Ordine degli Ingegneri della Provincia di Napoli Corso breve sulla normativa inerente la progettazione e la realizzazione di opere pubbliche Presentazione del progetto di un opera geotecnica Sergio Gobbi
Considerazioni preliminari Cosa si intende per opera geotecnica? Importanza del concetto di progettazione geotecnica
Scelta del caso di studio Tra le varie applicazioni effettuate in ambito progettuale è stato scelto uno scavo sostenuto da paratie per le seguenti ragioni: Il caso specifico presenta vari aspetti di interesse: Scavo in terreni sede di falda idrica, fin dal piano campagna Analisi in condizioni non drenate in tensioni efficaci e simulazione della consolidazione Simulazione di interventi di consolidamento con jet-grouting Simulazione dell installazione di un puntone provvisorio (e della successiva rimozione) Possibilità di effettuare un confronto tra varie soluzioni progettuali Si tratta dei problemi per i quali l uso di una modellazione numerica inizia a divenire parte essenziale del progetto
Finalità dell esposizione Importanza della programmazione della fase di indagini in relazione agli scopi prefissi ed ai modelli adoperati Inquadramento della fase di verifica numerica nell ambito del processo progettuale Utilizzazione del programma di calcolo come stimolo per: ragionare sulle scelte fatte verificare ed eventualmente rimuovere i propri preconcetti Spunto per l illustrazione di alcune soluzioni tecnologiche
5 Stralcio planimetrico zona di Stralcio planimetrico zona di intersezione (galleria artificiale) 6 7 INIZIO GALLERIA progr. 0+968.25 progr. 0+963.87 8 INIZIO GALLERIA progr. 1+012.914 progr. 1+041.814 progr. 1+071.014 progr. 1+083.814 FINE GALLERIA 7 6 progr. 1+113.880 progr. 1+158.75 progr. 1+172.80 progr. 1+186.80 progr. 0+940.25 5
7.40 Sezione trasversale tipo Sezione analizzata Sottopasso Sviluppo complessivo: 18.00 Jet- grouting circa 1100 m Larghezza di scavo: 14.0 18.0 m Profondità massima di scavo: 8.10 m
Profilo del terreno Profilo longitudinale stratigrafico PROFILO STRATIGRAFICO LONGITUDINALE Riporto Profilo del terreno Scala lunghezze = 1:2.000 Scala altezze = 1:100 Estradosso platea Intradosso platea Intradosso platea Sabbie limose e limi sabbiosi Materiale eterogeneo di riporto Argille molli Argilla con limo e limo argilloso Limo sabbioso e sabbia limosa Argilla limosa, poco consistente Argilla con limo torbosa Argilla limosa, da moderatamente consistente a molto consistente Sabbia più o meno limosa Indagini progetto esecutivo Indagini integrative Limi con argilla sabbiosi
Stati limite ultimi e di servizio Problematica Instabilità delle paratie Sifonamento Instabilità fondo scavo Stappamento fondo scavo Galleggiamento Spostamenti paratia e cedimenti piano campagna Stato limite SLU SLU SLU SLU SLU SLS Parametri e dati necessari CND: stratigrafia, γ, c u, ϕ (per i terreni a grana grossa) CD: stratigrafia, γ, c, ϕ, andamento falda idrica CD: stratigrafia, γ, condizioni della falda idrica CND: stratigrafia, γ, c u CND: stratigrafia, γ Condizioni di falda ed, eventualmente, caratteristiche di resistenza dei terreni CND e CD: stratigrafia, γ, c, ϕ, k o, parametri di deformabilità a piccoli livelli di deformazione, condizioni iniziali della falda idrica, coefficiente di permeabilità dei terreni Sollecitazioni nella paratia e nelle altre parti strutturali Infiltrazioni d acqua SLS SLS CND e CD: vedi sopra Stratigrafia, k e condizioni iniziali della falda idrica
Scelta delle modalità di analisi Analisi in tensioni efficaci sia in CD sia in CND Studio della consolidazione e dei suoi effetti Simulazione delle fasi di scavo e di realizzazione (o rimozione) degli elementi strutturali Necessità di utilizzare una modellazione numerica
Indagini eseguite Progetto esecutivo 10 sondaggi a carotaggio continuo 5 sondaggi a distruzione di nucleo 45 prove SPT 8 prove CPT 12 prove di permeabilità Lefranc 40 prove di taglio diretto (TD) 1 prova triassiale non consolidata non drenata (TX- UU) 2 prove di compressione uniassiale a espansione laterale libera (ELL) 4 prove di compressione edometrica Progetto costruttivo 6 sondaggi a carotaggio continuo 3 prove penetrometriche (CPTU) 2 prove dilatometriche (DMT) 1 prova cross- hole Installazione di 3 piezometri Casagrande 3 prove di permeabilità Lefranc Prove di riconoscimento 7 prove edometriche 9 prove triassiale TX- CIU 2 prove triassiali TX- UU
Alcuni risultati ottenuti dalle indagini Granulometria - Complesso superiore 100 90 Argilla Limo Sabbia Ghiaia C 80 70 60 50 40 S2/C1 S1/C1 S3/C2 30 20 10 0 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 diametro (mm)
Alcuni risultati ottenuti dalle indagini Granulom etria - Pancone 100 90 A rgilla Limo Sabbia Ghiaia C 80 70 60 50 40 S1/C2 S1/C1 S2/C3 S2/C4 S3/C4 30 20 10 0 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 diametro (mm)
