Interventi di Ingegneria tradizionale: INTERVENTI (PARTE 2) 1

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1 Interventi di Ingegneria tradizionale: interventi che provocano AUMENTO DELLA RESISTENZA AL TAGLIO INTERVENTI (PARTE 2) 1

2 Riduzione del contenuto d acqua e delle pressioni neutre La riduzione della presenza dell acqua conduce, in generale, ad un incremento delle condizioni di stabilità di un pendio (sia esso in terra o in ammasso roccioso) perchè la resistenza aumenta e l azione mobilitante si riduce. Negli ammassi rocciosi la pressione idrostatica all interno di profonde fratture sub-verticali di trazione genera spinte che inducono instabilità. La riduzione delle pressioni neutre può essere realizzata per mezzo di opportune opere di drenaggio e protezione. NOTA Attenzione ad effetti collaterali da conoscere e controllare: possibilità di innesco di movimenti dovuti al flusso transitorio di acqua (opere pre-esistenti sul pendio). INTERVENTI (PARTE 2) 2

3 Il drenaggio può essere di tipo superficiale con trincee drenanti ed in profondità mediante pozzi, gallerie, setti drenanti, fori sub-orizzontali. Le opere di drenaggio possono essere posizionate sia all esterno del corpo in movimento (in genere a monte del ciglio di distacco) sia al suo interno secondo disposizioni planimetriche opportune. Il funzionamento dei sistemi di dreni è diverso a seconda della permeabilità dei terreni interessati: nei terreni permeabili la portata smaltita dai dreni è elevata e, se risulta maggiore di quella di alimentazione della falda idrica si determina un progressivo abbassamento della falda. Se il terreno ha permeabilità bassa, la portata che affluisce ai dreni è limitata, ma l effetto stabilizzante che è dovuto alla diminuzione della pressione neutra, risulta comunque sensibile. INTERVENTI (PARTE 2) 3

4 Trincea drenante Ottima soluzione per la prevenzione e stabilizzazione di frane superficiali, il cui innesco è spesso indotto dall incremento di pressioni interstiziali, sia in relazione a innalzamenti di falda sia in relazione alla progressiva saturazione di strati parzialmente saturi. 1) Trincea drenante (soluzione tradizionale) La trincea scavata è riempita con un terreno a granulometria scelta, eventualmente avvolto in geotessile, con al fondo (di solito) uno o più tubi finestrati. E sistema di drenaggio a gravità. Lo scavo, da 1 ad alcuni m di profondità, è eseguito con ragno meccanico o escavatori cingolati. Le pareti sono rivestite da geotessile non tessuto ad azione fltrante. Sul fondo sono posati tubi microfessurati in PVC; lo scavo è riempito da materiale lapideo calibrato, con funzione drenante, ricoperto con geotessile e chiuso con materiale di risulta. INTERVENTI (PARTE 2) 4

5 Sono disposte sub-parallele alla linea di max pendenza e generalmente confluiscono in una trincea principale posta a valle ortogonalmente alle altre, con il compito di raccogliere ed allontanare l acqua. Frequente è anche il caso di trincee con funzione di fossi di guardia a monte della nicchia della potenziale frana, così come di sistemi di trincee disposte a spina di pesce nel corpo frana, in special modo nei casi di pendii con notevole acclività. Pinzani et al., 2008 Pellegrino et al., 2004 INTERVENTI (PARTE 2) 5

6 Nella zona di valle (dalla quale è necessario iniziare a realizzare le trincee) idonei pozzetti raccolgono le acque e le convogliano verso collettori di scarico. Dettaglio di pozzetto per raccolta acque drenate Stabilizzazione di un versante in frana mediante trincee drenanti, disposte con un interasse di 6 metri. In primo piano si osserva la canaletta rivestita con elementi in calcestruzzo che convoglia lo scarico dei dreni al di fuori dell area. La progettazione, e la realizzazione di tali opere devono essere fatte con estrema attenzione a causa delle conseguenze negative che le trincee possono avere sul precario equilibrio di un versante in frana. Particolare attenzione va posta nel controllare e mantenere efficienti gli scarichi delle acque a valle del tubo di scarico del dreno. INTERVENTI (PARTE 2) 6

7 Scelta del materiale di riempimento 1 Criterio di Permeabilità. Il dreno dev essere più permeabile del terreno naturale. 2 Criterio di Ritenzione. La distribuzione granulometrica deve impedire che le particelle più fini del terreno naturale possano infiltrarsi nei vuoti, provocandone l occlusione. 1 & 2 Terzaghi: D S 15 < 4 85 < D S Criterio di Stabilità. Particelle fini non devono muoversi liberamente attraverso i pori creati dalle particelle di dimensioni maggiori. 2 < D D 60 < 10 5 D= diametro dreno corrispondente al passante indicato dal pedice S= diametro terreno corrispondente al passante indicato dal pedice INTERVENTI (PARTE 2) 7

