aspetti geotecnici nella progettazione e costruzione

MAURIZIO TANZINI
_ALLERIE
ASPETTI GEOTECNICI
NELLA PROGETTAZIONE
E COSTRUZIONE
SECONDA EDIZIONE
COLLANA DI GEOTECNICA E INGEGNERIA GEOTECNICA
,
Università IUAV di Venezia
S.B.D.
M
6160
BIBLIOTECA CENTRALE
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MAURIZIO TANZINI
GALLERIE
ASPETTI GEOTECNICI NELLA PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE
II EDIZIONE
'
ISTITUTO UNIVERSITARIO ARCHITETTURA
---VENEZIA---
AREA SERVIZI BIBLIOGRAFICI E DOCUMENTALI
BIBLIOTECA
INV
CENTRALE
}b) 6$
DARIO
FLACCOVIO
EDITORE
•
INDICE
Introduzione ....................................................................................................................................... . Pag.
1 Introduzione alle gallerie: arte e ingegneria
1.1.
Introduzione alle gallerie ................................................................................................................... .
1.2.
2
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
4.7.
Premessa ............................................................................................................................................. .
Aspetti geologici nella progettazione delle gallerie: indagine, valutazione e interpretazione ......... .
Influenza delle condizioni geologiche sulla progettazione e costruzione delle gallerie ................... .
Il profilo geologico e geomeccanico ................................................................................................. .
Check list dei potenziali rischi nella costruzione di una galleria ..................................................... .
Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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Introduzione ....................................................................................................................................... .
Teoria dell'elasticità e cerchio di Mohr ............................................................................................. .
Modelli elasto-plastici ....................................................................................................................... .
Stato critico e modello Cam-Clay ..................................................................................................... .
Modelli reologici ............................................................................................................................... .
Coefficiente di sicurezza locale ......................................................................................................... .
Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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Indagini geologiche, geostrutturali e sperimentali ............................................................................. .
Sistemi di classificazione ................................................................................................................... .
4.2.1. Classificazione di Terzaghi ..................................................................................................... .
4.2.2. Classificazione secondo l'indice RQD ..................................................................................... .
4.2.3. Classificazione di Rabcewicz ................................................................................................... .
4.2.4. Sistema di classificazione RSR ................................................................................................. .
4.2.5. Sistema di classificazione RMR ................................................................................................. .
4.2.6. Sistema di classificazione Q ....................................................................................................
4.2.7. Sistema di classificazione mediante osr... ................................................................................ .
4.2.8. Sistema di classificazione basato sulla risposta della roccia allo scavo ................................. .
4.2.9. Classificazione di Deere e Miller per la roccia intatta ........................................................... .
4.2.10. Correlazioni tra gli indici di classificazione ......................................................................... .
Caratteristiche di resistenza delle discontinuità ................................................................................. .
~Caratteristiche di resistenza dell'ammasso roccioso ......................................................................... .
Caratteristiche di deformabilità dell'ammasso roccioso ................................................................... .
Stato di sforzo in sito ......................................................................................................................... .
Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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Analisi di stabilità
5.1.
5.2.
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Caratterizzazione geotecnica-geomeccanica
4.1.
4.2.
5
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Modelli di comportamento dei terreni e delle rocce
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
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Aspetti geologici
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
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Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
9
Analisi di stabilità ............................................................................................................................. .
Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
Metodo delle curve caratteristiche
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
6.5.
Generalità ........................................................................................................................................... .
Analisi tensionale e deformativa di una galleria ............................................................................... .
6 .2 .1. Comportamento elastico lineare ............................................................................................... .
6.2.2. Mezzo elasto-plastico ................................................................................................................ .
Il metodo delle curve caratteristiche con riferimento alle condizioni al fronte ................................. .
6 .3 .1. Le condizioni al fronte ............................................................................................................. .
Applicazioni del metodo delle curve caratteristiche ......................................................................... .
6.4.1. Metodo di Amberg-Lombardi ................................................................................................. .
6.4.2. Metodo di Brown, Hoek et al. ................................................................................................. .
6.4.3. Metodo di P. Fritz ..................................................................................................................... .
Linee caratteristiche del rivestimento ............................................................................................... .
6.5.1. Calcestruzzo o spritz-beton ..................................................................................................... .
6.5.2. Centine ................................................................................................................................... .
6.5.3. Bulloni ad ancoraggio puntuale ............................................................................................... .
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GALLERIE
6.6.
6.7.
Analisi approssimata, in funzione del tempo, della struttura di sostegno di una galleria
considerando la velocità di avanzamento del fronte ........................................................................ ..
Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
7 Determinazione dello stato tensionale e deformativo con metodi numerici avanzati
7 .1. Introduzione ....................................................................................................................................... .
7.2. I metodi nttmerici più diffusi ............................................................................................................. .
7.2.1. Il metodo degli elementi finiti ............................................................................................... .
7.2.2. Il metodo alle differenze finite ................................................................................................. .
