DECRETO PRESIDENTE DELLA REPUBBLICA , N.

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1 Normativa DECRETO PRESIDENTE DELLA REPUBBLICA 7 Gennaio 1956, N Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro nelle costruzioni DECRETO LEGISLATIVO 9 aprile 2008, n Attuazione dell'articolo 1 della legge 3 agosto 2007, n. 123, in materia di tutela della salute e della sicurezza nei luoghi di lavoro. DECRETO MINISTERIALE Norme tecniche sulle Costruzioni D.M.

2 D.P.R. 164/56 = D.Lgs. 81/2008 Art Splateamento e sbancamento 1. Nei lavori di splateamento o sbancamento eseguiti senza l'impiego di escavatori meccanici, le pareti delle fronti di attacco devono avere una inclinazione o un tracciato tali, in relazione alla natura del terreno, da impedire franamenti. Quando la parete del fronte di attacco supera l'altezza di m 1,50, e' vietato il sistema di scavo manuale per scalzamento alla base e conseguente franamento della parete. 2. Quando per la particolare natura del terreno o per causa di piogge, di infiltrazione, di gelo o disgelo, o per altri motivi, siano da temere frane o scoscendimenti, deve essere provveduto all'armatura o al consolidamento del terreno. 3. Nei lavori di escavazione con mezzi meccanici deve essere vietata la presenza degli operai nel campo di azione dell'escavatore e sul ciglio del fronte di attacco. Il posto di manovra dell'addetto all'escavatore, quando questo non sia munito di cabina metallica, deve essere protetto con solido riparo. 4. Ai lavoratori deve essere fatto esplicito divieto di avvicinarsi alla base della parete di attacco e, in quanto necessario in relazione all'altezza dello scavo o alle condizioni di accessibilita' del ciglio della platea superiore, la zona superiore di pericolo deve essere almeno delimitata mediante opportune segnalazioni spostabili col proseguire dello scavo.

3 Art. 119 Pozzi, scavi e cunicoli 1. Nello scavo di pozzi e di trincee profondi più di m 1,50, quando la consistenza del terreno non dia sufficiente garanzia di stabilità, anche in relazione alla pendenza delle pareti, si deve provvedere, man mano che procede lo scavo, alla applicazione delle necessarie armature di sostegno. 2. Le tavole di rivestimento delle pareti devono sporgere dai bordi degli scavi di almeno 30 centimetri. 3. Nello scavo dei cunicoli, a meno che si tratti di roccia che non presenti pericolo di distacchi, devono predisporsi idonee armature per evitare franamenti della volta e delle pareti. Dette armature devono essere applicate man mano che procede il lavoro di avanzamento; la loro rimozione può essere effettuata in relazione al progredire del rivestimento in muratura. 4. Idonee armature e precauzioni devono essere adottate nelle sottomurazioni e quando in vicinanza dei relativi scavi vi siano fabbriche o manufatti le cui fondazioni possano essere scoperte o indebolite dagli scavi. 5. Nella infissione di pali di fondazione devono essere adottate misure e precauzioni per evitare che gli scuotimenti del terreno producano lesioni o danni alle opere vicine con pericolo per i lavoratori.

4 6. Nei lavori in pozzi di fondazione profondi oltre 3 metri deve essere disposto, a protezione degli operai addetti allo scavo ed all'asportazione del materiale scavato, un robusto impalcato con apertura per il passaggio della benna. 7. Nei pozzi e nei cunicoli deve essere prevista una adeguata assistenza all'esterno e le loro dimensioni devono essere tali da permettere il recupero di un lavoratore infortunato privo di sensi. Art Deposito di materiali in prossimita' degli scavi 1. E' vietato costituire depositi di materiali presso il ciglio degli scavi. Qualora tali depositi siano necessari per le condizioni del lavoro, si deve provvedere alle necessarie puntellature. Art Presenza di gas negli scavi 1.

