Altamura Gioacchino 340

Universit degli Studi di Roma La Sapienza Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA GEOTECNICA

Studio dellallargo di una galleria con la

tecnica del pretaglio

Gioacchino Altamura

Relatore: Prof. Alberto Burghignoli Co-relatori: Prof. Salvatore Miliziano

Prof. Renato Ribacchi

INDICE

Premessa ........................................................................................................................... 1

1. Tecniche di esecuzione e allargo di gallerie................................................................. 5

1.1 Scavo di gallerie in terreni sciolti ........................................................................... 5

1.2 Allargo di gallerie................................................................................................. 11

2. La galleria di Nazzano................................................................................................ 13

2.1 Descrizione dellopera e dei lavori di allargo....................................................... 14

2.2 Inquadramento geologico ..................................................................................... 19

2.3 Caratterizzazione geotecnica ................................................................................ 20

2.4 Il sistema di monitoraggio .................................................................................... 48

3. Analisi numeriche dello scavo della galleria e dellallargo........................................ 51

3.1 Introduzioni alle analisi numeriche ...................................................................... 51

3.2 Analisi preliminari................................................................................................ 53

3.2 Analisi definitive .................................................................................................. 75

4. Risultati del monitoraggio .......................................................................................... 79

4.1 Introduzione.......................................................................................................... 79

4.2 Elaborazione dei dati di monitoraggio ................................................................. 81

4.3 Le misure estensimetriche .................................................................................... 92

4.4 Le misure inclinometriche.................................................................................. 107

5. Risultati delle analisi numeriche .............................................................................. 111

5.1 Introduzione........................................................................................................ 111

5.2 Le analisi numeriche eseguite ............................................................................ 112

6. Confronto tra risultati delle analisi e delle osservazioni sperimentali...................... 173

6.1 Introduzione........................................................................................................ 173

6.2 Il confronto ......................................................................................................... 174

6.3 Conclusioni......................................................................................................... 199

7. Considerazioni conclusive........................................................................................ 201

Bibliografia................................................................................................................... 206

Certamente la natura interrogata dallesperimento una natura

semplificata, preparata appositamente e occasionalmente mutilata in

funzione delle ipotesi preesistente. Tutto ci non la priva della capacit di

smentire la maggior parte delle ipotesi. Einstein era solito far notare che

la natura, la maggior parte delle volte, risponde no alle domande che le

vengono poste e solo occasionalmente dice forse. Lo scienziato dunque

non fa tutto ci che vuole, non riesce a far dire alla natura quello che lui

vuole, n pu, per lo meno sul lungo periodo, proiettare su di essa i

desideri e le aspettative che gli ha pi a cuore. Lo scienziato corre

veramente dei grossi rischi, tanto pi grandi quanto pi crede di circuire

meglio la natura con la sua tattica, di metterla una volta per tutte con le

spalle al muro..

Il protocollo del dialogo sperimentale a nostro avviso unacquisizione

irreversibile della cultura umana. Esso garantisce veramente che la natura

interrogata dalluomo sar trattata come un essere indipendente.

Certamente essa viene costretta ad esprimersi in un linguaggio forse

inadeguato. Ma le procedure del metodo vietano di metterle in bocca le

parole che si vorrebbero ascoltare. Il dialogo sperimentale forma anche la

base del carattere comunicabile e riproducibile dei risultati scientifici.

Anche se costringiamo la natura ad esprimersi in maniera parziale, una

volta che essa ha parlato in condizioni riproducibili, tutti si inchinano:

infatti essa non mente mai, la natura non ci inganna.

La nuova alleanza - Ilya Prigogine, Isabelle Stengers

Premessa _________________________________________________________________________

1

Premessa

Nella presente tesi si riportano le attivit sviluppate e la ricerca realizzata durante il

Dottorato di Ricerca in Ingegneria Geotecnica, svolto presso il dipartimento di Ingegneria

Strutturale e Geotecnica dellUniversit di Roma "La Sapienza". necessario da subito

ricordare come le attivit del presente studio prendono spunto da una Convenzione di

Ricerca stipulata tra la Societ Autostrade S.p.A. (ora Autostrade per lItalia) ed il

Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica dell'Universit degli Studi di Roma

"La Sapienza" dal titolo Monitoraggio geotecnico dei lavori di ampliamento con traffico

in esercizio della galleria di Nazzano. Tale convenzione si riferisce allo studio di un caso

reale relativo ai lavori in corso per lampliamento a tre corsie pi quella di emergenza della

galleria di Nazzano sul tratto autostradale Orte - Fiano Romano (A1). Caratteristica

qualificante dei lavori nel sito in esame la messa in opera di un sistema di monitoraggio,

che rende lo studio del caso reale molto interessante, perch la previsione del

comportamento dellopera conseguito grazie ai modelli teorici numerici pu essere

confrontata con quanto rilevato in sito dal monitoraggio.

Il tipo di lavori in corso, pocanzi esposti, debbono essere inseriti in una

programmazione di ampia scala relativa alladeguamento delle infrastrutture preesistenti

necessaria per far fronte alla crescente domanda di trasporto. Quanto si prospetta in merito

allammodernamento dellattuale rete autostradale, tecnicamente si traduce, tra laltro, nel

cercare di potenziare la capacit delle vie di comunicazione. Lunica possibilit in ambito

delle infrastrutture di tipo autostradale, quella dellaggiunta di una o pi corsie di marcia

ad entrambe le carreggiate. Lallargamento della sede stradale da due a tre corsie uno

degli attuali problemi, ancor pi complesso, in presenza di gallerie. In questultimo caso, il

problema si aggrava ulteriormente se si deve garantire il traffico in esercizio, anche durante

i lavori. Una semplice soluzione, quando le condizioni lo permettono, quella di realizzare

opere di deviazione temporanea chiudendo la galleria sino al completamento dei lavori di

allargamento. Ci permette di progettare e analizzare il problema analogamente a quanto

succede per lo scavo ex-novo di gallerie, senza tener conto di particolari esigenze,

esaminando le possibili tecniche di scavo correntemente utilizzate. In alternativa,

possibile pensare a tecniche che consentano il mantenimento del traffico durante i lavori,

sia pure a carreggiata ridotta, proteggendo la sede stradale: un esempio lallargamento

Premessa _________________________________________________________________________

2

della galleria autostradale di Nazzano. Limpossibilit nel realizzare nuove gallerie e/o

nuovi tracciati, infatti, ha condotto ad operare sulla galleria preesistente, necessariamente

aperta al traffico, costringendo alladozione di tecniche costruttive che richiedano la

presenza di uno scudo di protezione della sede stradale e dei conseguenti ridotti spazi

operativi. Poich nel caso in esame ci ritrova in presenza di terreni sciolti e/o di scadenti

caratteristiche di resistenza, cui si associano limitate capacit di autosostegno del cavo,

lavanzamento del fronte stato preceduto dalla realizzazione di un guscio resistente

inserito nel terreno, avente funzione di rivestimento provvisorio. Tale guscio realizzato

mediante intasamento con betoncino fibrorinforzato di unincisione anulare scavata

meccanicamente mediante una lama metallica, il cosiddetto pretaglio, di diametro

maggiore rispetto a quello della nuova galleria.

Quando si studiano gli effetti dello scavo di una galleria, la modellazione pi opportuna

quella tridimensionale, scelta ancora pi appropriata per simulare lesecuzione di

unincisione di estensione limitata nel terreno quale il pretaglio. Per tale ragione sono

state impostate, come meglio verr illustrato in seguito, analisi numeriche tridimensionali

impiegando il codice di calcolo alle differenze finite FLAC 3D 2.0. Le analisi numeriche

tridimensionali sono particolarmente adatte nel simulare realisticamente le singole fasi

previste nella realt esecutiva dello scavo di gallerie e, in particolare nel caso in esame, le

fasi di ampliamento delle gallerie per mezzo della tecnica del pretaglio. Le stesse

permettono, inoltre, di seguire e studiare levoluzione tensio-deformativa nelle tre direzioni

dello spazio che si sviluppa con lavanzamento del fronte di scavo. Se da una parte

evidente lutilit delle analisi tridimensionali nella progettazione statica delle gallerie, non

inutile ricordare che, nonostante le maggiori potenzialit degli attuali calcolatori, lanalisi

numerica tridimensionale richiede tempi di calcolo impegnativi. Tale onerosit

computazionale richiede lintroduzione di semplificazioni nella messa a punto dello

strumento danalisi. Una specifica trattazione riservata, a tal proposito, nella scelta del

modello implementato nelle analisi numeriche, fissando in particolare lattenzione sulle

dimensioni del reticolo di discretizzazione, sulla geometria della griglia e sulla dimensione

degli elementi che la compongono, sulla densit di discretizzazione, sulle relazioni sforzi-

deformazioni del terreno, sullutilizzo di elementi strutturali nella simulazione di alcuni

processi di realizzazione delle singole fasi costruttive.