7 .2 .3. Il metodo degli elementi al contorno ....................................................................................... .
7.2.4. Il metodo ad elementi distinti ................................................................................................. .
7.2.5. Metodi ibridi ........................................................................................................................... .
7.3. Utilizzo dei metodi numerici avanzati per la modellazione dell'interazione tra roccia e
rivestimento di una galleria ............................................................................................................... .
7.4. Esempio di analisi assialsimmetrica con il programma FLAC .......................................................... ..
7.5. Esempio di analisi di una galleria con il programma agli elementi finiti z_sOIL.PC ........................ ..
7 .6. Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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8 Aspetti critici nella progettazione e costruzione delle gallerie
8.1. Stabilità del fronte di scavo ................................................................................................................ ~ »
8.1.1. Stabilità in condizioni non drenate .......................................................................................... »
8.1.2. Stabilità in condizioni drenate ...... .. .. .. .. ...... .. .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. .. .... .. .. .. ...... .. .. .... .. .. .. .... .. ... .. .... .. .. »
8.2. Meccanismi di rottura ........................................................................................................................ »
8.3. Estrusioni al fronte e spostamenti radiali............................................................................................ »
8.4. Metodo di Tamez per la valutazione del grado di stabilità del fronte di scavo.................................. »
8.5. Considerazioni sulla progettazione e realizzazione delle gallerie con grandi coperture.................... »
8.6. Riferimenti bibliografici...................................................................................................................... »
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9 Progettazione di gallerie in rocce rigonfianti e/o spingenti
9 .1. Definizioni ........................................................................................................................................ ..
9 .2. Comportamento rigonfiante ............................................................................................................... .
9 .3. Comportamento spingente ................................................................................................................. .
9.4. Una procedura per la progettazione di una galleria in un materiale rigonfiante e/o spingente ........ ..
9 .5. Metodi di analisi statica per gallerie in terreni rigonfianti .............................................................. ..
9.6. Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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10 Scelta del metodo di scavo
1O.1. Considerazioni generali ..................................................................................................................... .
10.2. Le macchine per la realizzazione di gallerie ..................................................................................... .
10.3. Scelta delle macchine per lo scavo di gallerie in roccia .................................................................. ..
10.3.1. La TBM "aperta" ..................................................................................................................... .
10.3.2. TBM con scudo semplice ......................................................................................................... .
1O.3 .3. TBM a doppio scudo ............................................................................................................... .
10.3.4. TBM a due fasi ........................................................................................................................ ..
10.4. Scelta delle macchine per lo scavo di gallerie in terreni .................................................................. ..
10.5. Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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11 Interventi di precontenimento, preconsolidamento e presostegno
11.1. Introduzione ....................................................................................................................................... .
11.2. Interventi di precontenimento e preconsolidamento ........................................................................ ..
11.3. Interventi di presostegno .................................................................................................................. ..
11.4. Riferimenti bibliografici .................................................................................................................... ..
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12 Scavo meccanizzato delle gallerie
12.1. Introduzione ....................................................................................................................................... .
12.2. Tecniche meccanizzate per la realizzazione di gallerie .................................................................... ..
12.3. Origini e diffusione del metodo di scavo meccanizzato ................................................................... .
12.4. Confronto fra gallerie in roccia ed in terreno .................................................................................. ..
12 .5. Influenza delle condizioni geotecniche dei terreni sullo scavo della galleria .................................. ..
12.5.1. Diagrammi di Deere, Peck et al. (1969) .............................................................................. ..
12.5.2. Diagrammi di Heuer (1987) .................................................................................................. ..
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INDICE
12.6.
12.7.
12.8.
12.9.
12.10.
12.11.
12.12.
12.5.3. Limiti delle iniezioni e del drenaggio in terreni sciolti ........................................................ ..
12.5.4. Scudo con aria compressa ..................................................................................................... .
Scavo meccanizzato ........................................................................................................................... .
12.6.1. Scudi meccanizzati con sostegno di aria compressa ............................................................ ..
12.6.2. Scudo con fanghi bentonitici ................................................................................................. .
12.6.3. Scudo con pressione di terra (EPBS=Earth Pressure Balance Shield) .................................. ..
12.6.4. Trattamento del terreno scavato ............................................................................................. .
Scelta della tipologia di macchina di scavo per terreni sciolti ........................................................ ..
12.7.1. Scelta della metodologia di scavo per terreni diversi nella sezione .................................... ..
Manutenzione ed interventi nella camera di lavoro .......................................................................... ..
12 .8 .1. Interventi sotto aria compressa ............................................................................................ ..
12.8.2. Protezione meccanica del fronte di scavo ............................................................................ ..
12.8.3. Stabilizzazione del terreno dall'esterno ................................................................................ ..
Rivestimenti ....................................................................................................................................... .
12.9.1. Sviluppo storico dei rivestimenti .......................................................................................... ..
12.9.2. Aspetti particolari per il rivestimento di gallerie con particolare riferimento ai terreni sciolti
Produttività e costi ............................................................................................................................. .
