Tipo di Indagini Geognostiche

Le indagini geognostiche sono costituite da 3 prove penetrometriche dinamiche (SCPT), realizzate attorno alla Canonica, essendo quelle statiche impossibili da realizzarsi causa la natura inconsistente del terreno di ancoraggio del penetrometro.

La Prova Penetrometrica Dinamica (SCPT) consiste nell'infiggere verticalmente nel terreno una punta conica metallica posta all'estremità  di un'asta d'acciaio.
L'infissione avviene per battitura facendo cadere da un'altezza costante un maglio di peso standard.
Si contano i colpi necessari per la penetrazione di ciascun tratto dell'asta di lunghezza stabilita (20 cm) e si deduce la resistenza del terreno che è funzione inversa della penetrazione per ciascun colpo e diretta del numero di colpi per una data penetrazione.
Le tre prove realizzate sono state spinte fino alla profondità  di m. 5,40; m. 5,10 e m. 8,40 rispettivamente.

La situazione del terreno, evidenzia tre orizzonti litologici principali distinti da opportuni parametri geotecnici desunti da fonti bibliografiche e dall'analisi del grafico di Terzaghi "“ Peck, utilizzando le correlazioni tra Nspt e coesione non drenata.

Fig. 2: Orizzonti litologici del sito

Lo strato superficiale denominato "Orizzonte A" parte da p.c. fino ad una profondità  variabile da 1,2 a 1,5 m. (vedi fig. 2) caratterizzato da "litotipi mediamente poco addensati, frammisti a trovanti" intesi come materiale di riporto.
I Parametri geotecnici principali sono dati da: 

peso di volume g : 18 kN/m3
coesione non drenata Cu: 30 - 40 kPa
angolo di attrito interno f: 0°
modulo di deformabilità  del materiale E: 40 Kg/cm2


Lo strato mediano denominato "Orizzonte B" è compreso tra la profondità  variabile di 1,2 - 1,5 m. a quella di 8,50 m. ed è caratterizzato da elementi litologici coesivi (limi "“ argille) con trovanti lapidei.
Parametri geotecnici principali: 

peso di volume g : 18 kN/m3
coesione non drenata Cu: 60 - 80 kPa
angolo di attrito interno f: 0°
modulo di deformabilità  del materiale E: 50 Kg/cm2


In tale strato, tuttavia, nelle prove SCPT 1 e SCPT 2 si rintraccia un ulteriore "Suborizzonte B1" di profondità  variabile da 3,0 a 3,3 m. caratterizzato da da una diminuzione del numero di colpi per il suo attraversamento, rispetto alla media di quelli necessari per l'attraversamento generale dell'Orizzonte B (Nspt = 10).
In questo caso si ha: 

peso di volume g : 18 kN/m3
coesione non drenata Cu: 20 - 30 kPa
angolo di attrito interno f: 0°
modulo di deformabilità  del materiale E: 30 Kg/cm2


Alla profondità  di circa 8,50 m da p.c. si individua uno strato compatto "Orizzonte C" (marne - arenarie) caratterizzato dal netto rifiuto all'avanzamento della punta della prova SCPT.
I valori ricavati sono: 

peso di volume g : 20 kN/m3
coesione non drenata Cu: 0 kPa
angolo di attrito interno f: 35°
modulo di deformabilità  del materiale E: 150 Kg/cm2



L'argilla del terreno presenta negli Orizzonti più superficiali un "alto indice di attività " costituito da rigonfiamenti e collassi in seguito a cicli di umettazione ed essiccamento.
Le molecole di argilla tendono cioè a legarsi con l'acqua, alterando lo stato di consistenza delle medesime, passando dallo stato solido a quello plastico giungendo in ultimo a quello liquido.
Così, essa tende ad imbibirsi stagionalmente di acqua rammollendosi (effetto "softening"), provocando la diminuzione della pressione efficace, dell'attrito e della coesione del terreno con conseguente riduzione di resistenza a taglio, che è la principale forza resistente.


Nel caso del Complesso Parrocchiale di Sant'Antonino è utile utilizzare la formula di Terzaghi per ricavare la capacità  portante del terreno sotto le fondazioni dei vari fabbricati, poiché esse sono continue (nastriformi) in tutti i fabbricati e il piano campagna d'appoggio della fondazione può considerarsi orizzontale.

Il metodo di studio applicato da Terzaghi è quello dell'equilibrio limite e consiste nell'individuare la superficie di scorrimento più critica, ipotizzando una distribuzione di tensioni lungo di essa e risolvere il problema con l'equazione di equilibrio globale del terreno considerato come corpo rigido all'interno della superficie di scorrimento.
Essendo la base di fondazione ruvida - come a S. Antonino - l'attrito e l'adesione fra terreno e base di fondazione impediscono l'espansione laterale. Allora il terreno entro la regione ADB (vedi fig. 3) permane in uno stato elastico e agisce come se fosse una parte della fondazione e penetra nel terreno sottostante come un cuneo.
Le due facce del cuneo formano l'angolo F con l'orizzontale e la resistenza offerta dal peso del terreno g, dal sovraccarico q e dalla coesione c si possono valutare separatamente l'una dall'altra.
Detto cuneo ADB non può penetrare nel terreno finché la pressione sui suoi lati inclinati non è uguale alla spinta passiva sviluppata dal terreno adiacente e quindi il carico critico è calcolabile sulla base dell'equilibrio statico del cuneo ADB.