In generale, una volta messa a punto uno strumento dindagine numerica, il progresso

delle conoscenze sul comportamento tensio-deformativo dellammasso soggetto a fasi

Premessa _________________________________________________________________________

3

lavorative pi o meno articolate, come processi di scavo, demolizione di elementi

strutturali esistenti e installazione di nuovi, necessariamente passa per un sistematico

confronto tra i risultati di simulazioni numeriche il pi vicino possibile alla realt e misure

rilevate in sito in situazioni ben caratterizzate geotecnicamente. Tutto ci tanto pi vero

per lo studio dellallargo di gallerie per mezzo della tecnica del pretaglio, essendo

questultima una tecnica di recente utilizzo, non supportata da studi ed indagini simili

precedenti. Grazie alla Convenzione, cui si accennato precedentemente, tale tipo di

confronto possibile attualizzando i dati provenienti dal sistema di monitoraggio. Lungo lo

sviluppo della galleria, di lunghezza pari a circa 330 m, sono disposte cinque sezioni di

misura, per ciascuna della quale disponibile una buona caratterizzazione geotecnica dei

terreni presenti.

Tutto ci premesso possibile con maggior chiarezza delineare gli obiettivi della

presente tesi di dottorato:

Ottimizzazione delle analisi numeriche tridimensionali in modo da assicurare un compromesso tra accuratezza dei risultati e tempi di analisi. Ci possibile

agendo sui criteri di simulazione, sulla geometria della griglia utilizzata e sulla

scelta di semplici, ma sufficientemente approssimati, legami costitutivi per la

simulazione del comportamento del terreno.

Migliorare la comprensione del comportamento dinsieme di un ammasso interessato dallallargo di gallerie con limpiego della tecnica del pretaglio. Ci

possibile attraverso il confronto tra i risultati provenienti dallimplementazione

di strumenti di analisi tridimensionale, in grado di riprodurre fedelmente le

singole fasi costruttive previste nella realt esecutiva, e i dati rilevati in sito con

appropriati sistemi di monitoraggio.

La tesi articolata in modo da passare progressivamente dalla descrizione

dellintervento di allargo e dalla caratterizzazione geotecnica del sito, alla elaborazione dei

risultati numerici e dei dati di monitoraggio, al loro successivo confronto, e quindi alle

considerazioni finali e alle conclusioni della ricerca. Pi specificatamente, dopo la

descrizione della sequenza lavorativa che caratterizza il sito in esame, si illustrano

sinteticamente le campagne dindagine geotecniche fin ad oggi eseguite e il tipo di

strumentazione caratterizzante il sistema di monitoraggio. In particolare si descrive in

dettaglio il modello geotecnico di sottosuolo desunto dal complesso dei risultati ottenuti

Premessa _________________________________________________________________________

4

nelle indagini in sito e nelle prove di laboratorio. Prima di illustrare i dati provenienti dalla

strumentazione di monitoraggio usati per lo studio e i confronti, si descrivono i criteri

seguiti nellimpostazione delle analisi numeriche eseguite, sia con riferimento

allimpostazione generale del problema sia con riferimento alla simulazione delle singole

fasi costruttive. A seguire si riportano e si commentano i dati provenienti dal sito pi

affidabili e significativi, descrivendo i criteri di elaborazioni cui sono stati sottoposti.

Particolare attenzione dedicata allillustrazione delle analisi numeriche, dalle quali sono

stati ricavati i risultati posti a confronto con i dati di monitoraggio. In fine si riportano le

considerazioni e le indicazioni che sono scaturite dalla intera ricerca, con le relative

osservazioni e conclusioni.

Capitolo 1 Tecniche di esecuzione e allargo di gallerie _______________________________________________________________________________

5

CAPITOLO 1 Tecniche di esecuzione e allargo di gallerie

1.1 Scavo di gallerie in terreni sciolti

Lo scavo in terreni sciolti difficilmente effettuato in assenza di una protezione nel

tratto di galleria appena scavato e ancora privo di rivestimento. Di corrente utilizzo la

realizzazione di gallerie con uno scudo, che in grado di garantire un ambiente di lavoro

sicuro, una maggiore efficienza delle operazioni di scavo e un minor disturbo del terreno

circostante in termini di spostamenti indotti. In terreni sciolti poco consistenti,

praticamente privi della componente di resistenza di tipo coesivo, non possibile

immaginare che una galleria possa autosostenersi senza la presenza di un rivestimento. In

prossimit del fronte, durante lavanzamento dello scavo, nasce la problematica relativa

allimpossibilit di mettere in opera da subito un rivestimento anche solo provvisorio. La

presenza dello scudo, e in particolare del corpo dello scudo, risolve totalmente tale

difficolt. Non solo, unito allestremit di taglio e opportunamente irrigidito, permette di

controllare e far avanzare lo scavo della galleria stessa, lasciando alla coda dello scudo il

compito di erigere e installare nuovi elementi di rivestimento, pompare malta di

riempimento tra rivestimento e parete della galleria, e provvedere allorganizzazione di

smaltimento dello smarino. Si comprende come lo scavo con limpiego di uno scudo possa

essere molto efficiente, oltre che pi sicuro per la manodopera, quando ogni operazione

coordinata e sincronizzata con tutte le altre.

Il coordinamento delle fasi di lavoro e le caratteristiche di avanzamento dello scavo

sono in funzione del tipo di scudo che si sceglie di adottare. Le differenze tra uno scudo e

laltro risiedono principalmente sulle modalit di scavo e sugli accorgimenti relativi alla

stabilit del fronte. Per quanto riguarda il primo aspetto, il sistema di scavo al fronte pu

essere di tipo manuale, semimeccanizzato o completamente meccanizzato.

Tendenzialmente il sistema pi utilizzato quello meccanizzato, mentre non si utilizza pi

il sistema manuale. Il sistema meccanizzato sicuramente pi vantaggioso rispetto a quello

semimeccanizzato per terreni attraversati praticamente omogenei nelle caratteristiche

fisiche e meccaniche. Ci comprensibile se si pensa che il sistema di scavo meccanizzato

consiste nella presenza di una testa rotante, la fresa, che realizza lo scavo a tutta sezione ed


6

munita di specifici strumenti taglienti, i cutters, da selezionare in maniera specifica per le

diverse condizioni geotecniche incontrate. Viceversa, quando i terreni sono eterogenei e si

possono trovare diverse condizioni geotecniche del terreno attraversato, lo scavo semi-

meccanizzato assicura unottimizzazione del lavoro per la sua pi flessibilit nelle

operazioni e modalit di scavo. La tecnica per garantire la stabilit del fronte un ulteriore

elemento che differenzia sostanzialmente il tipo di scudo. Il sostegno del fronte pu essere

raggiunto tramite lutilizzo di aria compressa, ma pi generalmente si impiegano fanghi

bentonitici in pressione applicati al fronte di scavo. La pressione di stabilizzazione pu

essere generata anche tramite la pressione del terreno stesso scavato, opportunamente

rimescolato e miscelato con additivi, in un apposita camera posizionata immediatamente

dietro la fresa.

Una scelta oculata della tecnica di scavo e del tipo di macchina da utilizzare permette

lottimizzazione nella realizzazione di gallerie, scelta non banale perch deve tenere conto

inevitabilmente di molti altri fattori oltre a quelli gi menzionati sopra, quali le condizioni

idrauliche, la lunghezza e le dimensioni della sezione della galleria, la velocit di

esecuzione dello scavo, il sistema di sostegno che si pensa di dover utilizzare e infine, ma

non ultimo per importanza, il costo della macchina.

Gli scudi utilizzati sono schematicamente illustrati nelle seguenti Tab. 1 e Tab. 2.


7

Tab.

1

Cla

ssifi

cazi

one

degl

i scu

di(a

).


8

Tab.

2

Cla

ssifi

cazi

one

degl

i scu

di (b

).


9

Esistono, comunque, anche situazioni in cui possibile far a meno dellutilizzo di scudi

di protezione: quando i terreni sono a grana fine molto consistenti, quando la sezione della

futura galleria molto ampia o la lunghezza della stessa tropo breve. In questi casi si

opera scavando puntualmente con mezzi meccanici (scavo in tradizionale), dopo aver

assicurato la stabilit di tutta la zona del fronte. Evidente come debba essere

profondamente curato, nella progettazione dello scavo in tradizionale, laspetto della

stabilit al fronte, essendo il requisito che assicura la possibilit di avanzamento dellopera

e la sicurezza del cantiere. Di solito si utilizza calcestruzzo proiettato fibrorinforzato che

pu essere considerato come sostegno permanente in condizioni di basse sollecitazioni o,

diversamente, come sostegno provvisorio per consentire la messa in opera delle centine. In

ogni modo, le tecniche di miglioramento o rinforzo sono di particolare aiuto in questi casi e

il tipo e la loro modalit di utilizzo funzione delle caratteristiche geotecniche e

geometriche del sito. Una breve descrizione sar riportata in seguito.

A prescindere da eventuali tecniche di miglioramento, quando presente un minimo di

coesione, nella progettazione delle gallerie comunque possibile valutare le condizioni di

stabilit nella zona del fronte e del retrofronte. Queste sono le zone dove ancora non

presente un rivestimento definitivo e deve essere previsto un sostegno provvisorio o una

pressione di stabilizzazione, come nel caso di scavo con scudi. In generale, per un primo

livello dello studio della stabilit, si pu far riferimento ai metodi dellanalisi limite. Di

particolare interesse nella valutazione sono due situazioni estreme: quando il tratto di

galleria in cui non presente il rivestimento definitivo sufficientemente lungo da poter

pensare di essere in condizioni piane o quando possibile pensare il rivestimento

definitivo in corrispondenza del fronte. In proposito, la letteratura propone relazioni di

facile comprensione e applicazione, distinguendo casi di terreni coesivi-attritivi, sopra o

sotto falda e casi di terreni coesivi in condizioni non drenate.

