simultaneamente. La misurazione così condotta su tutte le combinazioni elettrodiche possibili, consente una ricostruzione 2D e/o 3D della resistività elettrica del sottosuolo.

L’indagine si è articolata nelle 4 fasi principali delineate schematicamente di seguito:

  • Installazione degli 89 elettrodi di misura (di cui solo 86 utilizzati per le misure) perimetralmente alla struttura con spaziatura 1.5 metri e successivo collegamento a cavi multipolari e connessione allo strumento di misura;
  • Rilievo della posizione effettiva dei fori rispetto a quella di progetto;
  • Acquisizione dei dati dopo verifica ed eventuale minimizzazione delle resistenze di contatto;
  • Controllo della qualità dei dati acquisiti, con eliminazione di valori negativi ed outliers o con deviazione standard alta, ed elaborazione del modello di resistività tridimensionale;

 

I principali parametri di acquisizione delle misure ERT di superficie sono stati i seguenti:

  • Geometria elettrodi: superficiale a 86 elettrodi + polo remoto;
  • Spaziatura elettrodica: 1.5 metri (variabile in alcuni punti a causa di sottoservizi o ingombri sul terreno).
  • Acquisizioni: 2 diversi tipi di array, dipolo-dipolo e il polo-dipolo.

Geometria elettrodica e rappresentazione planare della nuvola dei punti di misura acquisiti.

RISULTATI DELLA TOMOGRAFIA ELETTRICA NEL SITO IN ESAME:

 

Al fine di fornire un risultato finale completo, tutti i dati acquisiti sono stati importati in un unico dataset ed invertiti congiuntamente mediante software di inversione ERTLab64.

 

Al termine di tale processo, i risultati ottenuti sono stati caricati su specifico software di visualizzazione geo-statistica di dati geologico-ambientali con il quale è stata effettuata una sovrapposizione tra planimetria CAD e i dati geoelettrici:

il volume investigato è stato pertanto analizzato e rappresentato sotto forma di sezioni verticali e sezioni orizzontali a colorazione variabile in funzione dei valori di resistività reale calcolata consentendo di analizzare le variazioni nelle tre dimensioni dello spazio.

 

La tavola n° 1 riporta un confronto tra le stratigrafie desunte dalle prove CPTU dove si nota il livello liquefacibile di natura sabbiosa più chiaramente riscontrato nella verticale CPTU1.

Nella Tavola n° 2 il volume indagato è stato elaborato evidenziando le sezioni verticali situate in corrispondenza degli elettrodi di misura perimetrali: al di sotto di 1-1.5 metri di terreno di riporto antropico si notano due diverse distribuzioni di resistività generalmente più conduttive (5-20 Ohm*m) lungo il prospetto nord-ovest e parte di quello nord-est e più resistive (15-40 Ohm*m) su quello a sud-est. Al fondo un mezzo conduttore approssimativamente omogeneo.

La Tavola n°3 riporta un dettaglio sulla sezione relativa al prospetto frontale (facciata su Corso Matteotti) dell’edificio dove appare evidente la minore resistività della porzione destra rispetto a quella a sinistra: si nota pertanto che il livello a maggiore potenziale di liquefazione (evidenziato sotto forma di valore lc nella colonnina a colori) risulta rappresentato da bassi valori di resistività (valori compresi tra 5-15 Ohm*m) che interessano tutta la porzione intorno alla prova CPTU1. La porzione nord-est intorno alla prova CPTU3 (a potenziale di liquefazione più basso) risulta complessivamente più resistiva.

La Tavola n°4, relativa al prospetto sud-est (su via Roma), mostra delle resistività più omogenee ad eccezione della porzione centrale dove è evidente un leggero abbassamento della resitività.

La tavola n°5 relativa al prospetto nord-ovest (su via Cairoli) evidenzia ancora una volta, al di sotto dei 2-3 metri di terreno superficiale, la minore resistività del sottosuolo (z10 Ohm*m) della porzione a sinistra situata in prossimità della prova CPTU1 dove è stato rinvenuto il livello sabbioso liquefacibile rispetto a quella di destra (10-25 Ohm*m); una seconda importante anomalia conduttiva è presente nella zona centrale della sezione.