8 Nota: curva granulometrica e coeff. di uniformità INTERVENTI (PARTE 2) 8

9 NOTE: Poichè generalmente, all interfaccia tra il terreno naturale e quello di riempimento è posto un filtro in geotessile, il criterio di ritenzione è da riferire a quest ultimo. L utilizzo di terre a grana grossa molto permeabili (ghiaietto) permette di soddisfare il criterio di permeabilità. La sommità della trincea è completata con uno strato di argilla compattata, che impedisce l infiltrazione delle acque di ruscellamento: per tale strato si deve impedire la fessurazione per ritiro, adottando terre di bassa plasticità, inserendo eventualmente un telo in geotessile e ricoprendo con terra vegetale per il successivo inerbimento. I tubi finestrati di fondo dovranno avere aperture di dimensione caratteristica A (diametro o larghezza fessura) nel rispetto della seguente condizione: A< (0.5 1)D 85 INTERVENTI (PARTE 2) 9

10 Fasi realizzative (soluzione tradizionale) trasporto in sito dell inerte scavo posizionamento del geotessile NT come elemento filtro-separatore posa del tubo drenante riempimento con l inerte chiusura superiore dell inerte con il geotessile al fine di evitarne l intasamento posa dello strato superiore di terreno inerbimento trasporto in discarica del materiale scavato INTERVENTI (PARTE 2) 10

11 NOTA: inconvenienti della soluzione tradizionale scavo in coltre in frana e le mastranze devono operare nelle varie fasi esecutive entro di essa significativo movimento terra (trasporto materiale drenante e materiale scavato) può essere necessaria una canaletta di fondo in cls. 2)Trincea drenante (con elementi modulari preconfezionati) Soluzione con dreni pre-confezionati (con l impiego generalmente di geo-compositi o pannelli drenanti) che spesso vengono calati già assemblati nello scavo. Questo poi viene riempito con il terreno scavato. INTERVENTI (PARTE 2) 11

12 Fasi realizzative (soluzione con geocompositi) trasporto in sito geocomposito scavo posa del geocomposito con tubo già inserito riempimento con il terreno precedentemente scavato inerbimento. INTERVENTI (PARTE 2) 12

13 Trincea drenante (con elementi modulari preconfezionati) facilità e velocità posa in opera assenza terreno di risulta no trasporto materiale drenante canaletta in cls non necessaria Trincea drenante: soluzione con pannelli drenanti pre-assemblati Scelta geocomposito - permittività (funzione filtrante) - trasmissività (funzione drenante) - efficienza nel tempo (p.es. intasamento) Trincea drenante: soluzione con geocompositi pre-assemblati q NO SI INTERVENTI (PARTE 2) 13 t

14 SISTEMI TRINCEE DRENANTI: ASPETTI DEL DIMENSIONAMENTO In entrambe le soluzioni tipologiche, la funzionalità della trincea (intesa come elevata capacità drenante da mantenersi sostanzialmente costante nel tempo), deve essere garantita: essa dipende, oltre che dalla geometria del sistema di trincee, dalla corretta scelta dei materiali costituenti le stesse. Tale scelta è guidata dal soddisfacimento di alcuni criteri generali. Un sistema di trincee drenanti viene dimensionato in base a: Geometria e morfologia terreno. Modalità di esecuzione, in relazione a dimensioni dello scavo, elementi drenanti, pendenze. Condizioni di stabilità in atto e prefissato grado di sicurezza ricercato. APPROCCI EMPIRICI E SOLUZIONI BASATE SU IPOTESI SEMPLIFICATIVE INTERVENTI (PARTE 2) 14

15 SISTEMI TRINCEE DRENANTI: ASPETTI DEL DIMENSIONAMENTO Geometria per efficace funzionamento Lunghezza sezione trasversale Hutchinson, 1977 estendere tratto a monte per ~ (3 4)S INFATTI l influenza delle trincee si sviluppa completamente ad una distanza pari a circa 3.5 volte l interasse S tra le trincee, a partire dalla loro sezione iniziale INTERVENTI (PARTE 2) sezione longitudinale 15

