CHIODATURA DELLE TERRE (SOIL NAILING)

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1 1 CHIODATURA DELLE TERRE (SOIL NAILING) prof. ing. Riccardo BERARDI DICCA- Scuola Politecnica - Università di Genova

2 2 CHIODATURA DEL TERRENO - SOIL NAILING Esempi di applicazione

3 3 RINFORZO DEI TERRENI

4 4 Terre rinforzate per sostegno pendii/fronti di scavo Chiodatura Reticolo di micropali creazione nucleo terreno fortemente armato opera massiva + pali come chiodi a taglio, puntoni, tiranti intervento di difficile modellazione (vedi Dispensa) Dowelling Dowelling pali grande diametro verticali resistenza al taglio lungo sup. scivolamento effetto arco

5 5 ORIGINI Generalmente riferite ad una estensione del Nuovo Metodo Austriaco (NATM) per lo scavo delle gallerie (Rabcewicz 1964,1965) in seguito sviluppo di progetti finalizzati condotti in: Germania ( Bodenvernangelung Stocker et al. 1979) USA ( Lateral Earth Support System Shen et al. 1981) Francia ( Clouterre PNC 1991) USA ( FHWA Manual FHWA 1996)

6 6 Principali fasi esecutive esecuzione top top-down down

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8 8 Aspetti generali sull esecuzione CHIODI : infissi, iniettati, jet-grouted nails L (0.7 1) H ; i 0 15 RIVESTIMENTO: spritz beton, pannelli prefabbricati, pannelli gettati in opera (s cm) TERRENO: SCAVO: DURATA: in sito 1 2 m /concio 1 fase completa/giorno DENSITÀ: ~ 3/m 2 (infissi) ~ 1/(1 5) m 2 (iniettati) PROTEZIONE:per corrosione (opere definitive) per gelo ( sovratensioni su armature) DRENAGGIO: fronte di scavo e terreno a tergo

9 9 CHIODI Infissi iniettati (preforo; autoperforanti) d c mm d f mm

10 Esempi di protezione per la corrosione (opere definitive) 10

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12 12 opera provvisionale vita esercizio: mesi (dipende da esigenze progetto) opera definitiva vita esercizio: anni

13 13 PRINCIPALI ASPETTI POSITIVI minor impatto ambientale economicità attrezzature piccole, leggere (aree urbanizzate) flessibilità costruttiva comportamento massivo assenza rivestimento strutturale (spostamenti ammissibili) resistenza carichi sismici no approfondimento sotto piano di scavo diritto uso aree sotterranee (chiodi corti) interventi su opere esistenti

14 14 PRINCIPALI POSSIBILI LIMITAZIONI auto-stabilità fronti di scavo eventuali problemi con acque percolanti interferenza infrastrutture di servizio esistenti (aree urbanizzate - chiodi ravvicinati) sorprese stratigrafiche (v. limiti applicabilità) comportamento lungo termine rivestimento in spritz in zone soggette a gelo-disgelo problemi di corrosione imprese specializzate comportamento passivo (spostamenti) metodi di calcolo

15 CRITERI GENERALI DI APPLICABILITA chiodatura NON è applicabile incondizionatamente - i suoi limiti di applicabilità vanno chiaramente individuati sabbie e ghiaie dense 2. sabbie e ghiaie naturalmente cementate SI 3. sabbie fini con coesione apparente per capillarità e contenuto acqua < 5% 4. argille consistenti non tendenti a creep (argille limose e di bassa plasticità con PI<0.2) 5. terreni residuali e rocce alterate con struttura resistente favorevolmente orientata 6. terreni sopra falda 7. ove scavo di 1/2 m auto-stabile per 24/48 ore

16 CRITERI GENERALI DI APPLICABILITA chiodatura NON è applicabile incondizionatamente - i suoi limiti di applicabilità vanno chiaramente individuati sabbie N SPT <10 ; D R <30% 2. sabbie con U<2 (se non dense) 3. terreni sotto falda (no coesione apparente ; problemi di flusso) 4. terreni organici o argille con LI>0.2 ; c u <50 kn/m 2 5. terreni suscettibili al gelo (limosi) e al rigonfiamento (argillosi) 6. ammassi fortemente fratturati con giunti aperti o vuoti / terreni con ciottoli 7. ammassi con discontinuità deboli e orientazione sfavorevole difficile realizzazione/non convenienza economica: resistenza a lungo termine : 4. problemi generali di stabilità: NO

17 ASPETTI GENERALI SU INDAGINI PROPEDEUTICHE 17 Geologia dell area Sondaggi e scavi esplorativi ( stand-up time ) 1 SPT ogni 1.5 m ove possibile campioni indisturbati livello piezometrico fronte scavo (~ 6x2 m) aperto 3/4 giorni prove identificazione e classificazione (w n, limiti, granulometria, ecc.) prove triassiali UU/CU con misura u ( c u ; c ; φ ) creep ( valutare LI) in ammassi rocciosi parametri per RMR