Altro aspetto nella progettazione di gallerie la scelta e dimensionamento del

rivestimento definitivo, aspetto non dimmediata risoluzione. Infatti il terreno non pu

essere considerato come un semplice carico esterno applicato al rivestimento, ma

necessario tener conto sia della complessa interazione tra rivestimento-terreno sia come la

messa in carico del rivestimento dipenda da molteplici fattori derivanti anche dal tipo di

terreno e dalle modalit di scavo. Molto spesso lesperienza del progettista ad essere

determinante nella scelta delle caratteristiche del rivestimento. Comunque unanalisi

strutturale necessaria oltre che cogente; una prima valutazione pu essere effettuata


10

utilizzando schemi semplificati in cui si applica il metodo delle curve caratteristiche, per

poi passare eventualmente ad analisi pi complesse in cui si fa uso di metodi di calcolo

numerici quali analisi agli elementi finiti.

Nella progettazione di gallerie doveroso tener conto anche dellambiente circostante in

cui si inserisce la nuova struttura. Lo scavo di una galleria, infatti, comporta

inevitabilmente una perturbazione dello stato tensionale e deformativo in un volume di

terreno dipendente dalle dimensioni dellopera e dalle caratteristiche geotecniche del

terreno stesso. Un esempio significativo riguarda le gallerie in ambiente urbano. Alle

problematiche costruttive e progettuali appena accennate si affianca un altro aspetto di

notevole importanza: linterazione con le costruzioni in superficie. Edifici e pi in generale

strutture di diversa natura, alcune anche di prevalente interesse storico e artistico, sono

condizionate dallo stato deformativo del terreno di fondazione conseguente allo scavo della

galleria sottostante; in questi casi imprescindibile limitare gli effetti dellinterazione per

non alterare la stabilit e la funzionalit. Il primo passo consiste nella valutazione degli

spostamenti in superficie in modo da poter avanzare delle indicazioni sulle possibile

problematiche, in termini di danni potenziali indotti. Lo studio pu essere molto

impegnativo e pu anche influenzare sostanzialmente la tecnica di scavo della galleria,

oltre a promuovere la pianificazione di opere di miglioramento e/o rinforzo per la

riduzione del campo di spostamenti previsto.

Come si visto, le tecniche di miglioramento e/o rinforzo sono indispensabili in molti

casi, quale la mitigazione delle problematiche relative ai danni potenziali indotti in

strutture preesistenti in superficie, lo scavo di gallerie in condizioni difficili o, come si

accennato precedentemente, quando si sceglie di adottare tecniche di scavo tradizionali. Di

seguito riportiamo brevemente le tecniche di miglioramento e/o rinforzo pi comunemente

utilizzate nella realizzazione di gallerie.

Nellambito degli interventi di miglioramenti possibile segnalare la tecnica delle

iniezioni, che pu essere praticata con diverse modalit dazione e utilizzando diversi

prodotti per le miscele di iniezione, in funzione delle caratteristiche del terreno da trattare e

delle prestazioni che si vogliono raggiungere. Anche il congelamento rientra nelle tecniche

di miglioramento; in presenza di terreni sotto falda possibile creare apposite zone

resistenti che permettono la stabilit a breve termine, sufficiente allo scavo e installazione

del rivestimento provvisorio o/e definitivo. La tecnica di congelamento stata utilizzata

con successo anche per problemi di stabilit di fondo scavo e un esempio ne la


11

costruzione della metropolitana milanese. Per raggiungere le zone da trattare, entrambi i

metodi di miglioramento possono essere eseguiti dalla superficie o dallinterno stesso della

gallerie, in funzione della copertura e delleconomia dellintervento.

Nellambito delle tecniche di rinforzo, nella costruzione di gallerie possibile prevedere

lintervento di jet-grouting. Anche in questo caso possibile eseguire lintervento sia a

partire dalla superficie, quando ovviamente la profondit modesta, sia dal fronte di scavo.

In questultimo caso possibile pensare di realizzare colonne sub-orizzontali in prossimit

della corona della gallerie per creare una sorta di protezione detto consolidamento a

ombrello.

Lo sviluppo di fenomeni di collasso pu essere evitato, inoltre, mediante un presostegno

o prerinforzo del fronte e della zona antistante, senza lausilio degli interventi di modifica

o rinforzo appena descritti. Molto comune, per esempio, lutilizzo di barre in vetroresina

infilate al fronte in modo da migliorare le condizioni di stabilit e ridurre le deformazioni

del terreno trattato, responsabili queste ultime anche di una significativa percentuale di

spostamenti indotti in superficie.

1.2 Allargo di gallerie

Lesigenza e il concetto dellallargo di gallerie preesistenti nasce negli ultimi tempi. Per

tale motivo non esistono, ad oggi, procedure ben consolidate che possano essere prese a

riferimento nella progettazione di lavori di allargamento. Tutto rimandato allesperienza

e alla fantasia del progettista oltre che alle possibilit tecnologiche su cui ci si pu

basare. possibile far riferimento a lavori in cui, semplicemente, si operato smantellando

il rivestimento esistente in mattoni. Lavori comunque sporadici perch lampliamento della

capacit di una via di comunicazione stata finora soddisfatta progettando e costruendo

nuove infrastrutture e nuovi tratti stradali-ferroviari di pi alta capacit. Linteresse

nellammodernamento e/o adeguamento delle infrastrutture preesistenti nato per vari

motivi tra i quali la presenza di numerosi vincoli paesaggistici, destinati con il tempo a

aumentare in numero e vigore, che limitano le possibilit di perturbare e modificare siti

protetti. Lallargo di gallerie preesistenti porta con se anche un ulteriore aspetto degno di

studio che consiste nella modifica e gestione del traffico. Impegnando le gallerie nei lavori

di allargo, infatti, necessario prevedere la deviazione del traffico o di adottare tecniche di


12

scavo compatibili con lo stesso. Analizzando questultima alternativa, una possibilit

quella di adottare tecniche costruttive che prevedano la presenza di uno scudo di

protezione della sede stradale e che tengano conto dei conseguenti ridotti spazi operativi.

In presenza di terreni di scadenti caratteristiche meccaniche, cui si associano limitate

capacit di autosostegno del cavo, lavanzamento del fronte pu essere preceduto dalla

realizzazione di un guscio resistente inserito nel terreno, avente funzione di rivestimento

provvisorio, realizzato mediante intasamento con betoncino fibrorinforzato di unincisione

anulare scavata meccanicamente mediante una lama metallica, il cosiddetto pretaglio, di

diametro maggiore rispetto a quello della nuova galleria. In questo modo si ottiene una

struttura provvisoria in grado di scaricare alle imposte sollecitazioni altrimenti

incompatibili con la resistenza intrinseca dellammasso, garantendo la stabilit del fronte

scavo e della cavit. Un intervento di questo genere, comunemente detto intervento del

pretaglio, si inserisce nellevoluzione dei tradizionali metodi di scavo verso soluzioni in

grado di determinare la creazione di effetti arco artificiali quale elementi fondamentali per

migliorare le condizioni di stabilit delle gallerie in terreni sciolti e/o in condizioni difficili.

Non solo, tale metodo pu garantire una riduzione delle deformazioni, che normalmente

iniziano a svilupparsi ancor prima del passaggio del fronte di scavo. Aspetto questultimo

di particolare importanza quando si opera in gallerie poco profonde, caratterizzate dalla

presenza di edifici preesistenti in superficie.

Come si vedr pi in dettaglio nel prossimo capitolo, lapplicazione di tale tecnica

innovativa stata adottata per lampliamento della galleria di Nazzano.

Capitolo 2 La galleria di Nazzano _______________________________________________________________________________

13

CAPITOLO 2 La galleria di Nazzano

Il problema dellampliamento di gallerie di attuale interesse nei lavori di allargamento

da due a tre corsie di sedi autostradali. In particolare lautostrada A1 (E45), nel tratto tra

Roma Nord e Orte ha subito un ridimensionamento per far fronte alla cresciuta domanda,

realizzando una corsia di marcia in pi per ogni carreggiata. Il ridimensionamento della

sede autostradale da due a tre corsie pi una di emergenza, dal chilometro 522+000 al

chilometro 523+200, prevede lampliamento della galleria di Nazzano. Tale galleria prende

il nome dal paese che sottopassa parzialmente, situato nel parco della valle del Tevere, a

meno di 50 Km dalle porte di Roma nord, arroccato su un rilievo di modesta altezza, con

quota del centro urbano di 202 m s.l.m (Fig. 1). Lampliamento della galleria prevede una

sequenza di fasi di lavoro che richiede unorganizzazione relativamente complessa del

processo costruttivo.

Fig. 1 - Ubicazione geografica della galleria di Nazzano.


14

In questo capitolo si illustrano dapprima dettagliatamente le operazioni che

contraddistinguono la tecnica di scavo. Di seguito si riportano tutte le informazioni che

caratterizzano il sito sotto laspetto geotecnico e geologico, riportando i risultati delle

campagne dindagine geotecnica cui stato oggetto e, quindi, descrivendo il relativo

sistema di monitoraggio.