Fig. 3: Schema di funzionamento della Formula di Terzaghi

Calcolo della Capacità  Portante del terreno e Cedimenti

Nel mese di agosto del 1999, la Parrocchia, per interessamento di Michele Cuzzoni, ha incaricato il geologo dr. Andrea Nava di eseguire alcuni rilievi ed indagini sul suolo ove si erge la Chiesa Parrocchiale.
La preliminare relazione geologica del luogo evidenzia come la Parrocchia sia stata edificata:

su "terreni di copertura giacenti al di sopra della Formazione delle Arenarie di Serravalle, in contatto tettonico con la formazione delle Marne Fossili di S. Agata a Nord e con la Formazione delle Marne di Monte Lumello a Sud". (cfr. fig. 1).


La formula di Terzaghi utilizzata per il calcolo della capacità  portante è:

Qult = Sc . c . Nc + g . D . Nq + sy 0,5 g . B . Ng

Ove:

Nc, Nq, Ng  = fattori di capacità  portante adimensionali ricavati con l'angolo di attrito interno dei materiali dal Diagramma di Terzaghi.
Sc, Sy = coefficienti che dipendono dal tipo di fondazione
g = peso di volume del terreno interessato
c = indica la coesione non drenata
B = larghezza della fondazione
D = indica la profondità  del piano di posa da p.c.

I dati proposti nei paragrafi , consentono di ricavare in condizioni non drenate (Cu > 0 e f = 0). In base alle ipotesi considerate si pone inoltre:

Nc = 5,14 - Nq = 1,03 - Ng = 0 - Fondazione nastriforme: Sc = 1,0; Sy = 1,0


Dalla formula precedente si può ricavare il carico unitario massimo ammissibile (qa), dividendo la capacità  portante del terreno Qult per il fattore di sicurezza pari a Fs = 3 (D.M. 11/03/88), con la formula:

qa = Qult / Fs  

espressa in kg/cm^2

Si può ora procedere al calcolo del Carico unitario massimo ammissibile per i vari corpi di fabbrica, osservando che per la Chiesa, la Canonica ed il Campanile si utilizzano i dati forniti dalla Relazione.


Poiché le formule adottano il Sistema Internazionale di misura, tutti i risultati, in base alle ipotesi fornite, sono espressi in kPa = kN/m^2.

Essendo ancora accettabili per determinati calcoli sui cedimenti la notazione arcaica di kg/cm2, si riportano i valori convertiti nelle antiche unità  di misura ricordando il fattore di conversione:

1 kPa = 1 kN/m^2 = 100 kg/m^2 = 0,01 kg/cm^2

Fabbricato: Chiesa + Canonica
Orizzonte B - Dati: B = 1,00 m; D = 3,80 m -
Qa = Qult / 3 = 1,2 kg/cm^2

Fabbricato: Campanile
Orizzonte B - Dati: B =1,50 m; D = 4,30 m -
Qa= Qult / 3 = 1,56 kg/cm^2

Fabbricato: Rustico Canonica
Fondazione nastriforme: B = 0,50 m; D = 1,00 m
Orizzonte A: c = 30; g = 18
Dati: Sc = 1,00; Nc = 5,14; Nq = 1,03 ; Ng = 0
Qult = Sc . c . Nc + g . D . Nq + sy 0,5 g . B . Ng
Qult = 1,00 . 30 . 5,14 + 18 . 1 . 1,03 + 0 » 172,74 kPa = 1,72 kg/cm2
Qa = 1,72 / 3 = 0,573 kg/cm^2

Riassumendo, si puಠracchiudere in una tabella i carichi massimi unitari ammissibili ritrovati con le formule per ognuno dei fabbricati considerati:

Da opportuni calcoli, utilizzando le relazioni di Terzaghi e di Shultze e Menzenbach, supponendo valida la configurazione delle fondazioni vista nei paragrafi precedenti, e sottoposte ad un carico applicato uniformemente e pari alla pressione unitaria ammissibile, si può ottenere il valore dei cedimenti del terreno di fondazione, calcolato nel lungo periodo (10 anni) se la situazione rimanesse come nello stato attuale (vedi Relazione):

Chiesa + Canonica (DH-2000-2010) = 19,23 cm


Campanile (DH-2000-2010) = 4,73 cm


Rustici Canonica (DH-2000-2010) = 50,25 cm


NOTA: Dopo gli interventi di restauro del 2001-2006, i cedimenti sono risultati dell'ordine di pochi mm, rispetto ai valori sopraesposti.

Verifica di Stabilità  del Pendio e Conclusioni

Si tratta di controllare, in accordo col D.M. 11 marzo 1988, sez. G, se il terreno in pendio è sicuro o meno, cioè se il suo fattore di sicurezza è almeno pari a 1,3, come stabilito dal presente Decreto.

Nella situazione a lungo termine, considerando un'inclinazione media di 30°, il risultato ottenuto è di 0,28, altamente al di sotto del limite di Legge.

Dai dati analizzati la situazione del Complesso Parrocchiale è assai precaria.
Si rimanda ai successivi capitoli per l'analisi in dettaglio dei singoli edifici e le relative proposte di soluzione.