CEDIMENTI INDOTTI DALLO SCAVO DELLA STAZIONE METROPOLITANA SAN PASQUALE A NAPOLI

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1 Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio 217 CEDIMENTI INDOTTI DALLO SCAVO DELLA STAZIONE METROPOLITANA SAN PASQUALE A NAPOLI Silvia Autuori Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (DICEA) - Università degli Studi di Napoli Federico II silvia.autuori@unina.it Gianpiero Russo Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (DICEA) - Università degli Studi di Napoli Federico II pierusso@unina.it Marco Valerio Nicotera Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale (DICEA) - Università degli Studi di Napoli Federico II nicotera@unina.it Sommario La nota documenta in maniera sintetica la case history relativa alla costruzione della stazione metropolitana San Pasquale a Napoli focalizzando l attenzione sui meccanismi deformativi delle strutture a sostegno dello scavo e del terreno circostante indotti dalle lavorazioni. 1. Introduzione Si presentano alcuni dati di monitoraggio relativi alla stazione San Pasquale appartenente alla Linea 6 della Metropolitana di Napoli tratta Mergellina Municipio, ubicata nel cuore della città di Napoli lungo la Riviera di Chiaia in corrispondenza del centro della Villa Comunale. I dati riportarti si riferiscono al periodo che va da settembre 28 a luglio 214, ovvero al periodo durante cui è stata completata la costruzione del rustico dell opera. 2. L opera Il pozzo principale di stazione ha una forma in pianta rettangolare di 8. m 24.1 m e profondità di 27m circa. Il pozzo di stazione realizzato a cavallo dell asse della galleria di linea ha il lato lungo disposto quasi parallelamente all allineamento delle facciate degli edifici che si affacciano sulla Riviera di Chiaia. In Fig.1 sono riportate la pianta del pozzo di stazione ed una sua sezione trasversale. Lo scavo principale è sostenuto da pannelli perimetrali a T in c.a. (interasse = 2.6 m, altezza = 3.2 m, larghezza = 2.8 m, spessore ala = 1.2 m; spessore anima= 1.2 m) profondi circa m. In adiacenza ai lati lunghi del pozzo principale sono ubicate le due uscite, all interno di scavi profondi circa m sostenuti da diaframmi perimetrali in c.a. di forma rettangolare (spessore = 1.2 m) lunghi circa 22 m.

2 VIA Profondità [m] Profondità [m] Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio 217 S13 S11 S12 P3 P P4 Fig 1. Pianta con ubicazione dei sondaggi e sezione trasversale D-D della stazione San Pasquale V I L L A 3. Il sottosuolo Il piano campagna nella zona interessata dallo scavo si trova ad una quota costante compresa tra +2 m s.l.m. e +2.3 m s.l.m., il pelo libero della falda si trova in media a circa +1.3 m s.l.m. con piccole oscillazioni stagionali. La stratigrafia ed il modello geotecnico sono stati definiti sulla base di diverse campagne di indagini che hanno comportato l esecuzione di sondaggi (Fig. 1), prove penetrometriche, cross-hole (CH), prove dilatometriche (SDTM), prove di permeabilità Lugeon. Sono stati inoltre prelevati dei campioni e sottoposti a prove di laboratorio. Dopo la realizzazione dei pannelli perimetrali è stata eseguita una prova di pompaggio all interno del pozzo, con verifica indiretta delle permeabilità delle formazioni interessate. La stratigrafia è costituita da una alternanza di sabbie di spiaggia e retroduna con sottili intercalazioni di cineriti e pomici fino ad una profondità di circa 2 m dal piano campagna. La stratigrafia è costituita poi da un alternanza di piroclastiti in sede e rimaneggiate fino alla profondità di circa 4 m, al di sotto di tale quota si rinviene il tetto della formazione del tufo giallo napoletano che presenta nell area di stazione un andamento alquanto irregolare. In Fig. 2 è riportata la sezione geologica dell area con l aggiunta dei risultati delle prove CPT e delle velocità delle onde di taglio V s ottenute dalle prove SDTM e CH. In particolare dall alto verso il basso si distinguono i seguenti strati di terreno: alternanze di riporti e sabbie marine fino alla profondità di 17 m (strato A); alternanze di piroclastiti in sede e rimaneggiate dello spessore di 24 m (strato B); al di sotto di un cappellaccio di tufo alterato di modesta coesione (strato C) si rinviene la formazione di tufo giallo napoletano (strato T) (Russo et al., 212). I valori delle caratteristiche fisiche e meccaniche desunti dalle prove in sito e in laboratorio sono tipici dei materiali piroclastici del napoletano (g= 16,-18, kn/m 3 ; f = 36 ). ACQUARIO STAZIONE Fig 2. Sezione stratigrafica longitudinale e modello stratigrafico semplificato sezione trasversale