2.1 Descrizione dellopera e dei lavori di allargo

Nella lavorazione di allargo della galleria possibile individuare alcune fasi principali

che caratterizzano lintero processo: la realizzazione del pretaglio e il suo intasamento per

creare un guscio di calcestruzzo fibrorinforzato con funzione di rivestimento preliminare;

la demolizione del rivestimento della galleria preesistente e del terreno al di sotto del

guscio; la messa in opera del nuovo rivestimento definitivo; lintasamento

dellintercapedine tra il guscio ed il rivestimento e la precompressione del rivestimento

definitivo. Il pretaglio consiste nellesecuzione in avanzamento, dal fronte di scavo, di

unincisione anulare di diametro leggermente superiore a quello della futura galleria e

leggermente inclinato verso lesterno al fine di permettere la sovrapposizione di parte dei

gusci. Durante lesecuzione dei lavori, la sede stradale protetta da uno scudo metallico

posto allinterno del rivestimento preesistente che, bench riduca lampiezza della

carreggiata, consente di mantenere due corsie eliminando la sola corsia di emergenza (Fig.

2). Durante lallargamento della galleria, al fine di mantenere lesercizio, non pu essere

realizzato il nuovo arco rovescio, ma un collegamento strutturale di tipo provvisionale tra il

nuovo rivestimento ed il vecchio arco rovescio. Completato lallargamento, tutto il traffico

veicolare avviene nella nuova galleria, ormai di dimensioni tali da contenere due corsie per

senso di marcia. I lavori vengono spostati nellaltra galleria, in questa fase chiusa al

traffico. Al completamento dei lavori della seconda galleria, nella quale larco rovescio

realizzato contestualmente alla messa in opera del rivestimento definitivo, il traffico si

sposta ancora interamente in questultima per consentire il completamento della prima

galleria con la realizzazione del nuovo arco rovescio. Lopera finita, per ciascuna galleria,

presenta tre corsie di marcia pi la corsia di emergenza (Fig. 2).


15

Fig. 2 Fase delle lavorazioni e traffico.


16

La sequenza delle operazioni che contraddistingue la realizzazione dellallargo della

singola gallerie per mezzo della tecnica del pretaglio, che costituisce il modulo ripetitivo di

tre metri di lunghezza su cui si basa lintero processo di avanzamento dello scavo,

descritta nel seguito, prendendo a riferimento una sezione longitudinale della galleria:

1) esecuzione del pretaglio;

GALLERIA ALLARGATA

2) riempimento del pretaglio con betoncino fibrorinforzato ad alta resistenza e rapida

presa e successiva posa in opera di un arco di conci del rivestimento definitivo; a

seguire, dopo lintasamento con betoncino dellintercapedine tra il guscio e larco,

si esegue la precompressione di questultimo mediante un martinetto posto in

corrispondenza del concio di chiave;

GALLERIA ALLARGATA


17

3) avanzamento di un metro dello scavo;

GALLERIA ALLARGATA

4) posa in opera del secondo arco di conci del rivestimento definitivo;

GALLERIA ALLARGATA


GALLERIA ALLARGATA

GALLERIA EISTENTE


18

6) posa in opera del terzo arco di conci del rivestimento definitivo;

GALLERIA ALLARGATAGALLERIA ALLARGATA

GALLERIA EISTENTE


GALLERIA ALLARGATAGALLERIA ALLARGATAGALLERIA ALLARGATA

GALLERIA EISTENTE

La modalit di esecuzione del pretaglio andata affinandosi nel corso dei lavori. In un

primo momento si effettuata la realizzazione completa dellincisione anulare per tutta

lestensione dellarco di volta e poi lintasamento con betoncino fibrorinforzato della

stessa. Successivamente, pur mantenendo la stessa profondit in avanzamento, il pretaglio

consistito nel realizzare a tratti lincisione anulare, ognuna di ampiezza variabile da 2 a

3.5 metri, e nellimmediato intasamento con betoncino, a partire dal piede destro della

galleria.


19

2.2 Inquadramento geologico

In questo paragrafo si riportano le principali caratteristiche geologiche derivanti

dallosservazione diretta in sito e da una prima campagna di indagine. Tale campagna

stata integrata successivamente da una nuova e pi estesa serie di indagini, dalle quali

scaturita la caratterizzazione geotecnica definitiva.

I versanti in cui sono presenti gli imbocchi delle gallerie presentano pendenze piuttosto

elevate. Le stesse inclinazioni caratterizzano i pendii nella zona centrale del rilievo dove

sorge il centro dellabitato. I terreni che costituiscono larea dinteresse dei lavori,

appartengono a depositi marini plio-pleistocenici e sono costituiti da sabbie limose, sabbie

e ghiaie. In particolare si riscontrano successioni di sedimenti a granulometria

prevalentemente fine con la tendenza a divenire pi grossolani procedendo verso la parte

alta della serie. Le gallerie sono localizzate in un litotipo sabbioso, verso la parte alta della

successione di depositi appena descritta. In particolare, tale litozona costituita da sabbie

medio-fini di colore giallo-nocciola da debolmente a mediamente limose alternate da limi

da debolmente sabbiosi ad argillosi di colore grigio in orizzonti irregolari. Si possono

anche riconoscere lenti e/o paleocanali di ghiaie in matrice sabbiosa fine. Riassumendo, la

successione locale sembra essere costituita da due principali formazioni litologiche che

possono essere brevemente descritte partendo dal basso verso lalto. La prima formazione

caratterizzata da limo sabbiosi e/o argillosi, da mediamente consistenti a consistenti, di

colore grigio-azzurro; la formazione pi superficiale costituita da sabbie fini limose di

colore avana, da mediamente a molto addensate, talora debolmente cementate. Questi

terreni sono spesso interessati da sottili livelli arenacei, discontinui e fratturati, a

comportamento sostanzialmente litoide.

Infine, mediante le misure piezometriche stata rilevata una falda con superficie libera

localizzabile nei terreni limosi sabbiosi e/o argillosi di base, il cui livello raggiunge una

quota pari a circa quella dellarco rovescio della galleria esistente.

La geologia del luogo prevede, al di sotto dei limi sabbiosi, una potente formazione

costituita da argille consistenti plioceniche. In Fig. 3 possibile vedere una sezione

longitudinale della geologia dellammasso, in cui si posizionano le due gallerie,

relativamente ai due litotipi pi superficiali.


20

Fig. 3 sezione longitudinale dellammasso in cui sono realizzate le due gallerie

2.3 Caratterizzazione geotecnica

Nellambito della Convenzione tra Autostrade per lItalia S.p.A. ed il Dipartimento di

Ingegneria Strutturale e Geotecnica i terreni interessati dallallargamento delle due gallerie

sono stati oggetto di una campagna di indagini integrativa; ci ha permesso di finalizzare la

caratterizzazione geotecnica, con prove geotecniche in sito e di laboratorio

contestualmente allinstallazione della strumentazione di monitoraggio.

Nellambito delle attivit previste per la messa in opera degli strumenti di monitoraggio

(estenso-inclinometri e piezometri), sono stati eseguiti 39 perforazioni, di cui 14 sondaggi

a carotaggio continuo durante i quali stato possibile prelevare campioni indisturbati ed

altri disturbati per lesecuzione di prove di laboratorio. Intendendo con S sondaggio a

carotaggio continuo e con D sondaggio a distruzione di nucleo, in Fig. 17 si pu

osservare lubicazione lungo le varie sezioni delle perforazioni eseguite. I campioni

prelevati, sono in numero di 100 di cui 60 sono stati sottoposti a prova.

I campioni sono stati sottoposti a prove di laboratorio per determinare sia le

caratteristiche di resistenza sia di deformabilit. Si sono condotte, pi precisamente, 5

prove edometriche, 10 prove in colonna risonante, 39 prove di taglio diretto, 4 prove

triassiali consolidate non drenate.

Le prove eseguite nella campagna di indagine integrativa consistono, non solo in prove

di laboratorio, ma anche in prove in sito. Le prove in sito constano in prove

pressiometriche e penetrometiche dinamiche nonch prove di tipo geofisico quali le cross-

hole. Le prove penetrometriche statiche sono state effettuate lungo le perforazioni che

costituiscono le prime due sezioni strumentate e lungo le verticali dellultima sezione

collocata a ridosso dellimbocco lato Sud delle due gallerie. Le prove pressiometriche, in


21

numero di dieci, sono state eseguite lungo una stessa verticale corrispondente al sondaggio

S13, facente parte dalla quarta sezione.

La presenza di una campagna di indagine pregressa ha permesso le osservazioni di

carattere geologico sopra esposte e ha indicato quali fossero le caratteristiche stratigrafiche

del sito. Grazie anche alla semplicit della geologia del sito, le ulteriori informazioni di

natura stratigrafica acquisite con la campagna di indagine integrativa hanno confermato

quanto gi noto. La superficie di separazione tra la formazione arenacea superficiale

(sabbia variamente cementata) e la sottostante formazione di limo sabbioso grigio

sostanzialmente suborizzontale e localizzata ad una quota media assoluta di 165 m.

Lintradosso dellarco rovescio delle gallerie attuali si trova ad una quota di 166 m s.l.m.

pertanto le gallerie sono scavate completamente nella formazione sabbiosa superficiale.