16 HP: Pendio indefinito con moto di filtraz. staz. con flusso modimensionale parallelo al p.c. F S ( ) 2 τ f c' + γz u0 cos β tgφ' = = τ γz senβcosβ m Se lungo tutta la superficie di scorr. le pressioni interstiziali vengono ridotte ad un valore u < u 0 l incremento del fattore di sicurezza è: F F ( u = MAX 0 u) tgφ' τ m u0tgφ' = τ m ( u = 0) F F MAX ( u0 u) = u u=0 u 0 u max F max 0 0,5 1 1,5 2 tg φ' / tg β EFFICIENZA IDRAULICA E = rapporto tra la variazione delle pressioni interstiziali a seguito del drenaggio e la massima riduzione raggiungibile (nota è valore puntuale dipendente dal tempo): E ( ) ( 0 ) u u u0 u0 u = = = u u u max 0 0 E( t) ( ) 0 Coeff. Sicurezza Fs u ut ( ) ( ) 0 = = u0 Fmax F t = E( t) F F t max u=0 u=uo u=umax EFFICIENZA IDRAULICA MEDIA: INTERVENTI (PARTE 2) INCREMENTO DEL COEFF. DI SICUREZZA PER ANNULLAMENTO DELLE PRESSIONI INTERSTIALI NOTA Il valor medio va bene per caratterizzare ogni punto su tutta la sup di scorr. nel caso di pendio indefinito e riduzione costante delle pressioni interstiziali sulla superficie di scorrimento. 16 Burghignoli e Desideri, ; Di Maio et al., 1986; Desideri et al., )

17 E( t) ( ) u ut ( ) ( ) 0 = = u0 Fmax F t = E( t) F F t max LA VALUTAZIONE DELL INCREMENTO DEL COEFFICIENTE DI SICUREZZA DOVUTO ALL INSTALLAZIONE DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI NECESSITA LA SOLUZIONE DEL PROBLEMA IDRAULICO CHE PORTA AL CALCOLO DELL EFFICIENZA IDRAULICA MEDIA. Il problema della valutazione dell incremento del coefficiente di sicurezza dovuto all installazione di un sistema di trincee drenanti è stato affrontato da diversi Autori e le soluzioni si differenziano per: Ipotesi poste alla base della soluzione dell equazione che esprime il processo di consolidazione nel terreno; Condizioni al contorno iniziali e condizioni al contorno imposte dal sistema drenante Condizioni di saturazione del terreno all intorno della trincea Condizioni di flusso verso la trincea e più in generale, verso il sistema di trincee (flusso piano, tridimensionale) Geometria del problema INTERVENTI (PARTE 2) 17

18 Burghignoli e Desideri, ; Di Maio et al., 1986; Desideri et al., ) Schema geometrico di trincee drenanti e possibile condizione al contorno Trincee parallele secondo linea di max pendenza L>>S => analisi in condizioni piane in una sezione trasversale del pendio (in realtà processo di filtrazione è tridimensionale) Condizioni idrauliche iniziali idrostatiche (stesso risultato con flusso monodimensionale in direzione monte valle) Terreno omogeneo e isotropo (nei riguardi della permeabilità) soggetto a consolidazione indotta da processo di drenaggio k v =k H (ma per k v k H S * = S (k v /k H ) 0.5 ; es. k h =10 k v S * 0.3S) Differenti condizioni al contorno INTERVENTI (PARTE 2) 18

19 Burghignoli e Desideri, ; Di Maio et al., 1986; Desideri et al., ) Efficienza idraulica media a regime valutata per B/H 0 =0.16 (nel caso b. vedi fig prec) B ( B cm H m) H = = = 0 SIGNIFICATIVA INFLUENZA DI INTERASSE S E PROFONDITÀ H 0 NOTA Le variazioni di B/H 0 non influenzano la soluzione significativamente INTERVENTI (PARTE 2) 19

20 Burghignoli e Desideri, ; Di Maio et al., 1986; Desideri et al., ) Fattore Tempo (adimensionale) ( ; '; ν; ; ) T = f k E H t v SIGNIFICATIVA INFLUENZA DEL RAPPORTO S/H 0 es.: COLTRE: k v = m/s E =5000 kn/m 2 ν=0.25 H=3m SISTEMA DI TRINCEE H 0 =3m S=3m oppure 10m H/H 0 =1 T 90 =26 giorni (per S=3m) T 90 =4.5 mesi (per S=10m) 0 INTERVENTI (PARTE 2) (fattore tempo corrispondente al raggiungimento di un efficienza idraulica pari al 90% dell eff idraulica media a regime) 20

21 COMMENTI 1. Processo di filtrazione notevolmente complesso (aspetti idrologici, geologici, geotecnici) 2. Possibili condizioni di flusso tridimensionali 3. Soluzioni semplificate forniscono indicazioni progettuali utili e cautelative MA IPOTESI: PERMEABILITA TRINCEA (NO occlusione NO sovrappressioni) IMPORTANZA COMPORTAMENTO DEL FILTRO INTERVENTI (PARTE 2) 21