18 IMPORTANZA FASI ESECUTIVE IN RELAZIONI POSSIBILI DISSESTI 18

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20 IMPORTANZA FASI ESECUTIVE IN RELAZIONI POSSIBILI DISSESTI 20

21 IMPORTANZA FASI ESECUTIVE IN RELAZIONI POSSIBILI DISSESTI 21

22 22 ESEMPI LAYOUT PARTICOLARI PARETI Necessità berma di sostegno

23 Pareti a gradoni Se larghezza berma > ~1. 5 altezza ogni gradone circa indipendente. Altrimenti considerare parete chiodata inclinata. Valutare comunque condizione più critica. 23

24 24 Pareti chiodate composite composite Chiodi + ancoraggi pre-tesi tesi: 1. ancoraggi per stabilità fronte nei confronti sup. scorrimento profonde. Curve superficiali stabilità interna della chiodatura. 2. Funzione primaria per stabilità affidata ad ancoraggi. Chiodi corti per condizioni di stabilità locale e riduzione sollecitazioni globali su elementi strutturali.

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26 DRENAGGIO 26 acque percolanti superficiali (prob. esecuzione parete acque profonde (sovrappressioni e stabilità chiodi) TRINCEE RACCOLTA E ALLONTANAMENTO DRENI (da eseguirsi dopo iniezione)

27 DRENI IN MATERIALE GEOCOMPOSITO: geotessile non-tessuto (filtro filtro) georete (dreno dreno) membrana PVC (cassero( per spritz) 27 VALUTARE (per EFFICACIA dreno nel tempo): permittivit permittività geotessile trasmissivit trasmissività georete

28 28 CRITERI DI COMPORTAMENTO linea trazioni T N agenti sul rinforzo zone attiva e resistente

29 carico massimo normalizzato (misurato) 29 trazioni maggiori nella parte alta e riduzione al procedere scavo ultima fila scarica se non per spostamenti nel tempo To/Tmax (To sul rivestimento) zc/h 0 0,2 0,4 0,6 0,8 Tmax/(γ HKaShSv) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 carico testa chiodo normalizzato (misurato) 1 zc/h 0 0,2 0,4 0,6 0,8 To/(γ HKaShSv) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 γ : peso unità di volume H : altezza parete Ka: coeff. spinta attiva Sh: spaziatura orizzontale Sv: spaziatura verticale 1

30 CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE 30 In esercizio generalmente trazione T N prevalente sui chiodi (anche a causa piccoli spostamenti necessari per mobilitare attrito) Evidenze mostrano che in condizioni limite si deve tenere conto anche di taglio T C e momento M (e quindi di pressioni sul terreno) Sollecitazioni flessionali su teste chiodi (rivestimento rigido)

31 ANALOGIE E CONFRONTI CON ALTRE TECNICHE 31 Terra Armata / Terra rinforzata Geosintetici spostamenti dovuti a costruzione top-down e bottom-up conseguenze su distribuzione trazioni sui rinforzi

32 rinforzi attivi/passivi distribuzione sollecitazioni con la profondità terreno naturale/riporto ecc.. Relazione posizione sup. scorrimento/distribuzione forze di trazione 32

33 SPOSTAMENTI DELLA PARETE Scavi limitrofi: 33 Spostamento orizzontale δ h Spostamento verticale δ V Zona di influenza λ λ

34 34 Rif. : Peck (1969); Mana & Clough (1981); Clough & O Rourke (1990)

35 35 rinforzi passivi SPOSTAMENTI DELLA PARETE spostamento orizzontale δ h spostamento verticale δ v λ = ( 1 tan η ) κ H

36 36 Spostamenti parete e terreno retrostante λ 1.5 H MAX 0.3 H 100 δv,max λ = ( 1 tan η ) κ H

37 37 CRITERI DI ANALISI - STABILITA Presenza rinforzi: incrementa resistenza al taglio lungo potenziale sup. scorrimento riduce forze mobilitanti lungo potenziale sup. scorrimento Stabilità interna interna Stabilità esterna esterna Stabilità interna interna / mista mista

38 38 STABILITA ESTERNA ESTERNA stabilità globale scorrimento blocco capacità portante in fondazione Usuali verifiche geotecniche STABILITA INTERNA INTERNA resistenza a trazione chiodo rivestimento resistenza allo sfilamento resistenza strutturale del chiodo plasticizzazione locale terreno intorno chiodo T o T (traz.) N T C (taglio) M (mom.) p LIM T y T LIM

39 39 STABILITA INTERNA - MODI DI ROTTURA trazione giunzione rivestimento Sfilamento rinforzo Resistenza trazione rinforzo

