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INGEGNERIA
CIVILE E AMBIENTALE a cura di Ing. M.e. dâ&#x20AC;&#x2122;effremo Ing. S. ruggieri commissione
geotecnica
visto da: Ing. a. Bozzetti
SCAVO DI UNA GALLERIA IN FORMAZIONI STRUTTURALMENTE COMPLESSE La realizzazione di scavi in formazioni strutturalmente complesse, intese come formazioni difficilmente caratterizzabili attraverso i classici approcci della Meccanica delle Terre o delle Rocce, comporta spesso evidenti difficoltĂ esecutive che rendono talvolta necessario varianti in corso d'opera e rallentamenti nei lavori. 10 ordine degli ingegneri della provinCia di roma
CIVILE E AMBIENTALE
LA PRESENZA DI FORMAZIONI “COMPLESSE” SI RISCONTRA, IN ITALIA, SOPRATTUTTO NEI TRATTI APPENNINICI.
PREMESSA Con la definizione di “formazioni strutturalmente complesse” si intendono le formazioni geologiche costituite da un componente lapideo (arenarie, calcari, calcari marnosi) e da un componente limoso e argilloso consistente, indurito, con tessitura laminata o scagliosa, in cui i rapporti quantitativi dei componenti variano da formazione a formazione (esu, 1977). la presenza di formazioni “complesse” si riscontra, in italia, soprattutto nei tratti appenninici. spesso è stata osservata un’evidente connessione tra la presenza di tali formazioni, per lo più depositi di flysch e l’esistenza di fenomeni franosi. i depositi flyschoidi sono caratterizzati da rilevante eterogeneità e l’intensa tettonizzazione crea una struttura disordinata che ne rende difficile la caratterizzazione e di conseguenza la scelta dei parametri di progetto. tali formazioni infatti non sono classificabili né come ammassi rocciosi, né come veri e propri terreni e, pertanto, la loro caratterizzazione meccanica non può essere condotta né secondo le procedure e tecniche standard della meccanica delle rocce né
secondo quelle della meccanica delle terre. la necessità di dover tenere in considerazione la variazione dei parametri geomeccanici in relazione alla presenza dei blocchi, porta a delle tecniche di caratterizzazione e di indagine che esulano per molti aspetti dalle procedure standard. anche la scala di investigazione non può limitarsi a quella dei normali provini di laboratorio: le loro dimensioni limitate, infatti, consentono di prendere in considerazione solo i clasti di piccole dimensioni, che non permettono di valutare, da soli, la reale influenza dei blocchi sulla resistenza d’ammasso. la difficoltà di caratterizzare tali formazioni, di scegliere il tipo di prove geotecniche più idonee a coglierne le caratteristiche e soprattutto di condurre correttamente le prove (ad esempio nel caso di prove in sito in questi contesti il prelievo di campioni indisturbati risulta complesso) conduce spesso all’errore di “risparmiare” sulle prove, con evidenti conseguenze sulla progettazione e sui rischi derivanti.
PROBLEMATICHE TECNICHE DI SCAVI IN FORMAZIONI COMPLESSE la realizzazione di gallerie attraverso formazioni complesse ha spesso manifestato alcune criticità dovute appunto all’eterogeneità delle stesse. tra le criticità più frequenti in genere si evidenziano: – instabilità del fronte dovuta all’intensa fratturazione delle formazioni; – convergenze elevate; – evidenti fenomeni deformativi in superficie; – criticità sul rivestimento dovute alla presenza di azioni considerevoli; – evoluzione di fenomeni di dissesto con difficoltà nella realizzazione degli imbocchi ma anche nella prosecuzione delle fasi di scavo; – innesco di fenomeni franosi. Queste problematiche, incontrate generalmente in quasi tutti gli scavi in formazioni complesse realizzati ad oggi, hanno spesso reso necessario un arresto dei lavori a cui sono seguite delle fasi di indagini di approfondimento e modifiche
11 ordine degli ingegneri della provinCia di roma
CIVILE E AMBIENTALE delle sezioni di scavo, con evidenti ripercussioni sull’economia dell’opera. al di là di osservare che il risparmio iniziale condotto sulle indagini in fase di progetto ha condotto generalmente a una lievitazione dei costi che si potrebbe invece evitare investendo inizialmente più tempo e denaro nelle indagini, è necessario sottolineare che anche i rischi connessi alle diverse problematiche incontrate in tali contesti, potrebbero essere evitati attraverso una maggiore consapevolezza e conoscenza iniziale delle formazioni in cui l’opera si inserisce e i tempi di realizzazione potrebbero essere certamente inferiori.
INDAGINI DI APPROFONDIMENTO
Depositi flyschoidi presenti soprattutto nei tratti appenninici.