22 CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE LE TRINCEE DRENANTI COSTITUISCONO UNA SOLUZIONE UTILE ED EFFICACE PER LA PREVENZIONE E LA STABILIZZAZIONE DI FRANE SUPERFICIALI. IN CONDIZIONI PARTICOLARMENTE IDONEE E CON OPPORTUNA DISTRIBUZIONE PLANIMETRICA SI INCREMENTA LA STABILITA DEL VERSANTE IN TEMPI RAPIDI. I METODI DI DIMENSIONAMENTO SONO SEMPLICI E AFFIDABILI. L INCREMENTO DEL FATTORE DI SICUREZZA NON E GENERALMENTE MOLTO ELEVATO: PUO ESSERE NECESSARIO ACCOPPIARE ALTRO INTERVENTO (e sistema monitoraggio pressioni interstiziali). I SISTEMI CON GEOSINTETICI SONO SEMPRE PIU UTILIZZATI. LA SCELTA E L UTILIZZO SONO BASATI SU CRITERI BEN DEFINITI CHE COSTITUISCONO CONDIZIONI NECESSARIE AFFINCHE UNA SOLUZIONE ESECUTIVA SEMPLICE SIA ANCHE EFFICACE NEL TEMPO. INTERVENTI (PARTE 2) 22

23 Nota (trincee drenanti): Serve ad indurre una variazione del regime di filtrazione, generando un flusso nella sua direzione. Importanza in fase progettuale di valutare attentamente l interasse tra i dreni; loro disposizione planimetrica e loro profondità. INTERVENTI (PARTE 2) 23

24 n = 1 A = 20m B = 1m D = 4m S = 19m S D = 19 4 = 4.75 x/s x h/d h 0,50 9,00 0,95 3,80 0,40 7,20 0,92 3,70 0,30 5,40 0,90 3,60 0,20 3,60 0,80 3,20 0,10 1,80 0,58 2,30 0,00 0,00 0,15 0,60 INTERVENTI (PARTE 2) 24

25 n = 1 A = 10m B = 1m D = 4m S = 9m S D = 9 4 = 2.25 x/s x h/d h 0,50 4,50 0,70 2,80 0,40 3,60 0,65 2,60 0,30 2,70 0,63 2,50 0,20 1,80 0,55 2,20 0,10 0,90 0,40 1,60 q = k N N f d h = ( ) 0,00 0,00 0,05 0,20 m s 2 = INTERVENTI (PARTE 2) 25 l s

26 Tubi drenanti I tubi drenanti sono spesso utilizzati per stabilizzare singole scarpate e fronti di scavo o per la stabilizzazione di movimenti franosi profondi che si verificano nelle zone più acclivi di pendii naturali. Nella configurazioni geometriche adottate più comunemente nelle applicazioni i dreni tubolari sono sub-orizzontali e vengono installati su uno o più livelli lungo sezioni trasversali al pendio. In queste condizioni il drenaggio è tridimensionale. Nota: ci si può ricondurre alle condizioni di moto piano, contenuto in una sezione longitudinale del pendio, quando i dreni sono installati ad un interasse sufficientemente ridotto da poter essere assimilati ad un piano drenante. MISURE DI ALTEZZA PIEZOMETRICA SUL PIANO DEI DRENI E SUL PIANO MEDIO MISURE DI ALTEZZA PIEZOMETRICA SULL ORTOGONALE AL PIANO DEI DRENI INTERVENTI (PARTE 2) 26

27 ESECUZIONE Perforazioni sub-orizzontali leggermente inclinate verso l alto (5-10 ), effettuate con le stesse tecniche di perforazione a rotazione usate per i sondaggi. Entro foro viene inserito tubo micro-fessurato (diam fori mm), generalmente provvisto di calza in geotessile non-tessuto con funzione filtrante (geotessile scelto in base a sua permittività). Nei pendii in rocce fessurate i dreni sono semplicemente costituiti da fori non sostenuti che esplicano un efficace funzione drenante per tempi lunghi, a meno che il materiale fino trasportato dall acqua non provochi l intasamento dei fori. NOTE: Sia in terra sia in roccia importanza di pulizia periodica dei fori con acqua oppure (laddove acqua provochi l erosione delle pareti del foro) con aria compressa. Importanza di monitoraggio press. neutre e della quantità dell acqua drenata. Stabilizzazione di una scarpata in frana mediante l'installazione di tubi drenanti in PVC. Si può osservare l'operazione preliminare di perforazione dei fori mediante macchine perforatrici. La maneggevolezza e la versatilità unita alla potenza di queste macchine, consente la realizzazione di questo sistema drenante nelle più svariate situazioni ambientali. INTERVENTI (PARTE 2) 27

