OPERE SPECIALI GEOTECNICHE A SOSTEGNO DELLO SCAVO PER LA REALIZZAZIONE DEL CENTRO COMMERCIALE "TORRI D'EUROPA" A TRIESTE

Transcript

1 SIG - Società Italiana Gallerie Convegno SIG "Le gallerie nelle grandi opere di comunicazione e di servizio" (materiali, tecnologie, impianti e sicurezza) SAlE BolognaFiere, Palazzo Congressi (Bo), 13 ottobre 2004 OPERE SPECIALI GEOTECNICHE A SOSTEGNO DELLO SCAVO PER LA REALIZZAZIONE DEL CENTRO COMMERCIALE "TORRI D'EUROPA" A TRIESTE Ing. Francesco Ambrosini Consigliere e Direttore Tecnico V.IP.P. Lavori S.p.A. Ing. Riccardo De Faveri Ufficio Tecnico V.IP.P. Lavori S.p.A. 1. GENERALITÀ L'esecuzione delle strutture di sostegno dei fronti di scavo in ambito urbano mediante opere speciali geotecniche, siano esse pali, diaframmi o tiranti, riveste un'importanza determinante ai fini della scelta progettuale. In particolare l' interazione tra le opere stesse e le preesistenze limitrofe deve essere valutata in relazione all'eventuale disturbo sia in fase esecutiva che di esercizio. In tale prospettiva riteniamo di particolare interesse descrivere il caso di una paratia di sostegno realizzata da V.I.P.P. Lavori a Trieste per la costruzione del centro commerciale e polifunzionale "Torri d'europa" da parte del Gruppo "Policentro", in considerazione della notevole altezza di sbancamento al piede di una collina e alla vicinanza di edifici di civile abitazione. 2. L'OPERA Il complesso edilizio è ubicato in una zona interessata da un declivio naturale a morfologia variabile e con dislivello massimo di circa 15 m: per raggiungere il piano di imposta delle fondazioni è stato quindi necessario realizzare uno sbancamento del versante per un fronte di circa 275 m ed una larghezza di circa 75 m; l'altezza di scavo è variabile e raggiunge un massimo di 20 m. A sostegno di tale sbancamento è stata eseguita la paratia in oggetto, ancorata con tiranti disposti su più ordini. Le problematiche strutturali e geotecniche, legate alla morfologia del terreno ed all'entità degli scavi, sono aggravate dalla presenza, a ridosso della paratia e per tutto il suo sviluppo, di edifici a 6-7 piani (figura 1, e foto 1, 2, 3), Figura l - Pianta della paratia con evidenziati i contrafforti e la posizione degli edifici esistenti

2

3 foto 3 - Scavo fino a - 20 m 3. INQUADRAMENTO GEOLOGICO La stratigrafia del sito è stata determinata in base a 13 sondaggi a carotaggio continuo, dei quali uno inclinato di 45 ed uno orizzontale. La situazione stratigrafica si presenta variabile con la profondità. Al di sotto di una prima coltre di materiale di riporto si trova, fino a circa -6 m, uno strato eterogeneo di matrice limoso-sabbiosa-argillosa, cui fa seguito un substrato roccioso appartenente alla formazione marnoso-arenacea, detta Flysch, fortemente alterato e rimaneggiato al tetto, in matrice limoso-argillosa. La falda si trova a quota corrispondente al livello di medio mare e quindi circa 4 m superiore alla quota di massimo sbancamento. Oltre alla falda vera e propria si è tenuto presente la filtrazione naturale nel pendio. 4. LA PARATIA DI SOSTEGNO La paratia è costituita da una berlinese a carattere provvisionale a contatto della quale, durante le fasi di scavo, è stato realizzato a settori un muro in calcestruzzo armato. Ultimato il muro per un determinato concio di scavo venivano eseguiti i tiranti e, dopo la tesatura di questi ultimi, si procedeva per un ulteriore concio di scavo con altezza pari all'interasse tra i tiranti stessi. In funzione dell' altezza del fronte di scavo e dei sovraccarichi in superficie, sono stati realizzati tiranti di ancoraggio disposti su un numero di ordini variabile tra 1 e 6. La nicchia di riscontro dei tiranti è stata ricavata nel muro. Con riferimento alle condizioni di esercizio, a paratia ultimata ed a contatto con la stessa sono inoltre stati realizzati dei contrafforti in calcestruzzo che in fase definitiva devono sostenere la

4 spinta dei terreni (foto 4 e 5). In figg. 2 e 3 sono riportati la sezione nella zona di massimo sbancamento ed il prospetto della paratia. La presente si limita alla presentazione della paratia tipo berlinese con il solo getto del muro di paramento in quanto fase provvisionale maggiormente delicata. foto 4 - Costruzione contrafforti a scavo ultimato foto 5 - Costruzione contrafforti

