CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DELL AMMASSO ROCCIOSO

Dott. Claudio Depoli / 0343 20052 0343-21689 COMMITTENTE: Comune di VARENNA Provincia di Lecco PROGETTO: Costruzione di una nuova rotatoria all intersezione di viale Polvani con la strada provinciale 72 in comune di Varenna Progetto definitivo CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA DELL AMMASSO ROCCIOSO Prata C. novembre 2013 Dott. Geol. Claudio Depoli

Sommario CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA-GEOMECCANICA... 2 Rilievi geomeccanici... 2 Pag. 1

CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA-GEOMECCANICA La caratterizzazione geomeccanica si è basata su tuta una serie di rilievi effettuati dallo scrivente in corrispondenza del sito di realizzazione della galleria I rilievi hanno consentito di individuare i principali sistemi di discontinuità che controllano la fratturazione degli ammassi, definendone: - giacitura media rappresentativa e grado di dispersione dei valori di immersione ed inclinazione; - spaziatura; - apertura; - riempimento; - rugosità (JRC - "Joint Roughness Coefficient"); - resistenza a compressione lungo il giunto (JCS - "Joint Compressive Strength"). Queste informazioni sono servite per classificare gli ammassi rocciosi secondo: Rock Mass Rating (RMR - Bieniawski, 1989) RILIEVI GEOMECCANICI Le discontinuità in un ammasso roccioso condizionano, in modo più o meno evidente, il comportamento meccanico dell ammasso stesso e del modello geotecnico alla base di qualsiasi calcolo; è quindi importante, al fine di una corretta valutazione delle condizioni di stabilità, una precisa descrizione della struttura della massa e delle discontinuità sia in termini qualitativi che quantitativi. Per la determinazione del modello geotecnico dell ammasso verranno, quindi, illustrati nella presente le fasi di rilievo delle giaciture, riferite alle condizioni geostrutturali (spaziatura, apertura, persistenza) e alle condizioni idrauliche e di resistenza delle discontinuità (scabrezza, resistenza delle pareti, grado di alterazione, materiali di riempimento). Il procedimento utilizzato per l esecuzione del rilievo è quello descritto nelle raccomandazioni ISRM, tradotte in italiano da O. Del Greco nella Rivista Italiana di Geotecnica - R.I.G. 2/93; il titolo originale delle raccomandazioni è Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities in Rock Masses. Pag. 2

Sono stati pertanto eseguiti una serie di rilievi sugli ammassi rocciosi rilevati lungo l asse dell impianto. Di seguito sono rappresentati la sintesi dei dati rilevati Pag. 3

RGM Nr. Immersione ( ) Inclinazione ( ) Famiglia Distanza (cm) Lunghezza (m) Apertura (mm) Rugosità (mm) JRC Riempimento Grado di alterazione Prove indice manuale (Mpa) Prove Martello di Schmidt Grado di filtrazione Note 1 360 74 Famiglia5 100 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 IV-Umida 2 290 52 Famiglia1 130 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 3 270 60 Famiglia3 150 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 4 272 68 Famiglia3 160 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 5 290 50 Famiglia1 200 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 6 230 30 Famiglia3 450 1 1 V-Liscia 10 Assente II-Leggermente 0 40 III-Asciutta piccolo 7 55 62 Famiglia4 600 1,5 0,8 VI-Levigata 8 Assente II-Leggermente 0 43 III-Asciutta piccolo Pag. 4

8 208 47 Famiglia2 800 0,6 0,8 V-Liscia 11 Assente III-Mod. 0 32 IV-Umida 9 54 68 Famiglia4 840 1,5 0,8 V-Liscia 8 Assente II-Leggermente 0 43 IV-Umida 10 280 50 Famiglia1 860 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 11 360 70 Famiglia5 900 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 III-Asciutta piccolo 12 350 74 Famiglia5 980 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 III-Asciutta piccolo 13 272 68 Famiglia1 1000 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 14 290 60 Famiglia1 1200 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 15 355 70 Famiglia5 1600 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 III-Asciutta piccolo 16 360 60 Famiglia5 1850 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 III-Asciutta piccolo 17 280 52 Famiglia1 1920 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 18 271 60 Famiglia3 2000 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo Pag. 5