La Tavola n°6 mostra un rilievo laser-scanning dei prospetti nord-ovest e nord-est del Palazzo Comunale, evidenziando le porzioni maggiormente interessate da deformazioni a seguito del sisma. Le zone colorate in blu indicano un movimento verso l’interno del fabbricato mentre quelle in rosso indicano un movimento verso l’esterno.

La Tavola n°7 riporta una mappa di resistività elettrica riferita alla quota di – 3 metri dal p.c. evidenziando complessivamente la maggiore conducibilità della porzione ovest rispetto alla est.

La Tavola n°7 riporta una mappa di resistività elettrica riferita alla quota di – 3 metri dal p.c. evidenziando complessivamente la maggiore conducibilità della porzione ovest rispetto alla est.

In conclusione, dal punto di vista geologico il sito insiste su terreni di natura prevalentemente argilloso-limosa almeno fino a 20 metri di profondità con la presenza di un livello sabbioso limo-sabbioso compreso tra circa 3 e 5 metri dal p.c. rinvenuto al di sotto del prospetto nord-est del fabbricato.

La caratterizzazione sismica effettuata con i dati desunti dalle prove CPTU ha rilevato tale strato sabbioso potenzialmente liquefacibile (nel caso specifico presumibilmente già liquefatto) situato tra 3.5 e 5.1 metri dal p.c. rinvenuto nella verticale CPTU1 e nella verticale CPTU3 (anche se con granulometrie più fini).

Le integrazioni dei dati stratigrafici, sismici e geofisici ha consentito di evidenziare come le porzioni di sottosuolo di natura sabbiosa soggette a liquefazione (concentrate particolarmente intorno allo spigolo nord del fabbricato) siano caratterizzate da un comportamento geoelettrico marcatamente conduttivo con resistività anche inferiori a 5Ohm*m; si evidenzia come tale comportamento sia stato riscontrato anche nel sito di Mirandola, dalle misure ERT ripetute nel corso del 2016, nell’ambito dello stesso progetto di ricerca.

 

In questo caso l’indagine ERT, a differenza degli altri siti indagati (Mirabello e Mirandola), è stata eseguita con le sole misure di superficie. Le misure in foro, puntualmente eseguite negli altri siti come previsto dal protocollo del progetto di ricerca, sono state infatti qui ritenute inutili, in quanto lo strato potenzialmente liquefacibile era stato precedentemente individuato dalle prove geotecniche standard CPTU tra circa 3.5 e 5 metri dal piano campagna.

 

Il rapporto spessore/profondità di questo strato è favorevole per la sua caratterizzazione mediante sole misure ERT di superficie. Il minor impiego dell’ERT, che ha evitato l’esecuzione di ulteriori fori da armare con elettrodi per l’acquisizione dei dati cross-hole, è stato integrato, con l’accordo di tutti i partner del progetto, con specifiche nuove indagini MASW, finalizzate all’applicazione della nuova tecnica “DIPL” di interpretazione 2D della propagazione delle onde superficiali di Rayleigh. Questo metodo consente di valutare la distribuzione spaziale della velocità Vs delle onde trasversali, svincolandolo dalla ben conosciuta inversione 1D, offrendo quindi un quadro delle possibili variazioni laterali della stessa lungo i profili investigati.

6)

FASE 3: INDAGINE GEOFISICA SPERIMENTALE MEDIANTE ONDE SUPERFICIALI E HVSR

MASW :

 