3 Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio Il monitoraggio In Fig. 3 è riportata l ubicazione dei caposaldi, delle staffe livellometriche e degli inclinometri utilizzati per il monitoraggio dei cedimenti a piano campagna e degli spostamenti orizzontali delle paratie. Il periodo di monitoraggio va da settembre 28 a luglio 214, e compre l intero arco di tempo in cui è stata realizzata la costruzione a rustico dell opera (i.e. solo scavi e opere strutturali per l alloggiamento della stazione). STL 13 CS 9 STL 12 STL 2 STL 19 STL 18 STL 17 STL 16 STL CS STL 14 STL 11 STL STL 9 STL 8 STL 7 STL 6 STL STL 4 STL 3 STL 2 STL 1 CS 16 CS CS 14 CS 13 IN_P83 CS 12 CS 11 IN_P42 IN_P41 IN_P7 IN_P74 CS 8 CS 7 CS 6 IN_P64 CS IN_P61 CS 4 CS 3 CS 2 CS 1 Legenda (CS) Caposaldi (STL) Staffe livellometriche Inclinometro Estenso-inclinometro IN_P13 PZ 1 PZ IN_P IN_P12_1 IN_P4 IN_P6 IN_P2 IN_P26 CS 17 CS 18 CS 19 CS 2 CS 21 CS 22 CS 23 CS 24 CS 2 CS 26 CS 27 CS 28 CS 29 Fig 3. Planimetria dello scavo della stazione San Pasquale con ubicazione degli strumenti per il monitoraggio L esame dei report di cantiere relativi alle fasi costruttive, l analisi dei dati misurati e le informazioni raccolte in diverse visite in sito hanno permesso di ricostruire il cronoprogramma dei lavori e di suddividere la costruzione dell opera in tre fasi principali distinte: Fase I: realizzazione dei diaframmi (L Amante et al., 212), esecuzione dello scavo archeologico (profondo circa 3 m da p.c.) e della prova di pompaggio (Russo et al., 214); queste lavorazioni hanno richiesto elevati tempi di esecuzione (1 anno e 8 mesi) soprattutto a causa delle operazioni connesse con lo scavo archeologico; Fase II: scavo del pozzo principale e della discenderia lato mare con contemporaneo abbassamento del livello idrico della falda fino al raggiungimento delle quote di progetto; queste lavorazioni sono durate circa 2 anni e 7 mesi e sono state le più delicate, soprattutto per l interazione con il tessuto urbano circostante; si sono registrati gli spostamenti massimi; Fase III: completamento della struttura interna della stazione, operazione conclusa in 1 anno e mesi al termine della quale sono state interrotte le attività di pompaggio; il conseguente ripristino della falda idrica ha determinato una piccola restituzione degli spostamenti sia orizzontali degli inclinometri sia verticali a piano campagna. La Fig.4 rappresenta la sezione trasversale D-D in cui sono rappresentati i profili inclinometrici ed i cedimenti del caposaldi e delle staffe misurati al termine di ciascuna delle fasi sopradescritte. I profili inclinometrici sono stati ricavati assumendo che lo spostamento all'estremità inferiore dell'inclinometro fosse nullo. Le deformate mostrano comportamenti simili per i pannelli contrapposti rispettando comunque le differenti condizioni di vincolo alla base (i.e. profondità del tetto del tufo) e in testa. Si nota che nelle prime fasi esecutive le paratie hanno un comportamento a mensola;