5 D.M N.T.C. 6.8 OPERE DI MATERIALI SCIOLTI E FRONTI DI SCAVO Le indagini geotecniche devono tener conto della profondità, dell ampiezza, della destinazione e del carattere permanente o provvisorio dello scavo Il progetto deve definire un profilo di scavo tale che risultino rispettate le prescrizioni di cui al (Ed Rd) e la verifica deve essere condotta con modalità analoga a quella indicata per i manufatti di materiali sciolti. Nel caso di scavi realizzati su pendio, deve essere verificata l influenza dello scavo sulle condizioni di stabilità generale del pendio stesso. Il progetto deve tener conto dell esistenza di opere e sovraccarichi in prossimità dello scavo, deve esaminare l influenza dello scavo sul regime delle acque superficiali e deve garantire la stabilità e la funzionalità delle costruzioni preesistenti nell area interessata dallo scavo. Perscaviintrinceaafronteverticaledialtezzasuperioreai2m,neiqualisiaprevistala permanenza di operai, e per scavi che ricadano in prossimità di manufatti esistenti, deve essere prevista una armatura di sostegno delle pareti di scavo.

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7 Caratteristiche dei terreni e differenza di comportamento DISTINZIONE TRA ROCCE rocce coerenti rocce semicoerenti rocce pseudocoerenti TERRE terre a comportamento granulare terre a comportamento coesivo

8 ROCCE Le rocce sono aggregati naturali formati da più minerali (raramente da uno solo) e anche da sostanze non cristalline fortemente cementati tra loro. Le rocce derivano da tre processi chimico-fisici fondamentali: precipitazione da una soluzione (sedimentarie), ricristallizzazione allo stato solido (metamorfiche) e cristallizzazione da un fuso(magmatiche).

9 tonalite brecciamarmo carbonatica

10 Distinzione tra tipologia di rocce Rocce coerenti: costituiti da materiali tenaci massicci o in strati con elevata coesione(5 10 MPa). Se isolati conservano le medesime caratteristiche fisico chimiche anche dopo una prolungata immersione in acqua Rocce semicoerenti: litologie ad elevata scistosità (o in generale superfici di discontinutà). Bassa resistenza meccanica (0.1 5 MPa) però costante dopo prolungata immersione Rocce pseudocoerenti: composte in prevalenza di argilla o sottili strati lapidei alternati a livelli di argilla. Se immersi perdono le loro caratteristiche meccaniche

11 Terre Terre a comportamento granulare: terreni compresi tra le sabbie e le ghiaie caratterizzati da reazione agli sforzi di taglio imputabili essenzialmente alla resistenza per attrito interno ossia alle forze di attrito che si generano in corrispondenza della superficie di contatto tra i granuli

12 Terre Terre a comportamento coesivo: le loro caratteristiche meccaniche sono condizionate essenzialmente dalla coesione esistente tra le particelle argillose. La loro coesione varia tra 10 kpa e 0.5 MPa. Poiché le forze in gioco sono legate all attrazione elettrostatica tra gli elementi lamellari l aumentare del contenuto in acqua riduce sensibilmente la la loro compattezza sino ad assumere un comportamento da plastico a fluido-viscoso

13 La stabilità di un fronte di scavo è legata a diversi fattori; la complessità del sistema e la variabilità delle condizioni ambientali fanno sì che quelli da considerare siano molteplici: I principali sono: - struttura geologica - geometria del pendio/fronte di scavo - tipo di pendio(naturale, artificiale, in scavo, in rilevato ecc.) - litologie presenti(terre o rocce) - condizioni idrogeologiche - sollecitazioni esterne(sovraccarichi, sismicità ecc.)

14 Differenza di comportamento tra terre e rocce Negli ammassi rocciosi i collassi/franamenti si sviluppano lungo superfici di debolezza già presenti mentre nei depositi di terreno (se omogenei) le superfici di rottura sono di neoformazione

15 Valutazione della stabilità di un fronte di scavo in materiale sciolto Elementi di valutazione: 1 inclinazione fronte 2 altezza fronte

16 τ = m τ f F S Criterio di rottura τ f = c + σ tanφ = c + (σ -u) tanφ

17 L angolo di resistenza al taglio di un terreno è dovuto a due componenti principali: 1 -l'attrito che si esercita nelle superfici di contatto tra i grani; 2 -l'interconnessione, che tiene conto di come le particelle di terreno sono disposte; essa dipende a sua volta: dalla forma delle particelle, dalla loro disposizione spaziale e dalla distribuzione granulometrica delle particelle stesse. Coesione: 1 legata alle forze di tipo elettrostatico che si originano sulla superficie degli elementi minerali (solitamente fillosilicati) con dimensione minore di mm

18 Stabilità a lungo termine di un pendio indefinito La stabilità dei fronti in terreni granulari (privi di coesione) dipende dalle caratteristiche geometriche e valore dell angolo di attrito FS = tgφ/tgβ