19 270 60 Famiglia1 2100 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 20 275 60 Famiglia3 2200 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 21 200 50 Famiglia2 2300 0,6 0,8 V-Liscia 11 Assente II-Leggermente 0 32 IV-Umida 22 200 47 Famiglia2 2390 0,6 0,8 V-Liscia 11 Assente II-Leggermente 0 32 IV-Umida 23 203 50 Famiglia2 2400 0,6 0,8 V-Liscia 11 Assente III-Mod. 0 32 IV-Umida 24 350 72 Famiglia5 2450 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 IV-Umida 25 355 65 Famiglia5 2500 0,6 0,1 V-Liscia 14 Assente II-Leggermente 0 30 III-Asciutta piccolo 26 275 60 Famiglia1 2620 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 27 265 70 Famiglia1 2650 0,7 0,5 VI-Levigata 12 Assente III-Mod. 0 33 III-Asciutta piccolo 28 205 50 Famiglia2 2690 0,6 0,8 V-Liscia 11 Assente II-Leggermente 0 32 IV-Umida Pag. 6

29 60 70 Famiglia4 2700 1,5 0,8 V-Liscia 8 Assente II-Leggermente 0 43 III-Asciutta piccolo 30 62 67 Famiglia4 2800 1,5 0,8 V-Liscia 8 Assente III-Mod. 0 43 III-Asciutta piccolo 31 230 35 Famiglia3 3100 1 1 V-Liscia 10 Assente II-Leggermente 0 40 III-Asciutta piccolo Pag. 7

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Nr. Immersione ( ) Inclinazione ( ) Famiglia Distanza (cm) Lunghezza (m) Apertura (mm) Rugosità (mm) JRC Riempimento Grado di alterazione Prove indice manuale (Mpa) Prove Martello di Schmidt Grado di filtrazione Note 1 274 61 K1 300 10 0,5 2 14 1 II-Leggermente 0 12 4 2 287 90 K1 800 8 0,5 2 15 Assente II-Leggermente 0 8 IV-Umida 3 300 74 K2 1200 10 0,6 II-Liscia segmentata 14 Assente II-Leggermente 0 10 IV-Umida 12 Pag. 9

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LA CLASSIFICAZIONE DEGLI AMMASSI ROCCIOSI (RMR modificato, Sen) 1.0 - INTRODUZIONE Sen et al., nel 2003, apportano una modifica alla determinazione di RMR proposta da Beniawki, senza modificare in alcun modo la classificazione, proponendo di calcolare RMR mediante un equazione semplificata a partire dai soli parametri di RQD, della resistenza della roccia Su (MPa), della spaziatura s (m), esprimendo le condizioni idrauliche in funzione della portata (G) e mantenendo i coefficienti numerici indicati da Beniawki per la condizione (A 4 ) e l orientamento delle discontinuità (A 6 ). 2.0 - VALORE DI A1 A1 si può ricavare sia da prove di laboratorio (Point Load Test), sia da prove di campagna mediante sclerometro o da prove speditive (Standard ISRM), definendo la resistenza a compressione uniassiale S u. 2.0.1 - La prova Point Load Test Pag. 11

La prova Point Load ha il vantaggio di essere portatile; da essa si deriva l indice di carico puntuale Is che viene correlato alla resistenza alla compressione uniassiale Su mediante la relazione: Su = K Is K è un coefficiente moltiplicativo per il quale l ISRM consiglia il valore 24, ma nella pratica si è evidenziato come tale valore non è univoco ma largamente variabile. Palmström suggerisce di variare K in funzione di Is secondo lo schema seguente: I s (MPa) K < 3,5 14 3,5 6,0 16 6,0 1,0 20 > 6,0 25 2.0.2 - Le prove sclerometriche Il martello di Schmidt, noto come sclerometro, è ampiamente utilizzato come prova non distruttiva e volta a misurare la durezza di rimbalzo della roccia. Dalla prova si ricava l indice di rimbalzo R che è possibile correlare alla resistenza alla compressione uniassiale mediante la relazione di Irfan e Dearman (1978): Pag. 12