L’indagine sismica si basa sulla registrazione delle onde sismiche superficiali originate da una sorgente attiva, in questo caso un colpo di mazza, e propagatesi fino ai geofoni a bassa frequenza propria (4.5 Hz). Tradizionalmente questo tipo di dato viene acquisito utilizzando uno stendimento rettilineo di geofoni ed il dato acquisito viene elaborato tramite il metodo Multi-channel Analysis of Surface Waves” (MASW). Tale metodo sfrutta il carattere dispersivo, cioè una velocità di propagazione variabile con la frequenza, delle onde di tipo Rayleigh, generate in abbondanza dal colpo di mazza (70% dell’energia sismica totale). L’inversione della curva di dispersione sperimentale, normalmente ottenuta dall’analisi spettrale delle onde Rayleigh, si fonda su un modello semplificato di sottosuolo a strati piani e paralleli e può portare a interpretazioni dubbie quando il sottosuolo presenta complicate caratteristiche 2D-3D, per esempio discontinuità laterali, ma anche, e tipicamente in ambiente urbano, fondamenta, sottoservizi, ecc. Per aggirare quest’ultima difficolta, nel presente lavoro l’elaborazione dati è stata effettuata tramite la metodologia DIPL (Direct Interpretation of Phase Lags, Bignardi et al, 2015a, 2015b;). Questa tecnica permette di ottenere una pseudo-sezione della distribuzione della velocità di fase delle onde Rayleigh “VR“ capace di metterne in evidenza eventuali variazioni laterali. Considerato che l’onda di Rayleigh si propaga tra la superficie ed una profondità all’incirca corrispondente alla sua lunghezza d’onda, il termine “pseudo-sezione” deriva dal fatto che la VR, derivata dai dati come velocità di fase tra ciascuna coppia di geofoni dello stendimento, viene graficata in un piano cartesiano, in un punto corrispondente al centro della coppia lungo l’asse orizzontale ed in un punto corrispondente alla sua lunghezza d’onda lungo l’asse verticale. Pertanto l’asse verticale della sezione ottenuta non rappresenta una profondità in senso stretto. Tale metodologia si rivela particolarmente utile, affiancata alla MASW, per verificare se l’assunzione di sottosuolo 1D è localmente valida per tutto il profilo oppure no.

 

IL METODO DIPL :

 

La tecnologia MASW è intensamente utilizzata per la determinazione della VS30, parametro fondamentale stabilito dalla normativa per la stima dell’amplificazione di sito nella microzonazione sismica. Essa si basa sulla derivazione della curva di dispersione delle onde superficiali, ottenuta analizzando, tramite opportuna trasformata di Fourier bidimensionale, un sismogramma multi-traccia generato da una sorgente impulsiva. La VS30 viene calcolata come la media pesata delle velocità Vs in funzione degli spessori di una sequenza di strati piano-paralleli (modello 1D). I valori delle Vs e degli spessori dei singoli strati vengono ricavati mediante un algoritmo di inversione, che minimizza la distanza tra la curva di dispersione sperimentale e quella calcolata dal modello 1D.

Ovviamente la principale difficoltà concettuale di questo procedimento risiede nell’assunzione che il sottosuolo investigato sia effettivamente 1D, almeno al di sotto del profilo di misura. Qualora il sottosuolo investigato non sia 1D dal punto di vista della Vs, il modello 1D, comunque ottenibile, è del tutto incoerente con la sua reale struttura fisico-geometrica. D’altra parte un procedimento di inversione dei dati per ricavare un modello esige di poterne simulare la risposta. Poiché la curva di dispersione di un sottosuolo in cui la Vs varia non solo con la profondità, ma anche lateralmente – modello 2D- può confondersi con quella ottenuta da un opportuno modello 1D che però nulla ha da spartire col reale sottosuolo (Bignardi et al., 2014), l’inversione deve essere costruita utilizzando algoritmi di simulazione basati su modelli di sottosuolo realistici (2D-3D) e trattando adeguatamente i dati in modo da evidenziarne il comportamento “locale” all’interno dell’area investigata. Tuttavia, ad oggi non esiste software commerciale che affronti questo problema direttamente e le alternative messe a punto dalla la comunità scientifica comunque si basano sull’inversione 1D di opportuni sotto-insiemi di tracce registrate.