28 Un sistema di dreni tubolari è costituito da un insieme di fori suborizzonatali di piccolo diametro; la pressione interna ai fori è quella atmosferica e l acqua drenata è allontanata per gravità in virtù delle modeste pendenze verso valle. Una diversa inclinazione dei dreni permette, in alcuni casi, di aumentare l efficacia del sistema drenante, ad es. l acqua nelle discontinuità di un ammasso roccioso può essere drenata più efficacemente se i dreni sono orientati in modo da intersecare il maggior numero di discontinuità. INTERVENTI (PARTE 2) 28

29 Costruzione di un pozzo drenante di grande diametro, in calcestruzzo armato. Al centro una macchina perforatrice per la realizzazione dei dreni sub-orizzontali. Sistema drenante profondo costituito da pozzi verticali di grande diametro, abbinati a dreni suborizzontali disposti a raggiera, posti su più livelli. I pozzi sono interconnessi tra loro per consentire lo scarico delle acque drenate per gravità. INTERVENTI (PARTE 2) 29

30 Schema di drenaggio profondo mediante la realizzazione pozzi di grande diametro, e di drenaggi suborizzontali a raggiera disposti su più livelli. NOTA: I tubi drenanti sono spesso utilizzati per stabilizzare movimenti franosi profondi spesso di tipo rotazionale (in quanto possono ridurre il regime delle pressioni interstiziali a profondità elevate). Drenaggio profondo realizzato con galleria drenante e reti di tubi drenanti. NOTE Le lunghezze più comunemente usate variano tra m (sono state anche realizzate dimensioni maggiori). Gli interassi più frequenti sono compresi tra 3 e 20m Spesso più livelli a diverse quote INTERVENTI (PARTE 2) 30

31 PROGETTAZIONE (condotta in generale empiricamente e per tentativi) consiste nella definizione della geometria del sistema di fori drenanti: ORIENTAMENTO FORI LUNGHEZZA FORI (n.b. andare oltre sup. di scorrimento potenziale più profonda) POSIZIONE FORI EFFICIENZA DI UN SISTEMA DI TUBI DRENANTI INTERVENTI (PARTE 2) 31

32 NOTA: Efficienza dipende da k dell acquifero da drenare (necessità di conoscere permeabilità per progettare). Efficienza non tanto legata a quantità di acqua drenata quanto al mantenimento nel tempo della capacità di drenare e nel caso di terreni fini di ridurre sovrappressioni interstiziali. Nei terreni a grana grossa il drenaggio efficiente permette il mantenimento del livello piezometrico alla quota prescelta. In generale efficienza aumenta: NOTA Al diminuire dell interasse tra i dreni. All aumentare del diametro e della lunghezza. Quanto minore è la quota di installazione e maggiore il numero di livelli drenanti. In analogia a trincee drenanti abachi: dei valori dell efficienza a regime in funzione dei parametri geometrici e della posizione del livello dei dreni rispetto al tratto da stabilizzare. Valori del fattore tempo T in funzione dei parametri geometrici. INTERVENTI (PARTE 2) 32

33 Incremento del fattore di sicurezza ( F) ottenuto, nelle condizioni finali, a seguito delll adozione di dreni suborizzontali rispetto alla condizione senza dreni (F 0 ): F/F 0 aumenta: Al diminuire dell interasse tra i dreni. Quanto minore è la quota di installazione. INTERVENTI (PARTE 2) 33

34 Hu = H F/F0 aumenta: Al diminuire dell interasse tra i dreni. All aumentare della lunghezza dei dreni. INTERVENTI (PARTE 2) 34

35 H u = H es.: Formazione stabile di base è a profondità tale da non influenzare le condizioni di stabilità del pendio (pendio TIPO A): F F 0 = 0.25 abaco L H = 2 S = 2H Formazione stabile di base passante per il piede del pendio (pendio TIPO B): F F 0 = 0.25 abaco L H = 1 S = 1.5H INTERVENTI (PARTE 2) 35

36 Nota: Per verificare stabilità dopo intervento occorre definire posizione della falda dopo che intervento di drenaggio raggiunge condizione di regime. MISURE DI ALTEZZA PIEZOMETRICA SUL PIANO DEI DRENI E SUL PIANO MEDIO Da studi in merito emerge: In generale la depressione della falda rispetto alla sua posizione originaria, sembra non coinvolgere l intera lunghezza del tubo di drenaggio. Supporre quindi un abbassamento di falda risultante dal funzionamento del drenaggio per la sua intera lunghezza può portare ad una sovrastima della depressione piezometrica. Al diminuire della spaziatura dei dreni, l efficienza del sistema aumenta. MISURE DI ALTEZZA PIEZOMETRICA SUL PIANO DEI DRENI INTERVENTI (PARTE 2) 36