4 Quota [m.s.l.m.] Cedimenti [mm] Profondità [m] Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio 217 successivamente dopo la realizzazione del solettone di copertura si osservano incrementi trascurabili degli spostamenti in sommità. Il massimo spostamento orizzontale misurato per un pannello disposto sul lato degli edifici è pari a mm. Successivamente alla chiusura dei pozzi di aggottamento si osserva una riduzione degli spostamenti orizzontali della paratia lato mare di circa 3 mm (Autuori, 2). Lato mare Distanza (m) Lato edifici Distanza (m) +2, STL11 STL14 STL12 STL13 CS22 CS11 CS8 CS9 SP_IN_P6 SP_IN_P13 SP_IN_P74 SP_IN_P41 A B Fase I Fase II Fase III C D Inclinometri Caposaldi Staffe Spostamenti orizzontali [mm] Fig 4. Sezione trasversale D-D con profili inclinometrici e cedimenti a piano campagna per le n.3 fasi principali costruttive dell opera.. Relazione tra spostamenti orizzontali e spostamenti verticali Secondo quanto riportato da Clough & O Rourke (199) e Hsieh & Ou (1998) nel caso di scavi sostenuti mediante diaframmi puntonati in sabbia, i cedimenti a piano campagna tipicamente si sviluppano formando un arco convesso con cedimento massimo in adiacenza allo scavo (linea tratteggiata di Fig. a) mentre per scavi in argille soffici è tipica la formazione di una concavità con spostamento massimo alla distanza Dm dal bordo dello scavo (linea continua di Fig. a). D altra parte gli spostamenti orizzontali di un opera di contenimento di uno scavo e i cedimenti verticali del piano campagna a tergo di essa sono in linea di principio tra loro correlati e la relazione che intercorre tra essi è condizionata dalla natura dei terreni, dalla sequenza costruttiva dell opera e dal tipo di struttura di sostegno utilizzata per lo scavo. A tal proposito Hsieh & Ou (1998) e Ou (26) sulla base di un consistente numero di osservazioni in sito propongono di mettere in relazione la forma della conca di subsidenza del piano campagna con quella della deformata della struttura di sostegno ed in particolare suggeriscono di valutare il rapporto tra la parte Ac dell area sottesa dalla deformata della paratia a mensola e la parte As della medesima area ottenuta come differenza tra l area totale ed Ac (Fig. b). Gli autori concludono che, per i casi di studio da loro esaminati, qualora risulti As<1.6Ac la deformata del piano campagna assume una forma ad arco con il massimo in corrispondenza del bordo dell opera di contenimento, mentre nel caso risulti As>1.6Ac la conca di subsidenza ha un profilo concavo con

5 Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio 217 un massimo cedimento ad una certa distanza dal bordo dello scavo. Da tali osservazioni gli autori derivano un metodo semi-empirico per stimare l andamento dei cedimenti a tergo di un opera di sostegno nel quale propongono due diversi profili adimensionalizzati di cedimenti da utilizzare in ragione del valore del rapporto Ac/As (Fig. 6). a) b) Fig. a) Tipi di superfici di cedimento; b) definizione delle componenti di area della deformata della paratia (Chang Yu Ou, 26). Fig 6. Metodo di Hsieh & Ou (1998) per stimare la superficie dei cedimenti. Per lo scavo del pozzo di stazione di San Pasquale non sono disponibili dati sufficienti ad individuare l andamento del profilo dei cedimenti del piano campagna in direzione normale allo scavo; in questo caso infatti sia dal lato mare sia dal lato fabbricati i caposaldi di misura sono disposti lungo un allineamento praticamente parallelo allo scavo e dunque i cedimenti misurati si riferiscono a punti del piano campagna alla medesima distanza dallo scavo stesso. Tuttavia in accordo con la procedura proposta da Hsieh & Ou (1998) sopra illustrata, è possibile stimare con riferimento alla sezione trasversale D-D la forma del profilo dei cedimenti del piano campagna utilizzando anche i dati di monitoraggio inclinometrici relativi agli spostamenti orizzontali delle paratie. Per quanto riguarda i profili inclinometrici, in corrispondenza del lato mare si osserva che As 1.Ac mentre lungo il lato edifici As 3Ac. Pertanto, in direzione normale alla paratia lato mare si può ritenere che il profilo di subsidenza sia di tipo ad arco; al contrario in direzione normale alla paratia disposta dal lato degli edifici il profilo dovrebbe avere forma concava. I profili dei cedimenti ottenuti applicando il metodo di Hsieh & Ou (1998) al lato mare ed al lato edifici sono riportati rispettivamente in Figura 7a ed in Figura 7b. Il profilo di tipo ad arco considerato per il lato mare è univocamente definito dal