Caratteristica della formazione sabbiosa la presenza di livelli suborizzontali fortemente

cementati intercalati a livelli meno cementati.

Per quanto riguarda la distribuzione delle pressioni interstiziali, si conferma che la falda

sostanzialmente in condizioni idrostatiche con superficie libera posta a circa 168 m

s.l.m.; la galleria si trova, quindi, interessata da un battente idraulico di circa 2 m (Fig. 4).

limo sabbioso

sabbia

Fig. 4 - Successione stratigrafica


22

Di seguito si riportano prima la descrizione delle modalit di esecuzione ed

interpretazione delle prove in sito e di laboratorio, poi si illustrano i risultati con i relativi

commenti.

Prove in sito e di laboratorio per la determinazione dei parametri meccanici di resistenza

e deformabilit: caratteristiche della modalit di esecuzione e di elaborazione delle prove

Grazie al cospicuo numero di provini a disposizione prelevati in sito stato possibile

eseguire prove mirate ad individuare i valori numerici dei parametri sia di resistenza sia di

deformabilit. In considerazione della natura dei terreni, sono state scelte di volta in volta

le prove pi adatte. Per quanto riguarda i parametri di resistenza in particolare sono state

eseguite sia prove di laboratorio, quali prove di taglio diretto e prove di compressione

triassiale, sia prove in sito quali le prove penetrometriche statiche. Per quanto riguarda le

prove finalizzate alla determinazione dei parametri di deformabilit, sono state ancora una

volta eseguite prove sia di laboratorio, come quelle in colonna risonante e le prove

edometriche, sia prove in sito quali le prove pressiometriche, le prove penetrometriche

statiche e le prove geofisiche cross-hole. Nel seguito illustriamo le modalit esecutive delle

principali prove in sito e, successivamente, le modalit esecutive delle prove di laboratorio

ed i criteri di interpretazione seguiti.

Le prove in sito

Le prove pressiometriche sono un valido strumento per la determinazione in sito dei

parametri di deformabilit dei terreni. Nellindagine in oggetto, le prove sono state eseguite

con il pressiometro Menard, che richiede la realizzazione di una tasca nel foro di

sondaggio, allinterno del quale si esegue la prova. Il disturbo legato allinstallazione,

riconducibile allannullamento della tensione orizzontale totale ed alle distorsioni indotte

su un volume non sempre piccolo di terreno nellintorno del pressiometro, comporta la

difficolt di valutare bene la tensione litostatica iniziale (di cui si pu fare solo una stima)

e, inoltre, per determinare i moduli di deformabilit del terreno necessario impiegare

correlazioni empiriche (coefficienti reologici) con il modulo pressiometrico ottenuto dalla

pendenza del cosiddetto tratto pseudo-elastico della curva pressiometrica. Il modulo di

Young, tuttavia, pu essere determinato eseguendo un ciclo di scarico e successivo

ricarico; in questo caso, infatti, il modulo di Young pu essere valutato direttamente dalla


23

pendenza media della curva pressiometrica in corrispondenza del ciclo, senza dover fare

ricorso alluso di correlazioni empiriche. Operando in questo modo, di fatto, si ipotizza che

la deformabilit del terreno nel ciclo sia sostanzialmente coincidente con la deformabilit

vergine (quella che si sarebbe ottenuta in assenza di disturbo dovuto allinstallazione del

pressiometro); tale ipotesi, tuttavia, potrebbe sottostimare la rigidezza reale nei terreni

caratterizzati da sensitivit strutturale.

A partire dai dati sperimentali, il modulo di Young, E, pu essere ottenuto mediante la

seguente espressione:

E=2 (1+) p/c essendo:

p lintervallo di pressioni prescelto, c la corrispondente deformazione volumetrica, il coefficiente di Poisson. Infine, va precisato che nei terreni a grana grossa, per i quali la prova eseguita in

condizioni drenate, nella precedente relazione il valore di quello relativo allo scheletro solido, ', ed il corrispondente valore del modulo di Young ottenuto espresso in termini di tensioni efficaci, E'. Per le argille, viceversa, poich la prova avviene in condizioni

sostanzialmente non drenate, possibile impiegare la precedente relazione per ricavare il

modulo non drenato, Eu, utilizzando il coefficiente di Poisson in condizioni non drenate,

u, di valore pari a 0.5. Nel caso in esame i terreni interessati dalle prove pressiometriche non possono essere considerati terreni a bassa permeabilit. Lunico litotipo che potrebbe

presentare delle incertezze a tal proposito il terreno della formazione sottostante le

sabbie. Questo terreno, come si accennato precedentemente, costituito prevalentemente

da limo, con significative percentuali di sabbia e il comportamento nei riguardi dei

fenomeni idrodinamici, riscontrato grazie a prove edometriche, indicano coefficienti di

consolidazione cv molto alti, tali da permettere di considerare tale litotipi in condizioni

drenate durante lesecuzione delle prove pressiometriche. Per tali motivi, nelle elaborazioni

stato impiegato un valore di pari a =0.25 per entrambi le formazioni che interessano il sito. Il valore del modulo di Young ricavabile dalla prova pressiometrica riferibile ad

un livello di deformazione medio-basso, risultando generalmente pi basso del modulo

elastico a piccolissime deformazioni, derivato dalle prove di colonna risonante o di

torsione ciclica.


24

Per quanto riguarda le prove penetrometriche dinamiche standard (campionatore di tipo

Raymond), i risultati sono stati principalmente utilizzati per la determinazione dellangolo

dattrito, , dei terreni a prevalente composizione sabbiosa; a tal fine, sono state impiegate le correlazioni proposte da Schmertmann (1978) che lega la densit relativa Dr (%) della

sabbia con il valore dellangolo dattrito di picco . Grazie ai numero di colpi NSPT provenienti dalla prove penetrometriche statiche possibile, dalle relazioni di Skempton

(1986), determinare il valore della densit relativa Dr (%). In particolare, prima si

determina il valore corretto del numero di colpi N1, che corrisponde al valore di NSPT

riferito a un valore dellefficienza del sistema di battitura pari al 60% e corretto per tener

conto del livello tensionale in corrispondenza del quale stata eseguita la prova:

SPTN1 NCN = dove

10012C 'vo

N += nel caso di sabbie fini

10023C 'vo

N += nel caso di sabbie grosse

(con 'vo in kPa)

fatto ci si determina la densit relativa con la seguente relazione:

60DN

2R

1 =

Una volta determinato il valore della densit relativa, si entra allabaco di

Schmertmann, in funzione di quattro tipi di terreno, e si determina langolo dattrito di

picco.

I valori ottenuti dalle prove penetrometriche statiche sono stati anche impiegati per la

stima del modulo di Young, E', mediante la seguente relazione:

SPTN7E' = in MPa

Le prove di laboratorio.

Prima di descrivere le prove di laboratorio, doveroso ricordare le rilevanti difficolt di

prelevare provini indisturbati in terreni sabbiosi, anche se variamente cementati come in

questo caso. Buoni risultati si ottengono se le operazioni di prelievo sono particolarmente

curate e condotte con attenzione da personale esperto e se si impiegano campionatori che


25

riducono il pi possibile gli effetti della perturbazione dovuta al carotaggio; in questo caso

si possono raggiungere buoni risultati nel campionamento utilizzando i campionatori doppi

a scarpa avanzata tipo Mazier. Queste sono i principali accorgimenti adottati nel sito in

esame per permettere lestrazione di provini potenzialmente indisturbati.

Come gi accennato, la quota piezometrica lambisce inferiormente la formazione

sabbiosa e ci, data la natura del terreno, comporta la sua incompleta saturazione; peraltro,

poich le operazioni di prelievo sono state eseguite con circolazione dacqua, anche

probabile che i campioni possano avere assorbito acqua e, dunque, bench potenzialmente

strutturalmente indisturbati, possano presentare contenuti dacqua maggiori rispetto a

quelli effettivamente presenti in natura. Tutto ci premesso, tenuto anche conto della

pratica impossibilit, con attrezzature standard, di interpretazione dei risultati di prove

meccaniche di resistenza eseguite su materiale non completamente saturo e della

saturazione del materiale in sito attesa prossima allo zero, le prove di taglio diretto sono

state eseguite su provini asciutti. La scelta, in realt, pu essere duplice: oltre ad operare

con provini asciutti, possibile pensare di saturare il provino e poi sottoporlo alla prova di

taglio diretto. Questultima opzione stata scartata sia per la maggior difficolt

nellassicurare una completa saturazione del terreno, sia per i tempi maggiori che avrebbe

richiesto la preparazione dei provini dovuti alla loro durata dimbibizione. I provini sono

stati asciugati per evaporazione in forno ventilato a basse temperature (35 C). Da

sottolineare che questultima modalit di esecuzione della prova di taglio stata adottata

esclusivamente per i campioni sabbiosi prelevati al di sopra della falda. Per quanto

riguarda la rimanente parte dei campioni (campioni limosi sopra falda o campioni prelevati

al di sotto della superficie libera della falda), le prove sono state eseguite in modo standard,

lavorando in presenza di acqua.