a seguito delle difficoltà incontrate nella realizzazione degli scavi all’interno di formazioni strutturalmente complesse, spesso le indagini di approfondimento condotte successivamente al verificarsi dei dissesti, permettono di mostrarne le cause, definirne la geometria e la cinematica, ricostruirne correttamente la sequenza stratigrafica, stabilire con ragionevole certezza l’idraulica del sottosuolo, caratterizzare il comportamento meccanico dei terreni in modo meno incerto. attraverso maggiore conoscenza è possibile poi realizzare analisi numeriche più approfondite a cui poter dare una valenza maggiore nell’interpretazione del fenomeno ottenendo risultati confrontabili con le evidenze del monitoraggio. le indagini di approfondimento, che possono essere di diverso tipo a seconda dell’opera e del contesto (sondaggi; prove penetrometriche
LA CORRETTA DEFINIZIONE DEL MODELLO GEOTECNICO DI RIFERIMENTO È UN ELEMENTO ESSENZIALE PER AFFRONTARE IN MANIERA EFFICACE E SICURA GLI SCAVI CONSENTENDO ALTRESÌ RIDUZIONI IN TERMINI DI TEMPI E INVESTIMENTI. dinamiche (spt); dilatometriche e pressiometriche, nonché prove di permeabilità lefranc e lugeon; prove di laboratorio; prove geofisiche) nei diversi casi noti di scavi in formazione complesse hanno sempre mostrato che la caratterizzazione geotecnica iniziale pur cogliendo, nel complesso, le caratteristiche generali degli ammassi, non consentiva di tenere conto della loro estrema variabilità e delle scadenti caratteristiche meccaniche presenti talvolta più in superficie talvolta più in profondità, laddove l’indagine iniziale non era arrivata. sin dall’inizio della progettazione si dovrebbe essere a conoscenza della difficoltà di caratterizzare tali formazioni e proprio per questo si dovrebbe porre maggiore attenzione nella scelta dell’apparecchiatura di prova e alla scelta di campioni significativi, di dimensioni opportune in funzione della struttura del materiale, affiancando sempre l’analisi anche su scala reale, in sito, tenendo così conto dell’influenza delle macrostrutture e degli stati tensionali agenti.
SOLUZIONI TECNICHE ADOTTATE generalmente nell’intervenire per limitare le criticità sull’opera (instabilità del fronte, convergenze elevate, evidenti fenomeni deformativi), nel caso di scavo realizzato con metodi tradizionali, si procede con: – riduzione dei campi di scavo e aumento delle sovrapposizioni utili per i consolidamenti del nucleo-fronte; – affinamento delle tecniche esecutive dei consolidamenti; – esecuzione del getto dell’arco rovescio in prossimità del fronte; – esecuzione del getto di calotta nei primi campi di scavo; – razionalizzare le fasi operative di cantiere, al fine di portare la produzione su valori soddisfacenti.
12 ordine degli ingegneri della provinCia di roma
CIVILE E AMBIENTALE nel caso di scavo con tbm le criticità possono essere superate agendo sulla diversa conduzione della macchina. in casi di dissesto invece, l’intervento di stabilizzazione si realizza agendo sulle cause del fenomeno naturale mediante interventi opportuni atti ad incrementare le forze resistenti, oppure, a ridurre le forze motrici del cinematismo di rottura. seguire l’uno o l’altro principio dipende da molteplici fattori e circostanze, di ordine tecnico e di natura economica, che vanno valutati caso per caso. l’incremento delle forze resistenti può essere raggiunto aumentando gli sforzi normali lungo la superficie di rottura, mediante: – la riduzione delle pressioni neutre in punti interni o lungo il contorno della superficie di rottura stessa; – miglioramento della resistenza a taglio del materiale; – riprofilatura del pendio, con appesantimento del piede del pendio. la riduzione delle forze applicate, che tendono a provocare il dissesto, si può realizzare con il decremento degli sforzi tangenziali lungo la superficie di rottura e con il trasferimento degli sforzi tangenziali ad elementi strutturali fondati o ancorati a un ammasso compatto non interessato dal fenomeno. il monitoraggio in corso d’opera e la scelta dei punti di controllo è inoltre fondamentale per la riuscita dell’opera.
CONCLUSIONI la corretta definizione del modello geotecnico di riferimento è un elemento essenziale per affrontare in maniera efficace e sicura gli scavi
BIBLIOGRAFIA – Bertuccioli P., Cotti I., Pagliara P. (1991) Caratterizzazione geotecnica delle argille scagliose di Santa Barbara nell’ambito delle formazioni strutturalmente complesse italiane, Università degli studi di Roma “La Sapienza” Dipartimento di Ingegneria strutturale e geotecnica. – Bertuccioli P. (1992) Analisi della letteratura geotecnica italiana sulle formazioni strutturalmente complesse, Università degli studi di Roma “La Sapienza” Dipartimento di Ingegneria strutturale e geotecnica. – Esu U F. (1977) Behaviour of slopes in structurally complex formations. Proc. Int. Symp. On “the Geotechnics of Structurally Complex Formation”, Capri, 3, 292-304
consentendo altresì riduzioni in termini di tempi e investimenti. gli studi effettuati ad oggi dimostrano che la costruzione di un modello geotecnico di riferimento, in grado di cogliere gli aspetti essenziali in una condizione geologica complessa, deve essere affrontato mediante analisi di carattere multidisciplinare. negli scavi in formazioni complesse la definizione del modello geotecnico non può in alcun modo prescindere da uno studio geologico dell’area, da un’attenta sperimentazione in sito e in laboratorio e da un’ampia attività di monitoraggio. l’esperienza dovrebbe essere da insegnamento, tuttavia ancora oggi la realizzazione di scavi in formazioni complesse comporta evidenti criticità, solo in parte giustificate dalle complesse caratteristiche delle stesse. le criticità non devono infatti in nessun modo giustificare le ridotte campagne indagine cui talvolta si assiste in tali contesti e, essendoci una vasta letteratura sull’argomento a disposizione dei professionisti (nel 1992 è stata pubblicata un’“analisi della letteratura geotecnica italiana sulle formazioni strutturalmente complesse” (p. bertuccioli) approfondita negli anni grazie a diversi studi su tali formazioni, questa può essere un utile riferimento per tutti i professionisti del settore. sarebbe auspicabile una collana che racchiuda le criticità e soluzioni, nonchè le caratteristiche più specifiche delle diverse formazioni, come strumento utile per i progettisti. ■
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