19 Stabilità a lungo termine di un pendio costituito da terreni dotati di attrito, coesione e presenza di acqua Metodi di calcolo più complessi - Metodi lineari (comportamento a rottura o sforzi/deformazione) Metodi di calcolo semplificati Carte di stabilità

20 Carte di stabilità es. Abachi di Hoek

21 E stabile?

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23 Nella nostra regione i terreni presenti sono prevalentemente di tipo granulare e caratterizzati da scarsa coesione. L angolo di riposo finale di un pendio per terreni incoerenti è pari all angolo di attrito del terreno: in realtà a breve termine si può avere un pendio stabile secondo un angolo superiore a quello di attrito, per effetto delle coesione apparente dovuta ad umidità, cementazione, costipazione, presenza di radici ecc. Il contributo dato dalla coesione apparente (o pseudocoesione) è di difficile valutazione e pertanto in genere non è considerato nei calcoli di stabilità Ai fini delle problematiche legate alla sicurezza è opportuno valutare la stabilità dei fronti di scavo a breve termine Questo tipo di analisi considera il comportamento a rottura del fronte di scavo su pendenze maggiori della pendenza di stabilità (a lungo termine). Ad es. innesco di una frana e successiva tendenza al profilo di equilibrio

24 Comportamento a breve termine (Mohr Coulomb)

25 Considerazioni operative terreni naturali φ20-40 quindi superficie di rottura tra 55 e 65 se consideriamo un FS di 1.3 (vecchia normativa) superficie di rottura tra In ogni caso la stabilità a breve termine di un fronte di scavo in materiali sciolti, in assenza di calcoli specifici non potrà mai essere garantita per fronti con stabilità superiore a 55 65

26 Valutazione della stabilità di un fronte di scavo in roccia

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29 CARATTERIZZAZIONE GEOMECCANICA DEGLI AMMASSI ROCCIOSI L obiettivo della caratterizzazione geomeccanica degli ammassi rocciosi è di ricavare dati quantitativi per la progettazione ingegneristica Quando l ammasso roccioso è molto fratturato per la presenza di più sistemi di discontinuità, che lo scompongono in blocchi, in termini di resistenza si valuta un comportamento globale dell ammasso. Per le dimensioni e le collocazioni del volume significativo dell ammasso, non è possibile, evidentemente, realizzare prove in situ o in laboratorio, che forniscano dati rappresentativi del comportamento globale. I metodi che vogliamo trattare non consistono nel semplice studio delle misure e prove geotecniche in sito ed in laboratorio, ma hanno lo scopo di tradurre in numeri le caratteristiche geologiche degli ammassi rocciosi. Dette caratteristiche influenzano il comportamento tecnico delle rocce, dando origine a diverse condizioni geomorfologiche, ed idrogeologiche

30 Questi metodi trovano origine nell ambito della Ingegneria Mineraria. Nascono per la progettazione di gallerie ma sono stati, poi, utilizzati per diversi scopi (analisi della stabilità dei versanti in roccia) Si basano sul rilevamento e la misura delle proprietà del materiale costituente (ammasso roccioso) e sulle correlazioni di queste ai carichi ed alla scelta degli interventi; Si distinguono: Metodi empirici(terzaghi, Protodiakonov) Metodi analitici diretti: consistenti nella suddivisione in classi dell ammasso roccioso in maniera più precisa che nel metodo precedente(lauffer, Pacher, etc.) Metodi quantitativi diretti: in cui le caratteristiche degli ammassi rocciosi sono valutate con misure quantitative(r.m.r. di Bieniawsky, metodo Q di Barton, Lien e Lunde). Questi ultimi sono i più utilizzati nelle valutazioni che riguardano la stabilità dell ammasso roccioso

31 Indici di qualità e classificazioni geomeccaniche Le classificazioni geomeccaniche furono elaborate proprio con l'obiettivo di fornire indici di qualità mediante l'analisi sistematica, effettuata con criteri il più possibile standardizzati, di alcuni parametri caratteristici degli ammassi rocciosi. Gli indici di qualità, espressi da un numero, forniscono indicazioni sulla qualità complessiva dell'ammasso, sulla base della differenziazione di classi di qualità. Esistono inoltre relazioni che permettono, da tali indici, di stimare i parametri di resistenza dell'ammasso e prevedere il suo comportamento su pendii o in gallerie I parametri in ingresso delle più importanti classificazioni utilizzate nella pratica e nel seguito elencate, riguardano in prevalenza la definizione qualitativa e quantitativa di alcune caratteristiche delle discontinuità, della matrice o dell ammasso nel suo complesso:

32 Spaziatura dei giunti Orientazione dei giunti Condizioni dei giunti Indice RQD Acqua nei giunti e condizioni di filtrazione Resistenza della matrice rocciosa Normalmente, per i rilievi in ammassi rocciosi si seguono le Raccomandazioni dell Associazione Internazionale per la Meccanica delle Rocce (I.S.R.M., 1975)

33 Giacitura degli strati, dei versanti e delle discontinuità Fettuccia metrica per Spessore strati Spaziatura delle discontinuità

34 Rilievo geologico -strutturale in sito

35 Condizione delle discontinuità: rugosità o scabrezza, alterazione delle pareti apertura dei giunti eventuale materiale di riempimento

36 Livelli di rugosità: I: rugosa (o irregolare), segmentata; II: liscia, segmentata; III: levigata, segmentata; VI: rugosa (o irregolare), ondulata; V: liscia, ondulata; VI: levigata, ondulata; VII: rugosa (o irregolare), piana; VIII: liscia, piana; IX: levigata, piana. Spaziatura della famiglia di discontinuità esaminata: estremamente stretta: δm,j < 20 mm molto stretta: δm,j = mm stretta: δm,j = mm moderata: δm,j = mm larga: δm,j = mm molto larga: δm,j = mm ; estremamente larga: δm,j > 6 m Aperture delle discontinuità: molto stretta: < 0,1 mm; stretta: 0,1-0,25 mm; parzialmente aperta: 0,25-0,5 mm; aperta: 0,5-2,5 mm; moderatamente larga: 2,5-10 mm; larga: mm; molto larga: mm; estremamente larga: cm; cavernosa: > 1 m. Persistenza delle discontinuità: molto bassa: < 1 m ; bassa: 1-3 m ; media: 3-10 m ; alta: m ; molto alta: > 20 m

37 JCS Una prova speditiva per la valutazione della qualità della roccia è la prova con il martello di Schmidt. Correlazione tra: altezza di rimbalzo e resistenza a compressione uniassiale

38 Correlazione tra: altezza di rimbalzo e resistenza a compressione uniassiale

39 L'angolo d'attrito iniziale massimo (di picco) Φpicco della discontinuita e funzione della tensione agente nella direzione perpendicolare ad essa, della rugosità, delle condizioni fisico-meccaniche delle pareti e dell'angolo di attrito residuo Φresiduo, che è relativo alla stessa discontinuità quando movimenti relativi dei due lembi hanno ormai completamente spianato le asperita iniziali. Con: JRC: coefficiente di rugosità della discontinuita (Barton); JCS: resistenza a compressione delle pareti delle discontinuita

40 Il numero di discontinuita al m 3 (Jv) e calcolato con la seguente espressione: dove: δm,j: spaziatura media della famiglia di discontinuità jesima; δm,j: spaziatura media della famiglia di discontinuità jesima; n: numero di famiglie di discontinuità. L' RQD può essere stimato con la relazione di Palstrom

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42 Le classificazioni geomeccaniche più utilizzate oggi sono: la classificazione geomeccanica di Bieniawski ( ), utilizzata sia per la caratterizzazione degli ammassi rocciosi e delle loro proprietà, sia per le sue applicazioni nel campo della costruzione di gallerie; il sistema Q di Barton (1974), utilizzato quasi esclusivamente per le gallerie; la classificazione SMR (Slope Mass Rating) di Romana (1988), che è un adeguamento del sistema RMR di Bieniawski al caso specifico dei versanti in roccia. Il principale vantaggio delle classificazioni geomeccaniche è che forniscono una stima preliminare della qualità dell'ammasso, a basso costo e in modo agevole.

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44 Classificazione geomeccanica di Bieniawski Per l'applicazione di tale sistema classificativoé necessario rilevare direttamente sul terreno i parametri di entrata e ad ognuno attribuire un punteggio secondo la metodologia indicata dall'autore nelle tabelle e negli schemi esposti nel seguito (Figg. 5-7). Una volta ottenuto l indice di qualità RMR, attribuendo un punteggio ai sei parametri (R1 R6) si definisce la classe di ammasso. Si ottiene l indice RMR base dal quale, con le formule seguenti, è possibile derivare i parametri di resistenza al taglio dell ammasso.