37 Gallerie e Pozzi drenanti I pozzi e le gallerie drenanti sono sistemi di drenaggio di grande efficacia, ma anche di notevole onere. Si osserva tuttavia che le cortine di pozzi drenanti sono, a volte, l'unico intervento effettivamente in grado, mediante l'abbattimento della falda, di stabilizzare un pendio. Ciò in particolare quando i volumi in gioco e conseguentemente le forze che dovrebbero realizzare l'equilibrio sono di entità tale da far escludere, nella sostanza, gli interventi capaci di fornire dette forze. GALLERIE DRENANTI: POZZI DRENANTI: INTERVENTI (PARTE 2) 37

38 Pozzo drenante Molto onerosi da punto di vista: 1.Progettuale 2.Esecutivo Molto efficaci ma molto costosi Usati per stabilizzare grandi ammassi in frana Notevole captazione di acqua La superficie drenante è costituta dal mantello del pozzo Spesso si dipartono tubi drenanti Diametro da 120 cm a 150cm (con dimensione maggiore anche funzione portante) Impiegati in sabbie, ghiaie e strati rocciosi INTERVENTI (PARTE 2) 38

39 Il progetto di un sistema di drenaggio è basato sulla analisi della rete di filtrazione all'interno del pendio, ed il buon esito dell'intervento è funzione dell'accuratezza delle conoscenze acquisite. L'impianto drenante deve risultare adeguatamente dimensionato per far fronte alle periodiche ricariche della falda ed in funzione dell'entità di riduzione del livello (che si desidera realizzare), correlata all'ottenimento del grado di stabilità che si vuole raggiungere. La potenzialità acquifera del singolo pozzo drenante può essere stimata utilizzando le formule classiche dell'idraulica del sottosuolo. INTERVENTI (PARTE 2) 39

40 Pozzo totalmente penetrante in una falda freatica: Ipotesi: Moto acqua stazionario Flusso radiale verso pozzo, moto orizzontale k noto Q = π k h 2 0 ln h R r r w 2 w R = raggio di influenza del pozzo R = da 10m (limi sabbiosi) a 1000m (ghiaie) INTERVENTI (PARTE 2) 40

41 Pozzo totalmente penetrante in una falda artesiana: Ipotesi: Moto acqua stazionario Moto confinato tra due strati (moto orizzontale) k noto Q ( h h ) 0 = 2πkb R ln r w w R = raggio di influenza del pozzo b= spessore dello strato acquifero INTERVENTI (PARTE 2) 41

42 Pozzo parzialmente penetrante in una falda freatica: Ipotesi: Moto acqua stazionario Flusso radiale verso pozzo, moto orizzontale k noto s 2 2 ( h0 s) ( h s) ( 1 A ) w Q π k + R ln r A = fattore di forma 10r A h2 r w 1.8s sin h2 R = raggio di influenza del pozzo INTERVENTI (PARTE 2) 42

43 Pozzo parzialmente penetrante in una falda artesiana: Ipotesi: Moto acqua stazionario Moto confinato tra due strati (moto orizzontale) k noto 0 Q 2πkb R ln r ( h hw ) ( b s) ( 1+ A ) w b per A 7 ( b s) 0.3b : r w π ( b s) cos 2( b s) 2b R = raggio di influenza del pozzo s b= spessore dello strato acquifero Nota:Formule più complesse tengono conto dell effetto combinato di più pozzi, per falda sia freatica sia artesiana. INTERVENTI (PARTE 2) 43

44 Nota: pozzi di "piccolo" diametro, circa 1,2 1,5 m INTERVENTI (PARTE 2) 44

45 INTERVENTI (PARTE 2) 45

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47 Ancora con la finalità di ridurre il livello di falda (a volte anche abbinata ad un contributo di resistenza strutturale di seguito meglio precisato) vengono eseguite cortine di pozzi drenanti di "grande diametro" (diam 6 m). POZZO può essere: Drenante Stabilizzante Di fondazione I pozzi possono essere contigui, separati, collegati. Generalmente hanno sempre funzione di elemento di raccolta acque drenanti del pendio. INTERVENTI (PARTE 2) 47

48 Pozzo eseguito su pendio Concettualmente il pozzo è elemento strutturale che riceve delle sollecitazioni nella parte sommitale e le trasmette al substrato resistente del terreno nella sua parte inferiore. La cortina di pozzi viene eseguita in genere perpendicolarmente alla direzione di movimento. La rigidezza è assicurata dal riempimento, totale o parziale in cls. Si sfrutta l effetto arco. INTERVENTI (PARTE 2) 48