Come si gi avuto modo di dire, le prove di laboratorio per determinare le

caratteristiche di resistenza dei terreni sono sia prove triassiali consolidate-non drenate sia

prove di taglio diretto. Il comportamento a rottura di un elemento di terreno funzione del

particolare percorso di carico che si impone per raggiungere le condizioni di

plasticizzazione. In altre parole, indipendentemente dalla struttura del terreno anche

questultimo importante aspetto che aiuta nella comprensione e/o previsione del

comportamento a rottura di un terreno - lo stress-path a cui si sottopone un provino pu

condizionare profondamente le modalit di rottura di uno stesso tipo di terreno.

Ipotizzando un legame costitutivo semplice quale quello elasto-plastico perfetto con


26

criterio di resistenza alla Mohr-Coulomb, si hanno a disposizione solo due grandezze per

definire i parametri di resistenza di un terreno c' e '. La loro scelta deve tener conto, quindi, del particolare percorso a rottura che si prevede avvenga in sito, e ci possibile

solo se si conducono le prove di laboratorio scegliendo un oculato percorso di carico a

rottura. La migliore indagine del comportamento dei terreni prevedrebbe di portare a

rottura i provini, a partire dallo stato tensionale litostatico, sottoponendoli a percorsi di

carico simili a quelli che lelemento di volume in questione subirebbe in sito per effetto

della realizzazione della specifica opera. Questo modo di procedere, tuttavia, non

perseguibile in quanto richiederebbe luso di apparecchiature in grado di applicare in modo

indipendente le tre tensioni principali e inoltre, di poterne prevedere la rotazione. In

condizioni di assialsimmetria, sarebbe possibile impiegare celle triassiali che consentono il

controllo del percorso di carico (celle del tipo di Bishop & Wesley); allo stato attuale,

tuttavia, luso di questo genere di apparecchiature non ancora comune. Si rinuncia, in tal

modo a riprodurre fedelmente i percorsi di carico che subirebbero gli elementi di terreno,

mirando solo a cogliere il comportamento a rottura il pi simile possibile alla realt. Nelle

prove standard di laboratorio lunica grandezza iniziale controllabile e regolabile la

pressione di confinamento ed per questo importante il valore che si sceglie per tale

pressione durante le prove a rottura. In altre parole, semplificando, possibile affermare

come i parametri di resistenza c' e ' dipendano, per uno stesso terreno, dalla pressione di confinamento. Ci si domanda quale possa essere, nella programmazione delle prove di

laboratorio, il criterio da seguire al fine di determinare il valore delle tensioni di

confinamento in modo tale che, tenuto conto degli specifici percorsi di carico attesi durante

la fase deviatorica della prova, si raggiungano le condizioni di rottura negli stessi intervalli

tensionali nei quali la rottura attesa in sito. Una soluzione consiste nel determinare lo

stato tensionale iniziale efficacie in sito per poi stabilire se le tensioni di confinamento

applicate in laboratorio debbano essere inferiori, circa uguali o superiori a queste. Di

seguito si illustra dettagliamene come si proceduto, con riferimento al caso specifico di

allargamento della galleria autostradale, operazione che prevede un considerevole scavo di

terreno.

Nella realizzazione di scavi e in particolare di gallerie, si pu osservare che i percorsi

tensionali sono generalmente caratterizzati da importanti riduzioni della tensione efficace

media. Prendendo in esame una condizione litostatica iniziale caratterizzata da un


27

coefficiente di spinta in quiete inferiore allunit, i percorsi tensionali drenati tipici sono

riportati nella figura seguente (Fig. 5):

Fig. 5- Percorsi tensionali drenati corrispondenti allo scavo di una galleria.

Pi precisamente, possibile distinguere tre zone con percorsi tensionali diversi; fatta

eccezione per una zona di terreno di piccola estensione nellintorno del punto C, nella

quale a causa delleffetto arco si osservano incrementi della pressione media (s'), lo scavo

caratterizzato da riduzioni di s', ovvero da sensibile riduzione della tensione efficace

media. In generale, pertanto, con riferimento alla teoria dello stato critico, nel caso di

esecuzioni di scavi e gallerie, indipendentemente dalla storia delle sollecitazioni

(sinteticamente esprimibile dal grado di sovraconsolidazione OCR) e fatta eccezione per

porzioni di terreno di limitata estensione, le condizioni di rottura si raggiungono in

corrispondenza della superficie di Hvorslev e sono caratterizzati da 0' pc e 0' p e da un successivo decadimento della resistenza sino al raggiungimento delle condizioni di stato

critico. Ritornando a quanto sottolineato precedentemente, si deduce che il modo migliore

per determinare sperimentalmente i parametri di resistenza, impiegando le usuali

apparecchiature di laboratorio, quello di stabilire i valori delle tensioni iniziali di

confinamento cui consolidare i provini, prima di procedere con la fase di rottura, a valori

inferiori a quelli litostatici iniziali (Fig. 6, Fig. 7). In dettaglio, nelle prove di taglio diretto

sono stati adottati valori della tensione efficace assiale di confinamento pari a 0.25, 0.50 e


28

0.75 della tensione verticale efficace litostatica; analogamente, per le prove triassiali

consolidate e non drenate stata utilizzata una pressione media efficace di confinamento

pari a 0.25, 0.50 e 0.75 della pressione media efficace in sito. Nel calcolo di questultima si

ipotizzato un valore del coefficiente di spinta in quiete k0 pari a 0.5.

(kP

a)

'p

v1,LAB' ' v2,LAB' v3,LAB

stato tensionalelitostatico

cerchio a rottura in sito (p' decresce)

' (kPa)n

' cs

v0' ' h0

Fig. 6 - Prova di taglio diretto: scelta appropriata delle tensioni verticali efficaci

'cs

superficie limite di trazione

p pc'=0 '=0

Fig. 7 - Prova Triax CU: scelta appropriata delle tensioni di confinamento


29

Risultati delle prove geotecniche in sito e di laboratorio

I risultati ottenuti dallinterpretazione delle prove di laboratorio e delle prove in sito,

distinti per sezione, sono sinteticamente riassunti nelle seguenti tabelle: Tab. 3, Tab. 4,

Tab. 5, Tab. 6, Tab. 7, Tab. 8; in particolare, sono riportate le principali grandezze fisiche

(peso di volume e distribuzione granulometrica) e meccaniche (parametri di resistenza in

tensioni efficaci di picco e di stato critico). Inoltre, per facilit di lettura, gli stessi dati sono

rappresentati graficamente nelle seguenti figure: Fig. 8, Fig. 9, Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11, Fig.

12 in funzione della profondit e per litotipo. I simboli pieni si riferiscono alla formazione

sabbiosa mentre quelli vuoti alla sottostante formazione limosa. Analogamente, in Fig. 13

si riportano il complesso dei risultati delle prove di laboratorio e in sito, riguardanti le

caratteristiche meccaniche di deformabilit espresse per mezzo del modulo di Young E. In

questultimo grafico sono stati inseriti anche i risultati provenienti dalla precedente

campagna dindagine, evidenziati con il colore grigio.

Di seguito si illustrano i valori delle grandezze fisiche e meccaniche pi significativi ai

fini della definizione del modello geotecnico di sottosuolo. Prima si commentano i

parametri che caratterizzano il litotipo pi superficiale, quello sabbioso, poi si passa alla

descrizione del litotipo pi profondo, sabbioso limoso. Successivamente si descrivono i

valori dei parametri meccanici di deformabilit in termini di modulo di rigidezza E per

entrambi i litotipi. Nella descrizione dei due litotipi si fa riferimento a tutti i risultati a

disposizione. Ci possibile per levidente ripetitivit delle caratteristiche meccaniche dei

terreni lungo lo sviluppo delle due gallerie.

Iniziando con il litotipo pi superficiale, possibile subito chiarire perch landamento

con la profondit dei valori del peso dellunit di volume risulta alquanto variabile, da un

minimo di 16 kN/m3 ad un massimo di circa 20.4 kN/m3. Tali valori sono stati ottenuti in

corrispondenza del contenuto dacqua che il materiale aveva al momento dellapertura dei

campioni; poich parte dellacqua presente potrebbe essere dovuta alle fasi di carotaggio e

di campionamento, tale dispersione, oltre a fatti naturali, potrebbe essere, almeno in parte,

dovuta a questo fenomeno; inoltre, per la stessa ragione, i pesi dellunit di volume devono

ritenersi estremi superiori rispetto a quelli effettivamente presenti in sito. Fatte salve alcune

situazioni puntuali, la frazione granulometrica predominante quella sabbiosa con

percentuale di fino (argilla) generalmente inferiore al 10%.


30

I valori dei parametri di resistenza determinati grazie alle prove di laboratorio sono stati

interpretati ipotizzando che il litotipo in questione avesse una resistenza di tipo sia coesivo

sia attritivo. La componente coesiva riconducibile alla cementazione, piuttosto variabile

della sabbia. Per quanto attiene i valori dellangolo di resistenza al taglio, questi sono

prevalentemente compresi tra 34 e 39, anche se in qualche caso sono stati raggiunti

valori superiori, sino a 43. Valori dellangolo dattrito generalmente compresi tra 34 e

38 si ottengono anche interpretando, con la procedura proposta da Schmertmann, i

risultati delle prove penetrometriche dinamiche eseguite in sito. Va osservato che alcune

prove SPT non sono state interpretate in quanto hanno raggiunto le condizioni di rifiuto;

ci riconducibile alla presenza di forti addensamenti o/e di legami di cementazione.