Su = 0,775 R + 21,3 Se si utilizzano prove Point Load o prove sclerometriche risulta più agevole, rispetto alle tabelle e ai grafici proposte da Beniawsky, ricavare il valore di A1 trasformando i grafici in forma di equazioni: VALORE DI S u (MPa) EQUAZIONE <= 44,5 4 A1= Su + 1 44,5 44,5 93,75 4 A1 Su 1,368 49,25 93,75 140 3 A1 Su 2,919 46,25 140 180 A1= 0,0375Su + 6,75 180 240 A1 0,025S u 9 > 240 A1 = 15 3.0 - VALORE DI A2 Se si effettuano sondaggi è possibile ricavare il valore di RQD, da cui si ottiene il coefficiente A2, dal recupero di percentuale di carotaggio riferito alla somma degli spezzoni di carota con lunghezza maggiore o uguale a 100 mm: Pag. 13

L RQD = L t c 100 dove: Lc = somma delle lunghezze degli spezzoni di carota > 100 mm Lt = lunghezza totale del tratto in cui si è misurata Lc. In forma alternativa RQD si può ricavare dalla formula di Priest e Hudson (1981): RQD = 100 e (0,1 n) (0,1 n + 1) con n numero medio di giunti per metro. Calcolato RQD con uno di questi metodi, si ricava il coefficiente A2 mediante le equazioni, che derivano sempre dai grafici di Beniawsky: VALORE DI RQD % EQUAZIONE <= 26,5 3 A2 = RQD + 3 26,6 26,5 39 2 A2 = RQD + 1,71 12,4 39 76,6 7 A2 = RQD + 0,739 37,6 Pag. 14

5 > 76,6 A2 = RQD -1,367 23,4 4.0 - VALORE DI A3 Una volta calcolata la spaziatura media, cioè la distanza media tra due discontinuità adiacenti, è possibile ricavare il valore del coefficiente A3, mediante le seguenti relazioni: SPAZIATURA (m) EQUAZIONE <= 0,2 A3 = 15s + 5 0,2 0,4 A3 = 10 s + 6 0,4 0,66 A3 = 7,752 s + 5,9 0,66 0,94 A3 = 7,067 s + 7,35 0,94 1,6 A3 = 6,07 s + 8,288 1,6 2,0 A3 = 5 s + 10 > 2,0 A3 = 20 5.0 - VALORE DI A4 Determinare dalle tavole di classificazione di Beniawsky il valore numerico relativo alla condizione delle discontinuità, invece, risulta molto soggettivo. Pag. 15

Perciò per valutare correttamente A4 conviene procedere sommando alcuni parametri numerici attribuibili alla persistenza del giunto, all apertura del giunto, alla rugosità dello stesso, all alterazione delle pareti, e al materiale di riempimento: A4 = V1 + V2 + V3 + V4 + V5 I valori da assegnare sono: V1 Persistenza del giunto PERSISTENZA (m) V1 < 1 6 1 3 4 3 10 2 10 20 1 > 20 0 V2 Apertura del giunto APERTURA (mm) V2 Completamente chiuso 6 Pag. 16

< 0,1 5 0,1 1 4 1 5 1 > 5 0 V3 Rugosità del giunto RUGOSITA V3 Molto Rugosa 6 Rugosa 5 Leggermente rugosa 3 Liscia 1 Levigata 0 V4 Alterazione delle pareti ALTERAZIONE V4 Non alterate 6 Leggermente alterate 5 Mediamente alterate 3 Pag. 17