Partendo dalla considerazione che l’informazione 2D è locale, cioè che il treno delle onde di Rayleigh si modifica in corrispondenza della discontinuità laterale (Bignardi et al., 2014), si è costruito un procedimento di calcolo che determina la VR in funzione della rispettiva lunghezza d’onda analizzando separatamente coppie di geofoni appartenenti allo stendimento. Tenuto conto che l’onda di Rayleigh si propaga investendo il sottosuolo fino ad una profondità circa pari alla sua lunghezza d’onda, per ogni coppia, a distanza variabile tra il passo intergeofonico e l’intero profilo, si calcola la VR, in base agli sfasamenti osservati, per l’intervallo di lunghezze d’onda compatibili con quella distanza. Poi se ne grafica il valore in un diagramma x-z nel punto al centro della coppia lungo l’asse x e ad una ordinata z uguale alla lunghezza d’onda. Questa rappresentazione non è dunque una vera e propria sezione verticale della VR, ma piuttosto una pseudo-sezione, in quanto la profondità non è quella reale, ma l’intervallo delle lunghezze d’onda investigabili, comprese tra il doppio del passo inter-geofonico e la lunghezza del profilo.

Il procedimento ricorda la ben nota tecnica SAWS (Nazarian and Stokoe, 1985), ormai abbandonata in favore della MASW, ed è illustrato nella qua a fianco. I pannelli da a) a c) mostrano come diverse coppie di geofoni contribuiscono a costruire la porzione di pseudo-sezione evidenziata, a titolo di esempio, tra i ricevitori 4 e 5. L’area colorata in blu indica che due ricevitori lontani contribuiscono alla parte profonda ma hanno scarsa risoluzione laterale, mentre ricevitori che sono più vicini contribuiscono, con maggiore risoluzione, alla parte superficiale; d) sensibilità geometrica (cioè il numero normalizzato di contributi utilizzati per costruire la pseudo-sezione risultante) è un indicatore della affidabilità del risultato; e) uno schema di come la sensibilità geometrica è collegata alla risoluzione del metodo.

Sul campo, si è proceduto a disporre sul terreno 48 geofoni verticali da 4.5 Hz distribuiti su tre lati del palazzo municipale. Per l’acquisizione dati sono stati impiegati due sismografi digitali (modelli RAS24 e Geode) collegati a 24 geofoni ciascuno.

 

Parametri dei profili eseguiti intorno al Palazzo Municipale:

  • Stendimento L1 (lungo via Roma), lunghezza: 34.5 metri, passo intergeofonico: 1.5 metri;
  • Stendimento L2 (lungo C.so Matteotti), lunghezza: 34.5 metri, passo intergeofonico: 1.5 metri;
  • Stendimento L3 (lungo via Cairoli), lunghezza 34.5 metri, passo intergeofonico 1.5 metri.

 

Di seguito viene riportata l’ubicazione delle prove sismiche effettuate:

HVSR:

 

Un’acquisizione di rumore sismico di tipo HVSR è stata effettuata in due punti situati rispettivamente:

  • all’esterno dell’edificio (H/V03);
  • al centro del secondo piano (HV II_piano)

 

Per l’acquisizione dati sono stati utilizzati due data-logger a 24 bit collegati ad un sismometro 3D modello Sensor (S3S2, M.A.E., Apparecchiature Elettroniche srl. di Frosolone, Molise). La lunghezza temporale di ogni registrazione è stata di 180 minuti con frequenza di campionamento di 250 Hz. Tali misure permettono di valutare la risposta vibrazionale dell’edificato e di valutarne l’attuale frequenza propria, a valle della crisi sismica del 2012). I dati sono stati analizzati mediante l’utilizzo del codice Geopsy (vers. 2.9, 2015; www.geopsy.org) per il calcolo dei rapporti spettrali (H/V) in funzione della frequenza. Per la determinazione dei modi di vibrazione del I e II piano del  palazzo si è fatto ricorso alla tecnica SSR (Standard Spectral Ratio), opportunamente implementata con un codice di calcolo in ambiente Matlab.