5

6 Le fasi costruttive sono di seguito descritte: Esecuzione paratia di micropali In prima fase è stata realizzata, per l'intero sviluppo, una paratia di micropali, di lunghezza variabile tra un minimo di 7,0 m ed un massimo di 23,5 m, con le seguenti caratteristiche: - Diametro di perforazione: 200 mm; - Interasse: 62,5 cm; - Armatura: tubolare in acciaio Fe5l0 diamo ext. 127 mm, spesso l0 mm. Scavo, esecuzione dei tiranti e getto del muro definitivo in calcestruzzo Lo sbancamento è stato condotto suddividendo l'intera area in due zone e ripartito in fasi, ciascuna corrispondente ad una quota predefinita. Nelle zone di massima altezza si distinguono 6 fasi (figura 2). Al termine di ogni fase di scavo è seguito il getto della parete definitiva in calcestruzzo fino alla quota di sbancamento e l'esecuzione dei tiranti. Dopo la maturazione del calcestruzzo si è proceduto alla tesatura dei tiranti e quindi alla successiva fase di scavo. Al fine di limitare gli spostamenti della paratia durante la fase di lavoro, lo sbancamento è stato sviluppato planimetricamente per fasce alternate di larghezza limitata a circa m (foto 6 e 7). Per la captazione dell' acqua filtrante attraverso il versante allo scopo di controllare l'effetto di sbarramento prodotto dal muro sono stati inoltre messi in opera dei microdreni ad andamento suborizzontale. Foto 6 - Sbancamento per fasce di larghezza limitata

7 Foto 7 - Paramento in calcestruzzo in fase di completamento È interessante far notare che a valle lo sbancamento lambisce le pile della sopraelevata di Trieste (foto 8). A presidio di queste ultime sono state realizzate delle paratie di micropali tirantate, come illustrato in figg. 4 e 5. Gli spostamenti delle pile sono stati controllati mediante rilievi topografici (fig. 6) figura 4 - Paratia di presidio pila n. 22 della sopraelevata di Trieste: pianta

8

9 foto 8 - Sbancamento a ridosso della sopraelevata di Trieste 5. MONITORAGGIO In fase di esecuzione sono stati predisposti gli strumenti per una campagna di controlli che si è protratta per tutta la durata dei lavori. In particolare i controlli comprendono: - N. 3 inclinometri per il rilievo delle deformazioni subite dalla paratia, installati nel tratto di massimo scavo (figg. 7, 8); - N. 9 celle di carico applicate ai tiranti per il monitoraggio della reazione assorbita (fig. 7) - Rilievi topografici su 18 capisaldi in sommità alla paratia per il controllo degli spostamenti della paratia stessa (figg. 9, 10) - Rilievi topografici effettuati sugli edifici esistenti per verificare eventuali movimenti.

10

11 figura l0 - Rilievi degli spostamenti della trave di coronamento 6. CRITERI PROGETTUALI Il progetto è stato condotto tenendo presenti i seguenti criteri: - Richiesta in termini di resistenza ed equilibrio globale; - Controllo e limitazione delle deformazioni. Nelle condizioni in esame, infatti, la scelta progettuale è legata non solo alla richiesta in termini di resistenza ma, soprattutto, alla necessità di limitare gli spostamenti. Lo spostamento del diaframma è, infatti, legato al cedimento del terreno a tergo - e quindi ad eventuali distorsioni che interessano le strutture in adiacenza. Il calcolo è stato condotto avvalendosi del supporto di programmi automatici in grado di simulare le diverse fasi di scavo e di tesatura dei tiranti. In particolare si è fatto ricorso a due diversi modelli di calcolo: Analisi con modello elastoplastico Il versante roccioso è stato schematizzato con una serie di molle elastoplastiche "alla Winkler" simulando il versante in maniera puntuale. A tale scopo è stato utilizzato il programma STRAUSS.

