Ricostruzione del modello

geologico di riferimento

Controllo tecnico delle costruzioni:

finalità e procedure operative

Milano 23 Ottobre 2015 Relatore: Laura Scesi

Laura Scesi

L'inserimento nell'ambiente geologico di opere

antropiche necessita una corretta ricostruzione della

situazione del suolo e del sottosuolo per

comprendere i possibili riflessi che queste hanno

sull’ambiente e/o come l'ambiente le condiziona.

An

alis

i di r

isch

io

Previsione

Prevenzione

Mitigazione

Laura Scesi

Quindi ogni volta che si realizza un manufatto è

necessario definire il MODELLO CONCETTUALE del

sistema opera-ambiente:

1. individuare i materiali coinvolti;

2. ricostruire il modello geologico fisico

3. definire le caratteristiche tecniche dei

materiali

4. caratterizzare i processi in atto

Laura Scesi

1. INDIVIDUARE I MATERIALI COINVOLTI

Rocce: magmatiche, sedimentarie, metamorfiche.

Depositi superficiali: derivano dall’erosione e

dall’alterazione delle rocce preesistenti. Tali depositi

possono rimanere in loco, e ricoprire le rocce in

posto da cui derivano, o essere trasportati ed

accumulati altrove dall’acqua, dalla gravità, dal vento

o dai ghiacciai (depositi alluvionali, depositi

glaciali, detriti di falda).

Suoli: derivano da una alterazione molto avanzata

delle rocce o dei depositi superficiali che le

ricoprono.

Laura Scesi

Rocce

Laura Scesi

Roccia D.A.

Graniti 25,5 – 29,0

Gneiss-Ardesie 25,0 – 28,0

Dioriti-Gabbri-Sieniti 27,5 – 30,0

Pirosseniti 33,0 – 34,0

Porfidi 24,5 – 27,0

Tufo 11,0 – 23,0

Trachiti 24,0 – 28,0

Basalti 27,5 – 31,0

Serpentiniti 26,0 – 27,5

Pomici 5,0 – 11,0

Calcare tenero 11,0 – 24,0

Calcari compatti 24,0 – 27,5

Travertino 22,0 – 25,0

Dolomie 23,0 – 28,5

Marmi 27,0 – 27,5

Arenaria 18,0 – 27,0

Conglomerato 22,0

Peso Specifico (kN/m3) -Rocce

Laura Scesi

Terre sciolte

Laura Scesi

Terreni kN/m3

Argilla secca soffice 8

Argilla secca normale 11,0 – 13,0

Argilla secca compressa 16,0 – 19,0

Limo secco 13,5- 15,0

Sabbia secca 14,0 – 16,0

Sabbia secca limosa 16,0 – 21,0

Sabbia secca ghiaiosa 20,0 – 22,0

Ghiaia asciutta 18,0 – 20,0

Peso Specifico (kN/m3) - Terreni

Laura Scesi

2. RICOSTRUIRE IL MODELLO GEOLOGICO-FISICO

Laura Scesi

La caratterizzazione geologio-tecnica dei materiali viene

effettuata tramite l'esecuzione di sondaggi meccanici

(con prelievo di campioni da sottoporre a prove di

laboratorio ed esecuzione di prove in foro), di prove in

sito e di prospezioni geofisiche (a riflessione o a

rifrazione e geoelettrica).

3. DEFINIRE LE CARATTERISTICHE

TECNICHE DEI MATERIALI

Laura Scesi11

Indagini geognostiche in sito

Prove per determinare il comportamento tensio-

deformativo dei materiali

Prove con il Martinetto Piatto*

Prove di carico su piastra

Prove dilatometriche*, pressiometriche**, scissometriche**

Prove geofisiche (velocità onde soniche, sismica a rifrazione e riflessione, geoelettrica)

Prove penetrometriche**

Prove di resistenza a compressione monoassiale, prove con lo sclerometro*

Prove di resistenza al taglio

Prove per determinare la direzione e l’intensità

delle tensioni

Metodo doorstopper

Cella triassiale (ricostruzione tensioni tridimensionale)*

Martinetto piatto*

Fratturazione idraulica*

Laura Scesi

Prove per la determinazione del comportamento idrogeologico dei

materiali

Prove di permeabilità, Prove Lugeon*

Prove pressiometriche**

Prove geofisiche (tomografie elettriche e sismiche)

Prove di tracciamento

Indagini Geognostiche in laboratorio

Prove per la determinazione delle proprietà fisiche del materiale

Indici fisici dei materiali, velocità delle onde soniche* granulometrie**, Limiti di Atterberg**

Prove per la determinazione delle proprietà meccaniche

Pove monoassiali, triassiali, di taglio diretto, a trazione, prove edometriche**, prove di propagazione delle onde soniche*, prova di carico puntiforme*, Pocket penetrometer**

Prove per la determinazione della permeabilità

Permeametri**

* Prove effettuate solo su roccia; ** Prove effettuate solo sulle terre

Laura Scesi

Analisi delle discontinuità

che costituiscono superfici

di debolezza strutturale e

che determinano il

comportamento globale

dell’ammasso

Per gli ammassi rocciosi è necessario effettuare anche rilievi

geologico-strutturali e geomeccanici di superficie.