 

RISULTATI MASW :

 

Le pseudo-sezioni ottenute dall’elaborazione dei dati MASW con la tecnica DIPL sono riportate nelle Figure M.1, M.2 e M.3. La pseudo-sezione di Figura M.1, relativa a Via Roma, evidenzia la presenza di forti variazioni di VR (aree contrassegnate con A) laterali e verticali soprattutto tra le progressive 15-35m (cioè verso la zona NE del palazzo). Questa anomalia di VR sembra sfumare verso SW e SE (L-3). Questo livello veloce corrisponde ai livelli di sabbia e sabbia limosa riscontrati tra -3.5m e -5m (CPTU1, 3) che passa a limo da sabbioso ad argilloso (CPTU2). Questo livello, indicato con la lettera A, è presente con continuità sotto il profilo L-2 (C.so Matteotti, Figura M.2), mentre torna ad essere discontinuo sotto il profilo L-3 (Via Cairoli, Figura M.3). Le sezioni di VR delle Figure M.2 e M.3 riscontrano ad una pseudo-profondità compresa tra 10 e 11 m un secondo livello caratterizzato da elevati valori di velocità VR (anomalia contrassegnata con B). Alla stessa profondità è stato riscontrato un incremento dei valori di rigidità ottenuti da correlazioni semi-empiriche (vedasi la Relazione Geologica).

Figura M.1: pseudo-sezione 2D della distribuzione della velocità delle onde Rayleigh (VR) del profilo MASW L-1,

acquisito lungo il lato est del palazzo municipale di Crevalcore. A: anomalie di VR

Figura M.2: pseudo-sezione 2D della distribuzione della velocità delle onde Rayleigh (VR) del profilo MASW L-2, acquisito lungo

 il lato nord del palazzo municipale di Crevalcore. A, B: anomalie di VR. L’area in tratteggio indica assenza di dati sperimentali.

Figura M.3: pseudo-sezione 2D della distribuzione della velocità delle onde Rayleigh (VR) del profilo MASW L-3, acquisito

 lungo il bordo occidentale del palazzo municipale di Crevalcore. A, B: anomalie di VR.

Al fine di facilitare le correlazioni spaziali dei risultati delle pseudo-sezioni si riporta in Figura M.4 una rappresentazione a “recinto” delle tre sezioni di velocità ottenute.

Figura M.4: rappresentazione pseudo-3D del quadro d’insieme delle sezioni di velocità VR ottenute. A e B: anomalie di velocità di onde Rayleigh (incremento di Vs). L’area tratteggiata lungo la linea 2 indica assenza di dati sperimentali affidabili, dovuta al forte assorbimento del segnale sismico in questo tratto di profilo, per le frequenze maggiori (lunghezze d’onda minori)

I dati della curva di dispersione ottenuta per il profilo L-2 con l’analisi MASW sono stati invertiti con un algoritmo di inversione “smooth”, ottenendo il modello sismico 1D di velocità delle onde S, Vs (Figura M.5) e del modulo di rigidità (Figura M.6). Il modello ottenuto supporta quanto è stato osservato nella pseudo-sezione di VR (Figura M.1) precedentemente discussa. Nell’inversione dei dati sono stati considerati altri due modi superiori oltre quello fondamentale.

L’inversione dei dati della curva di dispersione ottenuta per il profilo MASW L-2 (Corso Matteotti) è stata effettuata utilizzando un algoritmo smooth che utilizza la strategia di Occam (Constable et al., 1987) che implicitamente produce modelli smooth impedendo di avere discontinuità nette con valori nettamente diversi di Vs da strato a strato. Peraltro, l’utilizzo di questa strategia è suggerito dal fatto che i dati litologici disponibili evidenziano la mancanza di discontinuità ben definite oltre al livello sabbioso riscontrato nei primi 5 metri di profondità.

Il modello Vs (Figura M.5) evidenzia la presenza di sismo-strati meno veloci (inversione di velocità) posti a profondità compresa tra 2 e 5 metri circa. Tuttavia, a partire da 11 m di profondità (questa è reale, non apparente, come nelle Figure M.1- M.4) i valori di Vs (~220-230 m/s) corrispondono allo strato veloce identificato con la lettera B nelle pseudo-sezioni di velocità VR (Figure M.2 -  M.3).

RISULTATI HVSR :

 

il sito di riferimento è stato scelto in un’area nella vicinanza dell’edificio perché si voleva determinare la frequenza di risonanza del terreno, in modo che la normalizzazione degli spettri sia depurata dalle frequenze proprie del terreno.