49 Elemento strutturale gettato in opera e di notevoli dimensioni (orientativamente D da 3m a oltre 15m; L/D<4). Solitamente sezione circolare o ellittica (nelle successive valutazioni sulla stabilità del pozzo nel suo complesso si farà riferimento a sezione quadrata o rettangolare a cui le sezioni reali sono riconducibili in via approssimata). E fondazione profonda con carichi generalmente ortogonali all asse. Spesso impiegati in presenza di coltri (modeste caratteristiche meccaniche) e forti acclività. INTERVENTI (PARTE 2) 49

50 Si consideri caso più generale: pozzo eseguito su pendio 1) Esecuzione della unghia per il contenimento della coltre più superficiale già in fase di apertura della piazzuola di lavoro; 2) Scavo del pozzo a conci successivi Fasi esecutive: 3) Costruzione dell anello per il contenimento di ciascun concio appena aperto. La successione dei vari anelli, tutti eccetto il primo eseguiti per sottomurazione, dà luogo al mantello di contenimento 4) Posa in opera di eventuale orditura longitudinale interna al mantello, usualmente adottata solo per pozzi snelli con comportamento a mensola 5) Riempimento del pozzo con conglomerato 6) Esecuzione del piastrone posto in sommità al pozzo e che costituisce la suola da cui si diparte il ritto della sovrastruttura. N.B. attualmente coronella di micropali INTERVENTI (PARTE 2) 50

51 A seconda di natura terreno gli anelli di contenimento possono essere: a)estesi a tutta la profondità di scavo b)estesi soltanto alla zona di coltre (se il substrato in cui il pozzo viene immerso ha caratteristiche tali da permettere l avanzamento dello scavo senza contenimento). Gli anelli sono solitamente di c.a. a volte con preventivo rivestimento del fronte di scavo con conglomerato spruzzato al fine per contenere i fenomeni di allentamento. In terreni particolarmente spingenti l intero spessore dell anello viene formato con calcestruzzo spruzzato al fine di rendere minima la durata della fase con fronte di scavo non contenuto. INTERVENTI (PARTE 2) 51

52 Talvolta si ricorre a: Diametro di base maggiore (D b >D) ottenuto con scampanamento dell ultimo concio. Al pozzo ancorato per limitare il tratto di lunghezza t introdotto nel substrato (ossia sono fornite mediante ancoraggi o tiranti, forze stabilizzanti ausiliarie in parziale sostituzione della diminuita reazione del terreno a seguito del ridotto valore di t). Sono, in genere, da evitare le fondazioni approfondite mediante scavo a pozzo, ma previste per l esercizio prive del riempimento di conglomerato (inconveniente principale: nel tempo si trasformano in pozzi drenanti per il richiamo e la permanenza di acqua intorno ed entro la fondazione con conseguente riduzione caratteristiche terreno). INTERVENTI (PARTE 2) 52

53 Capacità portante: Terreni coesivi : Q = BWNc cub ( B W ) sezione rettangolare Lτ lim Q πd = 4 2 Nc cub + πdlτ lim sezione circolare INTERVENTI (PARTE 2) 53

54 Capacità portante: Terreni granulari : Q = Q ove Q Q Q b b b S l b = q = q b b + S τ B 2 l BW = lim = A A k c k n γb γb 3 2 W pozzo rettangolare con pozzo quadrato π 2 3 π = qb D = Ak γd pozzo circolare c 4 4 = superficie laterale a contatto con il terreno che fornisce tensioni di attrito W B 4 INTERVENTI (PARTE 2) 54 (Berzantzev, 1965)

55 Dimensionamento anelli nel caso di coltre spingente non in frana Condizione provvisionale-dimensionamento di ciascun anello di contenimento Durante fase di scavo dei conci successivi, gli anelli già eseguiti devono risultare stabili. Se coltre in frana, occorre provvedere tiranti o ancoraggi anello per anello o opere di difesa a monte dello scavo. Poiché la condizione di pressione radiale estesa a tutto l anello non conduce a sollecitazioni flessionali è uso, quando si voglia tenere conto della possibile non omogeneità del terreno, in via approssimata ed a favore di sicurezza riferirsi alle seguenti pressioni applicate al generico anello posto a profondità y: p a = pressione del terreno sull anello a monte calcolata come pressioni agente alla profondità y p a = pressione del terreno sull anello a valle pari al limite ad ½ della pressione agente alla profondità y (a discrezione a seconda dell omogeneità) p a > p a p a = p a - p a f= p a D= forza che assicura l equilibrio INTERVENTI (PARTE 2) 55

56 Le pressioni sugli anelli si calcolano, previa valutazione delle pressioni del terreno agenti alle profondità y ; y (Kezdi, 1960) Spinte attive e passive in condizioni assialsimmetriche: p a = C a D γ 2 p p = C p D γ 2 INTERVENTI (PARTE 2) 56

57 Anello di mensionato per le sollecitazioni massime che si desumono con la sovrapposizione degli effetti: INTERVENTI (PARTE 2) 57