45 In base al punteggio viene stabilita la classe della roccia e viene attribuita una valutazione qualitative della stessa Classe I 80 < RMR < 100 ottima Classe II 60 < RMR < 80 buona Classe III 40 < RMR < 60 discreta Classe IV 20 < RMR < 40 scadente Classe V 0 < RMR < 20 pessima All'RMR viene poi sottratto un punteggio relativo all'orientazione delle discontinuità con riferimento al problema specifico.

46 Sistema Q di Barton Il sistema di classificazione degli ammassi rocciosi proposto da Bartondetermina un indice Q espresso dalla relazione: Q = (RQD/J n ) x (J r /J a ) x (J w /SRF) Dove: RQD: indice di qualità della roccia Jn: numero di famiglie di giunti Jr : rugosità del giunto Ja: condizioni di alterazione della superficie del giunto Jw: fattore di riduzione per la presenza di acqua nei giunti SRF: fattore di riduzione per lo stato tensionale A ciascuno dei parametri che figurano sopra viene attribuito un valore numerico, sulla base di valutazioni qualitative e quantitative, come è indicato nella tabella che segue Il rapporto RQD/J n tiene conto delle caratteristiche strutturali dell ammasso roccioso e fornisce una misura approssimata delle dimensioni del blocco medio che costituisce l ammasso stesso. Il secondo rapporto tiene conto delle caratteristiche di resistenza meccanica dei giunti. Il terzo rapporto è un fattore empirico che esprime lo stato di tensione efficace nella porzione di ammasso in esame. La classificazione basata sull indice Q viene prevalentemente utilizzata nel campo delle gallerie e degli scavi sotterranei.

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48 Il criterio di rottura di Hoek e Brownper gli ammassi rocciosi E un criterio di rottura valido per ammassi rocciosi fratturati il cui comportamento possa essere considerato omogeneo, isotropo in funzione della dimensione del volume significativo di ammasso considerato, basato sulla valutazione di una serie di fattori che riguardano sia i blocchi di matrice rocciosa che compongono l ammasso, sia le superfici di discontinuità che li suddividono. σ 1 = σ 3 + σ ci [m b (σ 3 /σ ci ) + s] a dove: σ 1 e σ 3 sono gli sforzi principali efficaci massimi e minimi applicati a rottura σ ci : è la resistenza a compressione monoassiale del materiale roccia intatto m b, s, a sono coefficienti che dipendono dalle caratteristiche dell ammasso roccioso

49 Per applicare il criterio di Hoek e Brown, nella valutazione della resistenza e della deformabilità di un ammasso roccioso fratturato, occorre stimare, le seguenti proprietà : - laresistenzaacompressionemonoassialedelmaterialerocciaintattoσ ci ; - ilvaloredellacostantem i delmaterialerocciaintatto; - il valore dell indice GSI(Geological Strength Index) dell ammasso roccioso; - lo stato di disturbo, in termini di grado di fratturazione e allentamento dell ammasso, sia indotto dal metodo di scavo che dovuto alle deformazioni incassate. Il GSI è un indice di qualità geomeccanica funzione delle differenti condizioni geomeccaniche nonché del grado di alterazione. Gli Autori hanno fornito abachi descrittivi per agevolare la valutazione di GSI

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51 Valutazione della stabilità di un fronte roccioso Nord α β γ direzione a) determinazione caratteristiche spaziali delle discontinuità e loro rappresentazione stereografica Discontinuità Retta di max pendenza

52 b) analisi statistica delle discontinuità

53 c) analisi dei possibili cinematismi Elementi di valutazione: 1 - giacitura piani 2 - giacitura fronte

54 Test di Markland cuneo stabile cuneo a stabilità incerta cuneo potenzialmente instabile per ribaltamento

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65 La classificazione N.A.T.M. (New Austrian Tunneling Method) proposta da Von Rabcewicz è una metodologia di realizzazione di tunnel in cui le tipologie di scavo e di sostegno, alla pari di quelle di rinforzo del terreno dipendono dalla misurazione delle deformazioni e sono continuamente adattate alle condizioni via via incontrate. Scopo del metodo NATM è quello di creare attorno allo scavo una zona di roccia che abbia un funzione strutturale propria, tale da reggere una parte dei carichi e la cui rimanente parte è affidata a supporti artificiali. In base alla classificazione dell ammasso roccioso fornisce indicazioni su: - raggio R della sagoma interna - spessori del rivestimento - spessore del calcestruzzo dell arco rovescio - centine - rete elettrosaldata - tiranti (lunghezza, interasse, disposizione..)

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