I risultati ottenuti dall’analisi spettrale e rappresentati dalle curve del rapporto H/V in funzione della frequenza sono riportati nelle figure sottostanti:

L’analisi di questi risultati permette di formulare quanto segue:

  • la frequenza di risonanza, tipica dell’area e denominata F0, risulta essere intorno a 1,14 Hz. Questo valore corrisponde ad un periodo di risonanza intorno a 0,87 secondi e suggerisce la presenza di una discontinuità acustica collocata a profondità compresa tra 80 e 100 m;
  • la curva H/V della prova effettuata al II piano evidenzia la comparsa di altri picchi di frequenza compresi tra 2,60-4,6 Hz (0,22-0,39 secondi).

I risultati dell’analisi SSR tra i dati acquisiti al II piano e quelli in campo (quasi) libero sono riportati nella figura qui accanto. L’analisi SSR fornisce due frequenze di vibrazione del II piano, pari a 5.2 Hz (EW) e 6.2 Hz (NS).

In conclusione, l’osservazione della distribuzione delle fessure, soprattutto quelle passanti, ne evidenzia una maggiore densità concentrata nella zona settentrionale dell’edificio.

L'indagine sismica effettuata, calibrata con i dati geotecnici ottenute da tre CPTU effettuate ai lati SW(1/Cairoli), NW(3/Cairoli-Matteoli) e SE (2/Roma) ha evidenziato la presenza di uno sismo-strato (A in Figura M.4 - quadro d'insieme delle linee 1, 2 e 3) caratterizzato da valori di VR intorno a 255 m/s ed è stato rilevato proprio sotto il sedime settentrionale dell'edificio (i primi 15 metri partendo da corso Matteotti dentro via Cairoli). Andando verso SW e SE questo sismo-strato sfuma a causa di un passaggio litostratigrafico.  

Il sismo-strato veloce, segnalato da una VR~ 300 m/s, rilevato tra 10 e 15 m di pseudo-profondità sembra essere presente soltanto sotto il triangolo SW-NW-NE dell'edificio (linee 2 e 3) mentre sotto il lato SE sembra avere valori di VR più bassi. Variazioni così marcate di VR possono essere attribuiti alla presenza di sedimenti più deformabili associati ad una diversa fase/ambiente di sedimentazione.

La frequenza di risonanza tipica dei terreni in campo quasi libero risulta essere intorno a 1,14 Hz (T=0,87 secondi). La normalizzazione degli spettri di ciascuna componente delle misure di microtremori effettuate al II piano ha permesso di determinare la frequenza di risonanza del II piano che risulta essere pari a 5,2 Hz (T=0,19 sec) in direzione EW e 6,2 Hz (T=0,16 sec) in direzione NS. Questi risultati indicano l’assenza del problema della doppia risonanza terreno-edificio.

7)

FASE 4: INDAGINI APPROFONDITE DI VERIFICA

Eseguite ed interpretate le misure geofisiche ERT 3D, avendo individuato un’importante anomalia conduttiva lungo via Cairoli, è stata ubicata ed eseguita un’indagine geognostica di approfondimento a ridosso del prospetto nord-ovest del fabbricato, consistente in n°1 sondaggio a carotaggio continuo.

Il sondaggio meccanico è stato eseguito mediante sonda idraulica e spinto alla profondità di 10 metri dal p.c. Nell’immagine accanto viene riportata l’ubicazione del sondaggio eseguito.

Tale indagine ha permesso la costruzione di una sezione litostratigrafica esaustiva mettendo a confronto le prove penetrometriche eseguite in precedenza sugli altri tre spigoli del fabbricato con quest’ultima.

 

Di seguito viene riportata la colonna stratigrafica ottenuta dal sondaggio eseguito.

Sezione litostratigrafia ottenuta tramite l’interpolazione delle prove CPTU con il sondaggio S1

8)

FOTO GALLERY

Sopralluogo edificio

Georadar

Crevalcore Sopralluogo Edificio
Crevalcore Georadar

Geologia

Geoelettrica Superficie

Crevalcore Geologia
Crevalcore Geoelettrica Superficie

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