Laura Scesi

Frana di scivolamento rototraslazionale con

evoluzione in colata. 2.300 abitanti evacuati e distruzione

di importanti infrastrutture.

Prima

Dopo

4. CARATTERIZZARE I PROCESSI: GEOMORFOLOGICI

Laura Scesi15

….da rilievi e indagini in sito e da prove in

laboratorio….

Modello geologico

Laura Scesi16

Modello idrogeologico

….da rilievi e indagini in sito e

da prove in laboratorio….

Laura Scesi

Modello concettuale della frana

Calcari evaporitici

Arenarie

Argilliti

Movimenti

distensivi

Laura Scesi

Laura Scesi

…alla valutazione della suscettibilità idrogeologica

Stress-strain

numerical modeling

Groundwater

flow rates

Water table

drawdowns

A partire dai risultati della back-

analysis sull’area franata si

sono ricavate le condizioni

idrogeologiche critiche, in

termini di:

• variazione dei livelli

piezometrici

• portate defluenti.

Laura Scesi

E’ stata così ricostruita la

carta di suscettibilità

idrogeologica che, a parità di

predisposizione geologica,

potesse tener conto della

risposta alle sollecitazioni

meteoriche sia di breve che

di lungo periodo.

Il modello di flusso 3D è stato

anche utilizzato per

dimensionare le opere di

drenaggio. Non potendo,

infatti, intervenire sulla

debolezza geologica, l’unico

possibile intervento di

mitigazione era il drenaggio.

…alla valutazione della suscettibilità idrogeologica

Laura Scesi

Risorgive e

fontanili

Limi e argille

impermeabili

4. CARATTERIZZARE I PROCESSI: IDROGEOLOGICI

Laura Scesi

Laura Scesi

Laura Scesi

Laura Scesi

95 m s.l.m.

130 m s.l.m.

Anno 2014

Laura Scesi

Piezometro 0151461379 - Chiaravalle - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461312 - Viale delle Rimembranze di Lambrate - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461313 - Via Van Gogh - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461535 - Cimitero Musocco - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461536 - Via Gattamelata - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461487 - Via Anselmo da Baggio - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Piezometro 0151461436 - Via Barona - Quota piezometrica (m s.l.m.)

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Escursioni massime (in metri): Musocco: 7,65 – Gattamelata: 5,90 – Baggio: 7,10 –

Barona: 7,85 - Van Gogh: 12,20 – Lambrate: 10,20 – Romagna: 10,30 – Chiaravalle: 4,45

Laura Scesi

1. Test idraulici per verificare K (3*10-3

m/s) e T (2*10-2 m2/s) dell’acquifero e

definire la profondità ottimale dei

pozzi barriera.

2. Portata di esercizio e tratti filtranti:

I tratti filtranti sono posti a partire da

p.c. fino a 20 m di profondità.

3. Distanza tra pozzi: dipende

dall’effettivo spazio disponibile e dagli

abbassamenti provocati

dall’emungimento. Nel caso in

oggetto, è pari a circa 24 metri.

4. Valutare l’impatto del drenaggio sui

corpi idrici e sulle opere di presa.

Drenaggio urbano con barriera

di pozzi per deprimere la falda.

In funzione dell’area di intervento e

dell’abbassamento voluto, si

determinano il numero, la

posizione e la portata da estrarre.

Laura Scesi

- Numero Pozzi = 14 pozzi

per ciascun lato

- Portata estratta (Q) =13

l/s circa da ogni pozzo

- Interasse = 24 m

Canalette di raccolta delle

acque da convogliare

nella rete idrica

Laura Scesi

4. SOVRAPPOSIZIONE DEI PROCESSI

IDROGEOLOGICI E GEOMORFOLOGICI

Laura Scesi

Laura Scesi31

Due domini :

• Sudalpino (a

sud), costituito dal

Granito di

Bressanone;

• Austroalpino (a

nord), costituito da

paragneiss e

filloniti.

Paragneiss

TonalitiGranito di

Bressanone

Il limite tra i due domini è sottolineato da un’importante discontinuità tettonica: la

Linea Periadriatica. Essa include diversi elementi, quali la Faglia della

Pusteria (a direzione EW) e la Linea Sprechenstein - Mules (a Direzione NW-

SE). Tra le due Linee vi è una scaglia tettonica detta “Lamella tonalitica di

Mules”, caratterizzata da foliazione subverticale e parallela al sistema di faglie.

4. CARATTERIZZARE I PROCESSI: TETTONICI

Laura Scesi

Paragneiss

Faglia Periadriatica

Faglia della Pusteria

Tonaliti

Granito di Bressanone

MODELLO DI

COMPORTAMENTO?