Alcuni risultati ottenuti dalle indagini Carta di Casagrande 0.700 0.600 0.500 0.400 Comp. sup. Pancone Comp. inf Ip 0.300 0.200 0.100 0.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 Wl
Alcuni risultati ottenuti dalle indagini Coefficiente di spinta a riposo Grado di sovraconsolidazione 0 ko 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 OCR 1 10 100 0 5 5 Limi sabbiosi Complesso superiore 10 10 DMT1 z (m) 15 20 Argille molli Pancone DMT1 DMT2 z (m) 15 20 DMT2 Prove edometriche 25 25
Alcuni risultati ottenuti dalle indagini Prova Cross-hole Go (MPa) 0 20 40 60 80 0 5 10 z (m) 15 20 25 Per la caratterizzazione si sono utilizzati unitariamente i risultati di tutte le prove in sito e lab. 30
Ipotesi progettuali Scavo con paratia libera Scavo in presenza del solo puntone Scavo in presenza del solo jet-grouting Scavo in presenza di puntone provvisorio e jet-grouting
Modellazione FEM del sottosuolo y A A A A 0 x 10 22 3 36 39 52 BB 50 51 4 12 B 38 37 24 5 18 B 19 B 15 17 29 28 BB 26 16 40 41 49 54 B47 B 656 13 48 55 25 7 42 43 20 21 27 44 46 45 8 14 23 9 30 32 31 33 35 34 1 11 2
Simulazione delle fasi stato iniziale realizzazione paratia e jet-grouting
Simulazione delle fasi prescavo
Simulazione delle fasi scavo primi 3 metri
Simulazione delle fasi installazione puntone
Simulazione delle fasi completamento scavo
Simulazione delle fasi realizzazione soletta di fondo
Simulazione delle fasi rimoz.. puntone; applicazione sovraccarichi e consolidazione
Scavo in presenza del solo puntone Mesh deformata a fine scavo Massimo spostamento a piano scavo
Scavo in presenza del solo puntone Spostamenti orizzontali a fine scavo Massimo spostamento orizzontale U xmax = 22 mm
Scavo in presenza del solo puntone Grado di mobilitazione della resistenza a taglio Rosso = tensioni tangenziali limite Raggiungimento delle tensioni limite in molte zone del sottosuolo
Posizione dei punti di calcolo degli spostamenti A E F G H B C D
Scavo in presenza del solo puntone Spostamenti paratia in funzione degli step Ux paratia [m] 0,06 Ux par Point A 0,05 Point B 0,04 Point C 0,03 Point D 0,02 0,01 0,00-0,01 0 50 100 150 200 Step
Scavo in presenza del solo puntone Cedimenti terreno in funzione degli step Cedimenti [m] 0,01 uy terr Point E 0,00 Point F -0,01 Point G -0,02 Point H -0,03-0,04-0,05-0,06 0 50 100 150 200 Step
Scavo in presenza del solo jet-grouting Mesh deformata a fine scavo Massimo spostamento in testa alla paratia
Scavo in presenza del solo jet-grouting Spostamenti orizzontali a fine scavo Massimo spostamento orizzontale U xmax = 42 mm
Scavo in presenza del solo jet-grouting Grado di mobilitazione della resistenza a taglio Rosso = tensioni tangenziali limite Raggiungimento delle tensioni limite a tergo della paratia
Scavo in presenza del solo jet-grouting Spostamenti paratia in funzione degli step Ux paratia [m] 0,06 ux par Point A Point B 0,04 Point C Point D 0,02 0,00-0,02 0 50 100 150 200 Step
Scavo in presenza del solo jet-grouting Cedimenti terreno in funzione degli step Cedimenti [m] 5,e-3 0,000-5,e-3 uy ter Point E Point F Point G -0,010 Point H -0,015-0,020-0,025-0,030-0,035 0 50 100 150 200 Step
Scavo in presenza di puntone e jet-grouting Spostamenti orizzontali a fine scavo Massimo spostamento orizzontale U xmax = 9 mm
Scavo in presenza di puntone e jet-grouting Grado di mobilitazione della resistenza a taglio Rosso = tensioni tangenziali limite Lontani dal raggiungimento delle tensioni limite al piede della paratia per la presenza del jet- grouting
Scavo in presenza di puntone e jet-grouting Spostamenti paratia in funzione degli step Ux paratia [m] 5,e-3 ux par Point A 0,000 Point B Point C -5,e-3 Point D -0,010 Curve sovrapposte -0,015-0,020 0 50 100 150 200 Step
Scavo in presenza di puntone e jet-grouting Cedimenti terreno in funzione degli step Cedimenti [m] 4,e-3 uy ter Point E 0,000 Point F -4,e-3-8,e-3-0,012-0,016 0 50 100 150 200 Step
Confronto tra le soluzioni in termini di spostamento Soluzione Solo puntone U x,max (cm) 2.2 U y,max (cm) 1.1 (4.7) Solo jet-grouting 4.2 2.9 (2.8) Puntone + jet-grouting 0.9 0.4 (1.0)
Scavo in presenza del solo puntone Mesh deformata dopo 180 giorni di consolidazione Massimo spostamento al piede U x = 445 mm
Scavo in presenza del solo puntone Spostamenti orizzontali dopo 180 giorni di consolidazione Massimo spostamento orizzontale U xmax = 445 mm
Scavo in presenza del solo puntone Spostamenti verticali dopo 180 giorni di consolidazione Massimo spostamento verticale U ymax = 390 mm
Scavo in presenza del solo puntone Spostamenti paratia dopo 180 gg. di consolidazione Ux paratia [m] 0,5 ux par Point A 0,4 Point B Point C 0,3 Point D 0,2 0,1 0,0-0,1 0 50 100 150 200 250 Step
Scavo in presenza del solo puntone Vettori velocità di filtrazione