12 Analisi del continuo agli elementi finiti Posteriormente, l'intero ammasso roccioso è stato schematizzato con una modellazione globale del versante roccioso, modellazione nella quale i carichi agenti sull' opera provvisionale non sono stati ricavati da diagrammi di carico bensì direttamente dagli spostamenti e dalle deformazioni cui il versante è sottoposto man mano che si procede nello scavo. La modellazione è stata eseguita con il programma PLAXIS, specifico per la geotecnica. L'analisi è stata condotta nelle due diverse condizioni di breve e lungo termine. I parametri applicati ai terreni e la stratigrafia adottata sono riportati nella tabella 1. Tabella 1 - Parametri di calcolo per i terreni STRATO spessore medio γ breve termine lungo termine Cl 6m 19,5 kn/m3 Cu = 65 kpa C = 0, φ = 25 C2 1m 21 kn/m3 C = 60 kpa, φ= 30 C=0, φ =33 C3 Semi-infinito 21 kn/m3 C=150 kpa, φ =35 C = 0, φ = 42 Nelle condizioni di massimo sbancamento si è considerato che la falda permanga alla quota del medio mare a tergo della paratia e sia invece portata a quota di fondo scavo a valle. La figura 1l mostra lo schema adottato per il calcolo elastoplastico nelle condizioni di lungo termine; le figure 12 e 13 mostrano la mesh di calcolo utilizzata con il progràmma PLAXIS e le condizioni al contorno ipotizzate.

13

14 7. RISULTATI DELLE ANALISI I risultati delle analisi possono essere confrontati con i rilievi effettuati in sito. Analisi elastoplastica L'analisi ha fornito valori delle sollecitazioni in pieno accordo con quanto rilevato dalle celle di carico. In particolare: - Le sollecitazioni di progetto sui tiranti risultano uguali o leggermente superiori a quelle rilevate (tabella2); - Gli spostamenti calcolati in condizioni di breve termine si discostano da quanto rilevato dagli inclinometri, fornendo spostamenti inferiori; - Al contrario, l'analisi a lungo termine risulta maggiormente in accordo con i rilievi effettuati in sito; - L'analisi non fornisce alcun dato, se non attraverso metodi di calcolo indiretti, sui cedimenti del piano campagna a tergo dello scavo. Analisi del continuo L'analisi mediante il programma PLAXIS si è rivelata molto aderente al reale comportamento della paratia, sia in termini di sollecitazioni che di deformazioni. In particolare: - Le sollecitazioni sui tiranti sono in accordo con i riscontri delle celle di carico e leggermente inferiori a quelle ricavate con l'analisi elastoplastica (tabella 2). - Gli spostamenti ottenuti in tutte le fasi di scavo sono aderenti alla realtà sia in condizioni di breve termine che di lungo termine. - Schematizzando globalmente l'intero ammasso, il programma fornisce il profilo dei cedimenti del piano di campagna a tergo dello scavo, elemento importante al fine di valutare la distorsione cui sono soggette le strutture adiacenti. La tabella 2 che segue riassume i risultati relativi agli sforzi sui tiranti ottenuti con i due modelli di calcolo ed il confronto con quelli rilevati alle celle di carico. Tabella 2 - Risultati modellazioni di progetto Tirante Modello Cella di carico Modello ad elastoplastico elementi finiti 1 66 t 67 t 63,8 t 2 63 t 68,9 t 63,2 t 3 74t 65,7 t 71,8 t 4 76 t 70t 68,3 t 5 75 t 74t 60,4 t

15 8. CONCLUSIONI L'impiego di due diversi modelli di calcolo della paratia in esame (modello elastoplastico effettuato con STRAUSS e calcolo agli elementi finiti condotto con PLAXIS) ha portato a valori delle sollecitazioni sufficientemente accurati. La modellazione del continuo ha consentito di ottenere una stima migliore delle deformazioni rispetto all'analisi elastoplastica. Il confronto tra i risultati delle analisi e i rilievi in sito conferma la validità del modello elastoplastico per il progetto, soprattutto in termini di sollecitazioni. Il calcolo agli elementi finiti, sicuramente più laborioso, consente tuttavia di ottenere informazioni sui meccanismi di deformazione ai quali è soggetto l'ammasso e sui cedimenti del piano campagna a tergo della paratia, dati determinanti per la valutazione di eventuali distorsioni dannose per gli edifici adiacenti. Nel caso in esame il ricorso a tale analisi è stato suggerito dalla particolare importanza dell' opera relativamente alle altezze di sbancamento interessate, alla flessibilità della struttura di sostegno in fase provvisionale e alla sensibilità delle strutture esistenti ad eventuali deformazioni interessanti l'ammasso. Attualmente il complesso edilizio, composto da due piani interrati e sei fuori terra, è in esercizio ed ospita numerose attività commerciali, direzionali e di intrattenimento. La campagna di monitoraggio, proseguita per tutte le fasi di scavo e di costruzione fino all'esecuzione delle strutture interne, ha segnalato spostamenti contenuti entro valori compatibili con quelli stimati in fase di progetto. Non sono state rilevate lesioni nelle strutture esistenti a ridosso del fronte di scavo. Ringraziamenti Si ringraziano il Prof. F. Colleselli e l'ing. F. Carnevale per l'interessante sviluppo del modello ad elementi finiti.