Molto alterate 1 Decomposte 0 V5 Riempimento delle discontinuità RIEMPIMENTO (mm) RIEMPIMENTO V5 - Assente 6 < 5 Compatto 4 > 5 Compatto 2 < 5 Soffice 2 > 5 Soffice 0 6.0 - VALORE DI A5 Questo valore viene derivato dalle condizioni idrauliche riferite ad un fronte di 10 m. Dalle tabelle fornite da Beniawsky si ottiene: Venute d acqua su 10 m di lunghezza Nessuna < 10 l/min 10-25 l/min 25-125 l/min > 125 l/min Condizione Asciutta Umida Bagnata Deboli venute Forti venute Coefficiente A5 15 10 7 4 0 Pag. 18

7.0 - VALORE DI A6 Per l orientamento delle discontinuità si applica un coefficiente di correzione A6, a seconda che si tratti di gallerie o fondazioni. APPLICAZIONE Molto favorevole Favorevole Mediocre Sfavorevole Molto sfavorevole Gallerie 0-2 -5-10 -12 Fondazioni 0-2 -7-15 -25 Secondo la formulazione degli Autori il valore RMR c si calcola mediante la seguente: RMR c = 0,2 RQD + 15 log(s) + 0,075 S u 2,9 log(g) + 34 + (A 5 + A 6 ) Qualora manchi un sondaggio da cui derivare RQD, si introduce il valore di n (numero medio di giunti) e RMR c viene calcolato dalla: RMRc = 20 (1 + 0,1 n) e -0,1n - 15 log(n) + 0,075 Su 2,9 log(g) + 34 + (A5 + A6) Pag. 19

Sulla base del valore RMRc calcolato si identificano gli intervalli a cui corrispondono le classi di ammasso roccioso e altrettante valutazioni di qualità della roccia: RMRc 100-81 80-61 60-41 40-21 <= 20 Classe I II III IV V Descrizione Molto buono Buono Mediocre Scadente Molto scadente Dal valore di RMRc si derivano i parametri caratteristici dell ammasso, che secondo Sen et al. assumono i seguenti valori: coesione c (kpa) = 3,625 RMR c angolo di attrito φ = 25 (1 + 0,01 RMRc) per RMRc > 20 angolo di attrito φ = 1,5 RMR c per RMR c < 20 8.0 CALCOLO DEI PARAMETRI CARATTERISTICI DELL'AMMASSO Input dati per il calcolo di Rock Mass Rating (RMR) modificato Indice di rimbalzo (R) = 35 Numero medio di giunti per metro (n) = 8 Spaziatura delle discontinuità (s) = 0,4 m Persistenza (continuità) del giunto < 1 m Apertura del giunto < 1 mm Giunto leggermente rugoso Pareti leggermente alterate Riempimento assente Portata idraulica = 1 l/min Orientamento delle discontinuità applicato alle gallerie Orientamento mediocre Pag. 20

Risultati relativi a Rock Mass Rating (RMR) modificato Resistenza a compressione Su (MPa) Rock Quality Designation (RQD) 48,425 80,87921354 (elevato da rivedere con indagini in sito) V1 V2 V3 V4 V5 6 5 3 5 6 V1 è un parametro che dipende dalla persistenza (continuità) del giunto V2 è un parametro che dipende dall'apertura del giunto V3 è un parametro che dipende dalla rugosità del giunto V4 è un parametro che dipende dal grado di alterazione delle pareti V5 è un parametro che dipende dal materiale di riempimento presente A1 A2 A3 A4 A5 A6 5,30099492 15,91488324 10 25 10-5 A1 è un valore numerico derivato dalla resistenza della roccia intatta A2 è un valore numerico derivato dall'indice RQD A3 è un valore numerico derivato dalla spaziatura delle discontinuità A4 è un valore numerico derivato dalle condizioni delle discontinuità A5 è un valore numerico derivato dalle condizioni idrauliche A6 è un indice di correzione per la giacitura delle discontinuità Classificazione dell'ammasso roccioso RMRcorretto Classe Descrizione 67,84 Seconda Buono Caratterizzazione geomeccanica dell'ammasso roccioso Coesione Angolo di attrito (kpa) ( ) 245,92 41,96 Pag. 21

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