Presentazione del Progetto di un’Opera Geotecnica

1. 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

2. Considerazioni preliminari
Cosa si intende per “opera geotecnica” ?
Importanza del concetto di “progettazione geotecnica”

3. 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

4. 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. 5
prog
r. 0+
940.
25
6
prog
r. 0+9
63.8
7
prog
r. 0 +96
8.25
7
INIZ
pro IO GA
gr.
1+0 LLERIA
12.9
14
pro
gr.
1+ 0
41.8
14
pro
gr.
1+
07
8
1.0 INIZ
14 IO
GA
L LER
IA
p ro
gr.
1+
0 83
.81
4
FIN
EG
AL
LE
RIA
pr o
gr.
1+
11
3.8
80
7
pr
og
r. 1+
15
8 .75
pr
og
r. 1
+1
Stralcio planimetrico zona di
7 2.8
0
intersezione (galleria artificiale)
pr
og
r. 1
+1
8 6.8
6
0
5

6. Sezione trasversale tipo
Sezione analizzata
Sottopasso
Sviluppo complessivo:
circa 1100 m
18.00
7.40
Larghezza di scavo:
14.0÷18.0 m
Profondità massima di
Jet g
- routing scavo: 8.10 m

7. Profilo longitudinale stratigrafico
PROFILO STRATIGRAFICO LONGITUDINALE
Riporto
Profilo del terreno
Profilo del terreno
Sabbie limose e limi
Estr ado
sso plat
ea
Intrados
so platea
a
so plate
Intra dos
Scala lunghezze = 1:2.000
Scala altezze = 1:100
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

8. Stati limite ultimi e di servizio
Problematica Stato limite Parametri e dati necessari
CND: stratigrafia, γ, cu, ϕ’ (per i terreni a grana grossa)
Instabilità delle paratie SLU
CD: stratigrafia, γ, c’, ϕ’, andamento falda idrica
Sifonamento SLU CD: stratigrafia, γ, condizioni della falda idrica
Instabilità fondo scavo SLU CND: stratigrafia, γ, cu
“Stappamento” fondo
SLU CND: stratigrafia, γ
scavo
Condizioni di falda ed, eventualmente, caratteristiche di
Galleggiamento SLU
resistenza dei terreni
CND e CD: stratigrafia, γ, c’, ϕ’, ko, parametri di
Spostamenti paratia e
deformabilità a piccoli livelli di deformazione, condizioni
cedimenti piano SLS
iniziali della falda idrica, coefficiente di permeabilità dei
campagna
terreni
Sollecitazioni nella
paratia e nelle altre SLS CND e CD: vedi sopra
parti strutturali
Infiltrazioni d’acqua SLS Stratigrafia, k e condizioni iniziali della falda idrica

9. 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

10. Indagini eseguite
Progetto esecutivo Progetto costruttivo
• 10 sondaggi a carotaggio continuo
6 sondaggi a carotaggio continuo
• 5 sondaggi a distruzione di nucleo
3 prove penetrometriche (CPTU)
• 45 prove SPT
2 prove dilatometriche (DMT)
• 8 prove CPT
1 prova cross hle
- o
• 12 prove di permeabilità Lefranc
Installazione di 3 piezometri
Casagrande
3 prove di permeabilità Lefranc
• 40 prove di taglio diretto (TD)
• 1 prova triassiale non consolidata non Prove di riconoscimento
drenata (TX U)
- U
7 prove edometriche
• 2 prove di compressione uniassiale a
espansione laterale libera (ELL) 9 prove triassiale TX C
- IU
• 4 prove di compressione edometrica 2 prove triassiali TX U
- U

11. Alcuni risultati ottenuti dalle indagini
Granulometria - Complesso superiore
Argilla Limo Sabbia Ghiaia C
100
90
80 S2/C1
70
60
S1/C1
50 S3/C2
40
30
20
10
0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100
diametro (mm)

12. Alcuni risultati ottenuti dalle indagini
Granulom etria - Pancone
A rgilla Limo Sabbia Ghiaia C
100
90
80 S1/C 2
70 S1/C 1
60
S2/C 3
S2/C 4
50 S3/C 4
40
30
20
10
0
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100
diam etro (m m )

13. Alcuni risultati ottenuti dalle indagini
Carta di Casagrande
0.700
0.600
Comp. sup.
0.500 Pancone
0.400 Comp. inf
Ip
0.300
0.200
0.100
0.000
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000
Wl

14. Alcuni risultati ottenuti dalle indagini
Grado di sovraconsolidazione
Coefficiente di spinta a riposo
ko OCR
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 1 10 100
0
0
•
5 5
Complesso superiore
Limi sabbiosi
10 10
DMT1
z (m)
z (m)
DMT1
DMT2
15 DMT2 15
Argille
molli
Pancone Prove
edometriche
20
20
25
25