40 In GENERALE approcci basati su: 40 coeff. sicurezza globali + coeff. parziali su resistenze coeff. sicurezza parziali su carichi e resistenze (EC) esempi di coefficienti parziali EuroCodice EC7- NTC 2008 (criteri generali) tan φ : c : c u : Raccomandazioni Clouterre (specifiche per pareti chiodate) tan φ : c : c u : τ LIM : (da prove) τ LIM : (da relazioni empiriche) σ Y : (chiodi)

41 41 VALUTAZIONE RESISTENZA ALLO SFILAMENTO T = π d L τ LIM a LIM Suggerimenti Raccomandazioni Clouterre Clouterre (1991) TERRENO TECNICA DI ESECUZIONE chiodi ancoraggi infissi iniettati (prex atm.) iniettati (bassa prex) iniettati (bassa prex) iniezioni ripetute sabbie / S1 / S2 / G2 G3 IGU IRS ghiaie G1 argille e limi AL2 IGU IRS marne/ MC2 IGU IRS calcari alterati e fratturati roccia alterata RA2 IGU IRS (confronto con valori per ancoraggi a trefoli)

42 42 τ,lim (MPa) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 SABBIE E GHIAIE IGU IRS S1 S2 G1 G2 G3 τ,lim (MPa) 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 IGU IRS AL2 ARGILLE 0,1 0, N SPT (c/30) N SPT (c/30) 0,5 MARNE/CALCARI ALTERATI E FRATTURATI 0,7 ROCCE ALTERATE τ,lim (MPa) 0,4 0,3 0,2 IGU IRS MC2 τ,lim (MPa) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 IGU IRS RA2 0,1 0, N SPT (c/30) P L (MPa)

43 43 VERIFICHE STABILITA PARETE CHIODATA Basate su equilibrio limite: 1. Approcci basati su spinta delle terre 2. Approcci basati su definizione superficie di scorrimento Nel caso pareti chiodate è preferibile e preferita la seconda opzione

44 1. Spinta Terre 44 semplicità definizione linea max trazioni (scelta empirica, basata su geometria, rigidezza rinforzo, carichi esterni solo per terreni relativam. omogenei 2 soli possibili modi di rottura (traz. e sfilamento) in una sezione ben precisa confronto resistenza chiodo e resistenza allo sfilamento con max Trazione=K γ z S V

45 45 2. Sup. cie scorrimento sup. rottura qualunque coeff. Sicurezza minimo in funzione step di scavo e caratt. dei rinforzi verifiche di stabilità interna e mista terreni disomogenei ottimizzazione posizione rinforzi p.es.: il caso A ha maggiore FS ma probabili spostamenti maggiori a causa distribuz. rinforzi

46 APPROCCI DI CALCOLO 46 Diversi possibili criteri di calcolo/verifica (metodo tedesco ; metodo Davis ; metodo francese ; metodo cinematico ; ecc..). Quasi tutti basati su equilibrio limite, con possibilità di tenere conto resistenza delle inclusioni. P.es.: approccio USA (FHWA) solo sforzi trazione approccio Francia (Clouterre) tutte le caratteristiche di sollecitazione (T N ;T C ;M) Entrambi definiscono un diagramma di resistenza del chiodo ottenuto in base alla capacità del rinforzo di resistere alle sollecitazioni imposte. Punto di partenza è la scelta della potenziale superficie di scorrimento

47 1. Metodo FWHA la resistenza si valuta in relazione alla posizione della sup. scorrimento rispetto diagramma resistenza 47 Q = π d τ R A =T F +Q x R B =T N R C =Q y T F : resist. chiodo/rivestimento; T N : resist. Trazione resistenza chiodo= R A R B R C in funzione posiz. sup. scorrimento

48 48 Il contributo dei rinforzi è dato dalla somma dei singoli contributi Analisi con diverse sup. scorrimento e in diverse fasi di esecuzione

49 49 2. Metodo Francese : Regola del MULTICRITERIO criterio unitario per valutare la perdita di stabilità del rinforzo. Combina curve rappresentative dei diversi criteri di rottura dovute ai singoli meccanismi di interazione. Trazione + Taglio + Flessione

50 MULTICRITERIO 50 C 1 : res. sfilamento C 2 : pressione limite terreno C 3 : rottura barra (traz.+taglio traz.+taglio) C 4 : rottura barra (tenso tenso-flessione flessione)

51 MULTICRITERIO C : T = π d L τ 1 N a LIM l o 4EJ C : 4 2 TC = plim d lo = 2 ES 2 2 T c T N C : + = 1 R 0. 5 R RC RN ( ) 3 C N 2 M T N C : T = p d l l0 R N 4 C LIM 0 C 1 : res. sfilamento C 2 : pressione limite terreno (da risoluzione linea elastica chiodo) C 3 : rottura barra (traz.+taglio traz.+taglio) (da ( criterio generale rottura chiodo per M=0) C 4 : rottura barra (tenso tenso-flessione flessione) (da( criterio generale rottura chiodo per T=0, cerniere plastiche in M= M max e p=p lim ) max lim 51