I valori dellangolo di attrito dello stato critico CS sono generalmente compresi tra 30 e 37.

La coesione assume valori generalmente dispersi, alquanto variabili, e compresi tra 0 e

150 kPa. Va comunque osservato che la maggior parte dei provini non supera la coesione

di 50 kPa, e solo 3 provini raggiungono una coesione pari a 150 kPa. Tale variabilit risulta

giustificata e compatibile con quanto si pu osservare in corrispondenza dei diversi

affioramenti presenti in zona, dai quali si evince la variabilit del grado di cementazione.

Va precisato che la parte litoide della formazione arenacea non stata oggetto di prove per

insufficiente quantit del materiale. Spezzoni di carota ben cementata di modesta

lunghezza, presenti allinterno dei campioni, non sono stati considerati adatti ad essere

sottoposti a prove meccaniche di resistenza. Considerata la natura dei terreni e le

conseguenti difficolt di campionamento, si devono sottolineare due aspetti. Il primo:

durante il campionamento sono ipotizzabili effetti di disturbo non quantificabili, tendenti a

ridurre la resistenza del materiale; il secondo: il materiale prevalentemente a grana grossa

campionabile che stato possibile sottoporre a prove di laboratorio quello pi addensato

e/o cementato e quindi caratterizzato da parametri di resistenza pi elevati. Questultimo

aspetto sovrastima le caratteristiche di resistenza della formazione sabbiosa.

Limpossibilit di una completa indagine sullammasso in oggetto, caratterizzato da una

cementazione diffusa ma estremamente variabile, rende difficile la previsione della

stabilit della galleria durante quelle fasi di scavo nelle quali il fronte e la volta in

allargamento non siano confinate.


31

Passando alla descrizione del litotipo sottostante, si pu subito sottolineare come tale

formazione sia caratterizzata granulometricamente dalla presenza predominante di limo

anche se puntualmente la componente sabbiosa pu risultare elevata. Il peso dellunit di

volume risulta poco disperso variando con la profondit nellintorno del valore medio pari

a circa 20 kN/m3. Per quanto attiene la resistenza si ottengono valori dellangolo dattrito

generalmente inferiori a quelli della formazione sovrastante. Anche se in qualche caso

sono stati raggiunti valori superiori a 43, i valori dellangolo di resistenza al taglio sono

prevalentemente compresi tra 31 e 36. Anche in questo caso langolo dattrito a grandi

deformazioni generalmente inferiore allangolo dattrito di picco corrispondente, e oscilla

tra 31 e 35 con qualche eccezione in cui si raggiungono valori di 36 - 38.

Per quanto riguarda la coesione efficace i valori sono alquanto variabili, variano tra 0 a

70 kPa, fatta eccezione per 3 valori che superano i 120 kPa.

Come si accennato precedentemente, nella descrizione dei parametri fisici e meccanici

di resistenza delle due formazioni sono stati presi in esame i valori provenienti dalle prove

eseguite in tutte le cinque sezioni senza distinzioni fra sezione e sezione. Questo

possibile per levidente ripetitivit delle caratteristiche meccaniche dei terreni lungo lo

sviluppo delle due gallerie. Nonostante ci sembra interessante sottolineare qualche

differenza delle caratteristiche meccaniche riscontrate fra le cinque sezioni. In particolare,

per quanto riguarda il litotipo sabbioso si pu notare un discreto miglioramento delle

caratteristiche di resistenza in termini di angolo dattrito al passaggio dalla prima sezione

allultima. Ci attestato anche dai risultati delle prove penetrometriche dinamiche, nelle

quali si ha un aumento della percentuale di prove che raggiungono le condizioni di rifiuto

passando dalla prima sezione alla quinta. In particolare, questultima caratterizzata

dallassenza di dati elaborabili visto che tutte le prove hanno raggiunto le condizioni di

rifiuto.

Prima di illustrare i valori dei parametri meccanici di deformabilit si riportano alcune

considerazione sulla rappresentativit degli stessi. Le prove di laboratorio per la

determinazione dei parametri meccanici i deformabilit del terreno sono essenzialmente le

prove in colonna risonante e le prove edometriche. Entrambi hanno dato delle valide

indicazioni, ma non del tutto esaurienti a causa della natura dei terreni prevalentemente a

grana grossa. Per quanto riguarda il litotipo sabbioso pi superficiale, sono state condotte

prove di colonna risonante. La difficolt di ottenere provini di terreno indisturbato


32

cilindrici da campioni di terreno prevalentemente sabbiosi, ha comportato serie difficolt

nel testare la deformabilit per mezzo della prova di colonna risonante. In altre parole i

campioni che sono stati sottoposti a prova in colonna risonante sono solo quelli che hanno

presentato o una spiccata cementazione del materiale o una sufficiente percentuale di

terreno a grana fine in grado di assicurare un minimo di consistenza necessaria per

confezionare il provino. I valori di rigidezza che si sono ottenuti, quindi, non possono

essere considerati caratteristici del comportamento globale di tutto lammasso di terreno,

ma piuttosto delle zone di terreno pi cementate o con alto percentuale di materiale a grana

fine che fanno parte dellintero litotipo superficiale. Guardando in dettaglio la

granulometria dei campioni sottoposti a prova, per, si nota che il materiale testato

caratterizzato non tanto da una forte cementazione quanto da una considerevole

componente di materiale fino, che ha assicurato la lavorabilit del terreno e la possibilit di

ottenere provini cilindrici indisturbati.

Il litotipo pi limoso sottostante le due gallerie sono stati testati con prove di laboratorio

edometriche e di colonna risonante. In questo caso va sottolineato come le prove

edometriche hanno confermato la sostanziale tendenza del terreno, almeno per la zona pi

superficiale dello strato interessato dal sondaggio a carotaggio continuo, a comportarsi pi

come materiale a grana grossa, con valori relativamente alti della permeabilit, piuttosto

che come un terreno a grana fine. Ci comunque confermato dallanalisi dei limiti di

Atterberg in cui non possibile determinare il limite di plasticit.

Facendo riferimento alla Fig. 13 possibile commentare le caratteristiche meccaniche

di deformabilit dei terreni in sito. La rigidezza di un terreno funzione dello stato

deformativo a cui sottoposto: passando da piccole deformazioni a grandi deformazioni, la

deformabilit del terreno aumenta sensibilmente. Alla luce di quanto detto possibile

notare tale tendenza dai risultati che si hanno a disposizione. Per quanto riguarda le prove

edometriche il parametro di deformabilit che si ottiene relativo alle medie deformazioni;

le prove penetrometriche statiche danno una stima di valori della deformabilit per medie-

alte deformazioni; dalle prove pressiometriche si ricavano valori relativi a medio-basse

deformazioni come anche dalle prove dilatometriche; i risultati provenienti dalle prove in

colonna risonante si riferiscono a piccole deformazioni e infine le prove geofisiche di tipo

cross-hole danno valori della deformabilit per piccolissime deformazioni.


33

I valori del modulo di rigidezza di Young E provenienti dalle prove edometriche

variano da 50 a 250 MPa. Ci pu attribuirsi allo variazione dello stato tensionale presente

in sito: si pu vedere come allaumentare della profondit e quindi della tensione di

confinamento aumenta la rigidezza del materiale. Va sottolineato che i valori del modulo

E ricavato dalle prove edometriche sono ricavati a partire dalle curve di scarico.

Per quanto riguarda i valori del parametro di rigidezza determinabili dalle prove

peneterometriche statiche mediante correlazione di Skempton e Schmertmann, possibile

notare come questi siano i valori mediamente pi bassi fra tutti quelli ricavati dalle altre

prove, oscillando tra 20 e 60 MPa. Va comunque ricordato che i parametri di deformabilit

ricavati utilizzando le prove SPT sono affetti dallimprecisione delle necessarie

correlazioni da impiegare, non essendo le SPT prove che consentono misure dirette della

deformabilit. Le prove pressiometriche forniscono un ottima stima dei parametri di

rigidezza nel campo di deformazioni che si verificano in sito (medie-basse). In figura si

evidenzia la discordanza dei valori provenienti dalle prove pressiometriche della campagna

dindagine precedente con quelli provenienti dalla pi recente campagna dindagine

integrativa. Allineandosi anche ai risultati provenienti dalle prove dilatometriche si

ritiengono pi realistici i valori dei moduli di Young ottenuti nelle prove pressiometriche

pi recenti (in nero), compresi tra 80 e 200 MPa. Le prove di laboratorio in colonna

risonante sui limi sabbiosi indicano valori della deformabilit pi bassi rispetto a quelli

della formazione sabbiosa superficiale. Mentre il modulo E per i primi varia tra 400 e 600

MPa, per il litotipo sabbioso il valore di E oscilla tra 50 e 400 MPa.