valore del cedimento massimo δ v,max e dall estensione PIZ della zona primaria di influenza dello scavo. In questo caso il secondo parametro è stato posto pari alla profondità del bed-rock dal piano campagna, coerentemente a quanto suggerito da Hsieh & Ou (1998), il primo è stato invece fissato in modo che il profilo di cedimento passasse per l unico punto di misura disponibile. Ne sono risultati PIZ = 38.3 m e δ v,max = mm. Per il lato edifici si è adoperato il profilo concavo normalizzato che a sua volta è univocamente individuato dai valori dei due parametri PIZ e δ v,max. In questo caso si avevano a disposizione due punti di misura distinti per cui è stato possibile operare in due modi diversi: 1) si è fissato il valore di PIZ in modo che risultasse pari alla profondità del bedrock (nel caso in questione 46.3 m) e si è adoperato il metodo dei minimi quadrati per stimare il valore del parametro rimasto (i.e. δ v,max ) che minimizzasse la distanza tra i punti sperimentali ed il profilo teorico; 2) si sono determinati i valori di entrambi i parametri (i.e. PIZ e δ v,max ) in modo che il profilo teorico passasse esattamente per i punti di misura. Con il primo approccio si è ottenuto δ v,max = 31.1 mm (con PIZ = 46.3 m) mentre con il secondo δ v,max = 2.93 mm e PIZ = 6.8 m.

6 Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 217- IARG 217 Matera, -7 Luglio 217 Fig 7. Stima della forma della superficie dei cedimenti con il metodo di Hsieh & Ou (1998) a) lato mare b) lato edifici. 6. Conclusioni Nella nota si descrivono in modo sintetico gli aspetti principali della costruzione del pozzo della stazione metropolitana di San Pasquale e si presentano e discutono alcuni dati del monitoraggio in corso d opera. In particolare si analizzano le misure degli spostamenti verticali di alcuni allineamenti di capisaldi e li si mette in relazione agli spostamenti orizzontali di alcuni pannelli delle paratie perimetrali. I dati mostrano i meccanismi deformativi dell opera di maggiore evidenza e la loro correlazione con le principali fasi di costruzione. L utilizzo del metodo proposto da Hsieh & Ou (1998) e da Ou (26) permette di stimare il profilo dei cedimenti del piano campagna a tergo dello scavo a partire dalla forma delle deformate delle paratie di sostegno. A comportamenti diversi delle paratie lato edifici e lato mare si stima corrispondano forme diverse delle rispettive conche di subsidenza; per il lato degli edifici e per il lato mare il metodo applicato porta a stimare rispettivamente una forma concava ed una forma ad arco. Bibliografia Autuori S., (216). La stazione San Pasquale della metropolitana di Napoli. Costruzione, monitoraggio ed analisi dei comportamenti osservati, Tesi di dottorato in Ingegneria delle Costruzioni, Università degli Studi di Napoli Federico II. Clough G.W., O Rourke T.D. (199). Construction induced movements of in situ walls, ASCE, geotechnical special publication n 2 design and performance of earth retaining structures,pp Hsieh, P.G., Ou, C.Y. (1998) Shape of ground surface settlement profiles caused by excavation. Canadian Geotechnical Journal, vol. 2 n.6, pp L Amante, D., Flora, A., Russo, G., Viggiani, C. (212). Displacements induced by the installation of diaphragm panels. Acta Geotechnica vol. 7, n 3, pp , DOI:.7/s Mana, A.I., and Clough, G.W Prediction of movements forbraced cut in clay. Journal of the Geotechnical Engineering Division,ASCE, 7(GT8): Ou, C.Y. (26) Deep excavations. Theory and Practice. Ed. Taylor & Francis, London, Uk (26). Russo, G., Viggiani, C., Viggiani, G.M.B. (212). Geotechnical design and construction issues for lines 1 and 6 of the Naples underground. Geomech Tunnel (3), 3 31DOI:.2/geot Russo G., Autuori S., Nicotera M.V(214). San Pasquale station of the Linea 6 in Napoli: dewatering field tests, measurements and back-analyses Proc. of the Int. Geotech. Conf. Soil-Structure Interaction. Underground Structures and Retaining Walls, V.M. Ulitsky, M.B. Lisyuk and A.G. Shashkin (eds.), Saint Petersburg (Russia), June 214, Vol.1, pp.38-36, ISBN