15. Alcuni risultati ottenuti dalle indagini
Prova Cross-hole
Go (M Pa)
0 20 40 60 80
0
5
10
z (m)
15
20 Per la caratterizzazione si sono
utilizzati unitariamente i risultati
25
di tutte le prove in sito e lab.
30

16. 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

17. Modellazione FEM del sottosuolo
y
A A A A
0 x 10 51
52
B 22 3
36 39
B50
B
B 38 37
4 12
B 24 5
18
B 19
BB 29 28
15 17
B 26 16
40 41
B
49
54 B47
55
B
56
6 B
48
13 25 7
42 43
20 21 27
44 46 45
8 14 23 9
30 32 31
33 35 34
1 11 2

18. Simulazione delle fasi
stato iniziale – realizzazione paratia e jet-grouting

19. Simulazione delle fasi
prescavo

20. Simulazione delle fasi
scavo primi 3 metri

21. Simulazione delle fasi
installazione puntone

22. Simulazione delle fasi
completamento scavo

23. Simulazione delle fasi
realizzazione soletta di fondo

24. Simulazione delle fasi
rimoz. puntone; applicazione sovraccarichi e consolidazione

25. Scavo in presenza del solo puntone
Mesh deformata a fine scavo
Massimo
spostamento a
piano scavo

26. Scavo in presenza del solo puntone
Spostamenti orizzontali a fine scavo
Massimo
spostamento
orizzontale
Uxmax = 22 mm

27. 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

28. Posizione dei punti di calcolo degli spostamenti
A E F G H
B
C
D

29. Scavo in presenza del solo puntone
Spostamenti paratia in funzione degli step
Ux par
Ux paratia [m]
0,06
Point A
0,05
Point B
0,04 Point C
Point D
0,03
0,02
0,01
0,00
-0,01
0 50 100 150 200
Step

30. Scavo in presenza del solo puntone
Cedimenti terreno in funzione degli step
uy terr
Cedimenti [m]
0,01
Point E
0,00
Point F
-0,01 Point G
Point H
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
-0,06
0 50 100 150 200
Step

31. Scavo in presenza del solo jet-grouting
Mesh deformata a fine scavo
Massimo
spostamento in
testa alla
paratia

32. Scavo in presenza del solo jet-grouting
Spostamenti orizzontali a fine scavo
Massimo
spostamento
orizzontale
Uxmax = 42 mm

33. 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

34. Scavo in presenza del solo jet-grouting
Spostamenti paratia in funzione degli step
ux par
Ux paratia [m]
0,06
Point A
Point B
0,04
Point C
Point D
0,02
0,00
-0,02
0 50 100 150 200
Step

35. Scavo in presenza del solo jet-grouting
Cedimenti terreno in funzione degli step
uy ter
Cedimenti [m]
5,e-3
Point E
0,000
Point F
-5,e-3
Point G
-0,010 Point H
-0,015
-0,020
-0,025
-0,030
-0,035
0 50 100 150 200
Step

36. Scavo in presenza di puntone e jet-grouting
Spostamenti orizzontali a fine scavo
Massimo
spostamento
orizzontale
Uxmax = 9 mm

37. 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 g
- routing

38. Scavo in presenza di puntone e jet-grouting
Spostamenti paratia in funzione degli step
ux par
Ux paratia [m]
5,e-3
Point A
Point B
0,000
Point C
-5,e-3 Point D
-0,010 Curve
sovrapposte
-0,015
-0,020
0 50 100 150 200
Step

39. Scavo in presenza di puntone e jet-grouting
Cedimenti terreno in funzione degli step
uy ter
Cedimenti [m]
4,e-3
Point E
Point F
0,000
-4,e-3
-8,e-3
-0,012
-0,016
0 50 100 150 200
Step

40. Confronto tra le soluzioni
in termini di spostamento
Ux,max Uy,max
Soluzione
(cm) (cm)
Solo puntone 2.2 1.1 (4.7)
Solo jet-grouting 4.2 2.9 (2.8)
Puntone + jet-grouting 0.9 0.4 (1.0)

41. Scavo in presenza del solo puntone
Mesh deformata dopo 180 giorni di consolidazione
Massimo
spostamento al
piede
Ux = 445 mm

42. Scavo in presenza del solo puntone
Spostamenti orizzontali dopo 180 giorni di consolidazione
Massimo
spostamento
orizzontale
Uxmax = 445 mm

43. Scavo in presenza del solo puntone
Spostamenti verticali dopo 180 giorni di consolidazione
Massimo
spostamento
verticale
Uymax = 390 mm

44. Scavo in presenza del solo puntone
Spostamenti paratia dopo 180 gg. di consolidazione
ux par
Ux paratia [m]
0,5
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

45. Scavo in presenza del solo puntone
Vettori velocità di filtrazione