34

Cam

pion

epr

of. (

m)

Z s.l

.m. (

m)

AL

SG

Cc

Cs

OC

Rc'

(kPa

)'

()

'cs(

)S1

- C

1 (A

)4,

50-4

,90

188,

50

551

44\

\\

\\

\\

S1 -

C1

(C-B

)4,

50-4

,90

188,

10

575

20\

\\

\\

\\

S1 -

C1

(C-B

)4,

50-4

,90

188,

10

010

00

12,2

7\

\\

\\

36S1

- C

29,

00-9

,50

183,

750

010

00

18,8

3\

\\

2039

34S1

- C

313

,50-

14,0

017

9,25

216

802

19,2

5\

\\

9037

35S1

-C4

18,0

0-18

,60

174,

77

2865

019

,80

\\

\15

041

41S1

-C5

22,5

0-23

,00

170,

252

4157

019

,34

\\

\50

4036

S1 -

C6

(B)

27,0

0-27

,50

165,

7511

7712

020

,00

\\

\20

3731

S2 -

C1

3,00

-3,7

018

3,15

2230

480

20,3

7\

\\

1734

33S2

- C

216

,50-

17,2

016

9,65

1117

693

20,4

0\

\\

5038

38S2

- C

319

,50

- 19,

8016

6,85

537

2632

\\

\\

\\

\S3

- C

14,

50-4

,90

181,

9916

2458

217

,76

\\

\15

042

38S3

- C

29,

00 -

9,40

177,

492

2276

015

,98

\\

\30

3633

S3 -

C3

13,5

0-13

,90

172,

992

2969

017

,91

\\

\40

3535

S3 -

C4

( C-B

)18

,00-

18,6

016

8,39

779

140

\\

\\

\\

\S3

- C

4 (B

)18

,00-

18,6

016

8,09

263

350

18,7

7\

\\

035

31S4

- C

15,

30-6

,00

181,

1515

2852

517

,05

\\

\50

4342

LEG

END

A

(*)

(**)

(***

)

(***

*)

(A),

(B),

etc.

prov

ino

ricos

titui

to e

asc

iutto

, con

fezi

onat

o co

n il

terr

eno

pass

ante

al s

etac

cio

di d

iam

etro

2 m

m; l

a pr

ova

di ta

glio

st

ata

eseg

uita

in a

ssen

za d

i acq

ua. L

a pr

ova

st

ata

eseg

uita

per

la d

eter

min

azio

ne d

ell'a

ngol

o d'

attri

to in

con

dizi

oni d

i sta

to c

ritic

ola

gra

nulo

met

ria si

rife

risce

al c

ampi

one

prel

evat

o in

sito

, da

cui

stat

o ric

avat

o il

terr

eno

utili

zzat

o pe

r con

fezi

onar

e il

prov

ino

ricos

titui

topr

ovin

o co

nfez

iona

to d

a un

cam

pion

e pr

elev

ato

sopr

a fa

lda;

in q

uest

o ca

so la

pro

va T

D

stat

a es

egui

ta in

pre

senz

a di

acq

ua e

il p

rovi

no n

on

stat

o as

ciug

ato

prel

imin

arm

ente

a b

asse

tem

pera

ture

.si

inte

nde

"par

te a

lta, b

assa

, et

c."

del c

ampi

one

su c

ui

stat

a es

egui

ta la

pro

va d

i lab

orat

orio

cam

pion

i pre

leva

ti so

pra

fald

aPe

r i c

ampi

oni s

abbi

osi p

rele

vati

sopr

a fa

lda,

i va

lori

delle

gra

ndez

ze fi

sich

e , w

, rip

orta

ti in

tabe

lla, p

osso

no e

sser

e di

vers

i da

quel

li in

sito

a c

ausa

del

pos

sibi

le a

ssor

bim

ento

di a

cqua

di

perf

oraz

ione

da

parte

del

cam

pion

e.Pe

r ric

ondu

rre

lo st

ato

del m

ater

iale

a c

ondi

zion

i di c

onte

nuto

d'ac

qua

pros

sim

o a

zero

, situ

azio

ne p

roba

bile

in si

to n

ei c

ampi

oni s

abbi

osi s

opra

fald

a, n

elle

pro

ve T

D, p

rima

della

fase

di t

aglio

, i

cam

pion

i son

o st

ati a

sciu

gati

a ba

sse

tem

pera

ture

; ino

ltre,

anc

he la

fase

di t

aglio

st

ata

eseg

uita

in a

ssen

za d

i acq

ua.

TD

TD (*

)TD

(*)

\ TD

TD (*

)TD

(***

*)\

TD (*

)

TD (*

)TD

(*)

TD (*

)TD\ (***

)TD

(**)

TD (*

)

NO

TEC

AR

ATT

ERIS

TIC

HE

MEC

CA

NIC

HE

CA

RA

TTER

ISTI

CH

E FI

SIC

HE

GR

AN

ULO

MET

RIA

(%)

(KN

/m3 )

Tab.

3 -

Car

atte

ristic

he fi

sich

e e

mec

cani

che

dei c

ampi

oni p

rove

nien

ti da

lla 1

sez

ione

, sot

topo

sti a

pro

ve d

i lab

orat

orio

per

il li

totip

o sa

bbio

si.


35

Ta

b. 4

- C

arat

teris

tiche

fisi

che

e m

ecca

nich

e de

i cam

pion

i pro

veni

enti

dalla

1 s

ezio

ne, s

otto

post

i a p

rove

di l

abor

ator

io p

er il

lito

tipo

limos

o.

S1 -

C7

(A)

31,5

0-32

,00

161,

52

2076

219

,29

\\

\0

3331

S1 -

C7

(B)

31,5

0-32

,00

161

553

420

20,5

0\

\\

038

33S1

- C

836

,50-

36,9

015

6,3

682

120

20,5

0\

\\

196

3135

S2 -

C4

27,0

0-27

,60

159,

28

6725

020

,15

\\

\0

3532

S2 -

C5

34,5

0-35

,20

151,

6558

402

019

,91

0,41

0,07

4,20

032

\S3

- C

5 ( C

)22

,50-

23,0

016

3,94

780

130

\\

\\

\\

\S3

- C

6 (B

)27

,00-

27,6

015

9,39

1174

150

20,4

1\

\\

040

31S3

- C

732

,00-

32,5

015

4,44

1065

250

20,8

6\

\\

7034

31S4

- C

5 (A

)22

,50-

22,9

016

4,3

00

982

\\

\\

\\

\S4

- C

5 (C

)22

,50-

22,9

016

4,1

00

964

\\

\\

\\

\S4

- C

5 (C

-B)

22,5

0-22

,90

163,

94

7719

019

,87

\\

\50

4338

S4 -

C6

27,0

0-27

,40

159,

68

8012

020

,82

\0,

027

\\

\\

LEG

END

A

(A),

(B),

etc.

\TDTD

si in

tend

e "p

arte

alta

, bas

sa ,

etc.

" de

l cam

pion

e su

cui

st

ata

eseg

uita

la p

rova

di l

abor

ator

io

\TD \ \ TDTD \ \ TD


36

3032

3436

3840

' (S

chm

ertm

ann)

( )

ango

lo d

'attri

to ri

cava

to

dalle

pro

ve in

sito

SPT

rifiu

to

2832

3640

44

'

( )

resi

sten

za

a st

ato

criti

core

sist

enza

di p

icco

050

100

150

200

250

c'

(kPa

)0

2040

6080

100

GRA

NULO

MET

RIA

(%)

AL

SG

1617

1819

2021

22

(K

N/m

3 )

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

172

174

176

178

180

182

184

186

188

190

192

PROFONDITA' (m)

1a se

zione

di m

isura

sim

bolo

pie

no :

form

azio

ne sa

bbio

sa su

perf

icia

lesi

mbo

lo v

uoto

: fo

rmaz

ione

lim

osa

inte

rmed

ia

Fig.

8- A

ndam

ento

con

la p

rofo

ndit

e p

er li

totip

o de

i prin

cipa

li pa

ram

etri

fisic

i e m

ecca

nici

.


37

Cam

pion

epr

of. (

m)

Z s.l

.m. (

m)

AL

SG

Cc

Cs

OC

Rc'

(kPa

)'

()

'cs (

)S5

- C

234

,00-

34,4

017

7,64

321

697

18,3

1\

\\

3042

36S5

- C

340

,50-

40,9

017

1,14

329

599

\\

\\

\\

\S6

- C

2 (A

)12

,00-

12,3

219

7,5

00

100

0\

\\

\\

\\

S6 -

C2

(C-B

)12

,00-

12,3

519

7,33

00

946

20,8

3\

\\

110

4140

S6 -

C5

28,5

0-28

,85

180,

80

098

218

,07

\\

\14

039

36S7

- C

29,

00-9

,70

199,

3520

1466

018

,45

\\

\0

3430

S7 -

C4

19,5

0-19

,80

189,

055

2570

017

,95

\\

\10

042

36S7

- C

737

,5-3

7,80

171,

0574

8\

\\

\\

\\

S6 -

C9

49,5

0-49

,70

159,

97

8112

0\

\\

\\

\\

S7 -

C9

46,5

0-47

,10

161,

94

6927

019

,91

\\

\60

3332

S7 -

C11

54,0

0-54

,60

154,

45

7817

020

,60

0,14

60,

023

3,3

127

35,5

35,5

LEG

END

A

(*)

(A),

(B),

etc.

TD (*

)

CA

RA

TTER

ISTI

CH

E FI

SICH

E

si in

tend

e "p

arte

alta

, bas

sa ,

etc.

" de

l cam

pion

e su

cui

st

ata

eseg

uita

la p

rova

di l

abor

ator

io

\

TD (*

)TD

TD (*

)\ \ TD

cam

pion

i pre

leva

ti so

pra

fald

aPe

r i c

ampi

Documents

Altamura Gioacchino 340