58 Analisi del pozzo: possibili stati di sollecitazione Se caso a) dimensionamento secondo b) Se terreno spingente e reagente allora schema c) l = spessore coltre spingente (non reagente) t = tratto pozzo in strato reagente (non spingente) SOLLECITAZIONI : V ', H ', M ' = sollecitazioni trasmesse da ritto al pozzo F = l 0 p ( y) W dy = spinta della coltre di spessore l SOLLECITAZIONI: V, H, M = sommità alla porzione di pozzo di altezza t (tengono conto div ', H ', M ', F, INTERVENTI (PARTE 2) sollecitazioni applicate in peso tratto di pozzo di altezza l) l = 0 t = L 58

59 IPOTESI: Pozzo rigido; Analisi del pozzo in fase di esercizio Terreno reagisce quale solido elastico alla Winkler con coefficienti di reazione: K h (y) = m h y (ossia variazione lineare con la profondità) K v Alla base si sviluppa reazione di attrito funzione dello scorrimento (T); Si assume nullo l attrito esercitato sulle due facce laterali parallele al piano (xy). INCOGNITE: Rotazione ω Posizione del centro di rotazione y 0 INTERVENTI (PARTE 2) 59

60 Risultante forze verticali : R = V + G [ 2( W + B) t τ ] lim S : S = risultante delle pressioni per unità di profondità p( y) W esercitate dal terreno stabilità pendio Reazione terreno : σ x ( y) ( y) xx = k h ( y) = m y σ ( y) = m y ( y y) tgϖ h xx h 0 INTERVENTI (PARTE 2) 60

61 Forza attrito alla base (attrito funzione dello scorrimento relativo) : T = R f = ηt R w c tgδ = R ( t y ) w c 0 tgω tgδ Nota Scorrimento relativo critico che rende limite il coefficiente di attrito terreno-palo (ossia tgδ): w c =2 3mm per terreni coesivi w c =5 10mm per terreni a grana grossa Coppia alla base : σ yy σ yy = = 1 12 k v m B B 2 3 W B tgϖ 2 m = 1 12 B 3 Wk v η y 0 0 INTERVENTI (PARTE 2) 61

62 Equilibrio alla traslazione orizzontale : t ( y) T + Wσ xx dy H S = 0 0 Equilibrio rotazione intorno O : m t ( y) + Wσ xx ydy + Tt Ss + M = 0 0 INTERVENTI (PARTE 2) 62

63 DETERMINAZIONE DELLA POSIZIONE DEL CENTRO DI ROTAZIONE E DELL ANGOLO DI ROTAZIONE: LO STATO DI TENSIONE-SPOSTAMENTO SPOSTAMENTO È NOTO E LE VERIFICHE POSSONO ESSERE EFFETTUATE (V. PRESSIONE LIMITE LUNGO IL FUSTO ED ALLA BASE; V. STRUTTURALI; V. DI SPOSTAMENTO). INTERVENTI (PARTE 2) 63

64 Nota Per tener conto di certo effetto arco: W =W[1+1/W] con W e W espressi in m e la limitazione W <W+1m Nota Per sezione circolare (con diametro D) valgono le espressioni ottenute con: B W sostituito da πd W ' sostituito da D D Nota Valori orientativi dei coefficienti di reazione: K h (y) = m h y K v kg/cm 3 in roccia Esempio di pozzo su roccia Quando il terreno muta con la profondità in modo discontinuo discretizzare il problema. INTERVENTI (PARTE 2) 64

65 Interventi che provocano AUMENTO DELLA RESISTENZA AL TAGLIO Introduzione di materiale d apporto o tecniche di miglioramento per cambiare le caratteristiche meccaniche del terreno. Il miglioramento delle proprietà meccaniche dei terreni può realizzarsi con differenti procedimenti (a seconda della natura dei terreni, etc): - iniezioni di opportune miscele cementizie nei terreni a grana grossa e nelle rocce fratturate; -addensamento mediante vibrazione nei terreni a grana grossa; -iniezioni di resine nei terreni a grana media e nelle rocce con microfessurazione; -elettrolisi e cottura nelle argille. -Congelamento -Jet-grouting -Etc. Particolare di sigillatura in una parete tufacea mediante iniezione di miscele consolidanti. Sistema jet grouting per la stabilizzazione ed il sostegno dei terreni sabbioso-limosi sciolti di una scarpata stradale in frana. La tecnica del consolidamento dei terreni mediante trattamenti colonnari di jet grouting consente in questi casi di garantire la stabilità dei fronti di scavo ed al tempo stesso di ridurre l'ampiezza degli stessi, riducendo l impatto ambientale. INTERVENTI (PARTE 2) 65