Laura Scesi33

è difficile determinare correttamente la

resistenza e la deformabilità

dell’ammasso (roccia intatta e

discontinuità) tramite prove in sito o in

laboratorio. Le proprietà meccaniche

d’ammasso vengono determinate

attraverso correlazioni empiriche, che

si basano sulla definizione di “qualità”

geomeccanica, o modelli costitutivi.

Terreni

i parametri richiesti per una corretta

progettazione si ricavano direttamente

dalle prove in sito e in laboratorio eseguite

sui materiali.

Ammasso

roccioso

Criteri di attribuzione dei parametri geologico-

tecnici ai materiali coinvolti

Laura Scesi

- Rock Mass Rating (RMR);

- Rock Mass Excavability Index (RME);

- Rock Mass index (Rmi);

- Surface Rock Classification SRC;

- Quality System Q;

- QTBM

- Slope Mass Rating (SMR) specifica per i pendii

QUALITÀ GEOMECCANICA

Laura Scesi

Consentono, mediante metodi di

calcolo analitici o numerici, di

modellare il comportamento

dell’ammasso roccioso. Attualmente

il più utilizzato è il modello

costitutivo di Hoek-Brown, che

considera le proprietà del materiale

roccia e l’influenza delle

discontinuità sul comportamento

dell’ammasso stesso.

Indici di Qualità

permettono una valutazione molto

approssimata del comportamento

dell’ammasso roccioso e dei suoi

parametri di resistenza e deformabilità.

Modelli

costitutivi

Laura Scesi

Criterio di rottura di Hoek-Brown

Roccia intatta21

3

31 1

/'

''

c

ic m

'

1 sforzo efficace massimo a rottura

'

3 sforzo efficace minimo a rottura

c sforzo a compressione monoassiale

im coefficiente relativo alla roccia intatta

Ammasso rocciosoa

c

bc sm

'

'' 3

31

mb, s, a = coefficienti che dipendono

dalle caratteristiche dell’ammasso

roccioso

)e(e6

10.5a

es

emm

20/3GSI/15

3·D9

100GSI

14·D28

100GSI

ib

D = fattore che dipende dal grado di

disturbo dell’ammasso roccioso. Varia tra 0

(rocce indisturbate) a 1 (rocce molto

disturbate)

Laura Scesi

Criterio di Hoek-Brown

(con cautela) o altri criteri

capaci di descrivere sia il

comportamento della

roccia intatta che quello

delle discontinuità.

Rocce intatte a comportamento

fragile, elastico ed isotropo

Criterio di rottura di Hoek-

Brown per rocce intatte

Rocce molto fratturate (mezzo

continuo equivalente)

Criterio di rottura di Hoek-

Brown per ammasso

roccioso

Rocce interessate da sistemi

di discontinuità, che

definiscono il comportamento

meccanico dell’ammasso

(comportamento anisotropo

che dipende dal numero,

dall’orientazione e dalla

resistenza al taglio delle

discontinuità)

Laura Scesi

Tonaliti

Rocce di faglia

Paragneiss

Modelli numerici per la previsione

del comportamento allo scavo

Laura Scesi

Sforzi verticali

Spostamenti

verticali

Sforzi verticali – Fronte scavo

(tonaliti)

Laura Scesi

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

1 1 6 0 0 1 1 7 0 0 1 1 8 0 0 1 1 9 0 0 1 2 0 0 0 1 2 1 0 0 1 2 2 0 0 1 2 3 0 0

Co

nve

rge

nze

me

die

(m

m)

Progressive (m)

monitoring data modelling data

TonalitiParagneiss

Fault Rocks

Convergenze medie nelle diverse litologie

Calibrazione modello

Laura Scesi

0

2

4

6

8

10

12

11600 11700 11800 11900 12000 12100 12200 12300

Estr

usi

on

ial f

ron

te(m

m)

Progressive (m)

modelling data monitoring data

Tonaliti Paragneiss

Rocce di faglia

Estrusioni al fronte nelle diverse litologie

Calibrazione modello

Laura Scesi

0

5

10

15

20

25

30

1335 1340 1345 1350 1355 1360 1365 1370 1375

Ave

rage

Co

nve

rgen

ce (

mm

)

Distance

East Tunnel Modelling data Monitoring data

0

5

10

15

20

25

30

1380 1390 1400 1410 1420 1430

Ave

rage

Co

nve

rgen

ce (

mm

)

Distance

West Tunnel Modelling data Monitoring data

Validazione modello

Laura Scesi

Ricostruzione del modello

Geologico Fisico

Ricostruzione del modello

Geologico Tecnico e dei

Processi

Parametri di progetto

Modello di comportamento

Opera-Ambiente

Previsione di rischio

Corretta

progettazione

Modificare i parametri di

progetto

Prevenire e mitigare il rischio

CONCLUSIONI