L'esempio della galleria di Westerschelde ........................................................................................ ..
Riferimenti bibliografici .................................................................................................................... ..
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13 Dal NATM al metodo ADECO·RS
13.1.
13.2.
13.3.
13.4.
13.5.
Premessa ............................................................................................................................................. .
La definizione del NATM e i suoi concetti (erronei) .......................................................................... ..
Il metodo A.DE.CO.-R.S ........................................................................................................................ .
Confronto fra Il metodo NATM ed il metodo A.DE.CO.-R.s .................................................................. .
Riferimenti bibliografici .................................................................................................................... ..
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14 Criteri di progettazione delle gallerie idrauliche in pressione
14.1. Criteri di progettazione ..................................................................................................................... .
14.2. Riferimenti bibliografici .................................................................................................................... ..
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15 Controllo dei cedimenti indotti dallo scavo di una galleria
15 .1. Il fenomeno della subsidenza ............................................................................................................ ..
15.2. Interventi di miglioramento del terreno mediante iniezioni ............................................................. .
15.2.1. Principi, miscele e tecniche d'iniezione ............................................................................... .
15.2.2. Iniezione di permeazione .................................................................................................... ..
15.2.3. Iniezione di compattazione (compaction grouting) ............................................................... .
; 15.2.4. Iniezione per microfratturazione ........................................................................................... .
15.2.5. Iniezione in rocce fratturate .................................................................................................. ..
15.2.6. Trattamenti di miscelazione in sito (gettiniezione o "jet grouting") ..................................... .
15.3. Iniezioni di compensazione (compensation grouting) ...................................................................... ..
15 .4. Congelamento artificiale dei terreni ................................................................................................... .
15 .4 .1. Descrizione del procedimento .............................................................................................. ..
15.4.2. Disposizione delle sonde congelatrici .................................................................................. ..
15.4.3. Calcolo del processo di congelamento e delle caratteristiche geotecniche dei
terreni congelati ................................................................................................................................. .
15.4.4. Un esempio applicativo ......................................................................................................... .
15.5. Riferimenti bibliografici ..................................................................................................................... .
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16 Verifiche in corso d'opera e in esercizio
16 .1. Il ruolo del monitoraggio nelle costruzioni in sotterraneo ............................................................... ..
16.2. Monitoraggio delle opere in sotterraneo .......................................................................................... ..
16.2.1. Monitoraggio topografico con stazione totale e mire ottiche .............................................. ..
16.2.2. Tiltmetri e clinometri ............................................................................................................. .
16.2.3. Fessurimetri ........................................................................................................................... .
16.2.4. Stazioni di monitoraggio topografico del cavo ..................................................................... .
16.2.5. Inclinometri ........................................................................................................................... .
16.2.6. Andamento delle deformazioni nell'intorno della cavità ....................................................... .
16.2.7. Misura dello stato tensionale del rivestimento di prima fase e definitivo ............................ ..
16.2.8. Misura dei livelli di falda o delle pressioni neutre ............................................................... .
16.3. Rilievi geologici-strutturali del fronte di scavo ................................................................................. .
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La realizzazione di infrastrutture civili e industriali ricorre sempre più spesso alla costruzione
di gallerie e opere in sotterraneo sia nei centri urbani, per rendere compatibile lo sviluppo con
la qualità della vita, che nei lunghi tracciati stradali e ferroviari, dove la costruzione di gallerie
di valico molto lunghe (da 20 a 60 km) facilita i percorsi d'accesso, riduce le pendenze e permette un'ulteriore velocizzazione e un incremento nella capacità di trasporto.
La progettazione delle gallerie diventa sempre più una scienza nell'ambito dell'ingegneria civile e geotecnica, per via della grande importanza che rivestono le indagini geologiche e geotecniche, allo scopo di identificare correttamente i rischi connessi con la realizzazione di un'opera in sotterraneo, e scegliere quindi, in modo razionate, una soluzione progettuale che permetta di controllare e minimiuare i tempi e i costi di costruzione.
Il volume, interamente aggiornato e revisionato in questa seconda edizione, con particolare
riferimento agli aspetti geologici e alla caratterizzazione geotecnica e geomeccanica, descrive il complesso iter progettuale comprendente:
• studi geologici
• programmazione e interpretazione delle indagini geognostiche
• caratterizzazione geotecnica - geomeccanica
• analisi del comportamento dell'ammasso terroso o roccioso interessato dallo scavo
• scelta del metodo di scavo e degli interventi di preconsolidamento e sostegno
• definizione e verifica delle fasi costruttive
• progettazione del sistema di monitoraggio, per verificare la soluzione progettuale in corso
d'opera.
Sono stati inoltre aggiunti nuovi capitoli relativi a problematiche che saranno sempre più
importanti e critiche per la progettazione e costruzione delle opere in sotterraneo, come il
controllo dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie superficiali, le problematiche idrogeologiche con le relative previsioni degli afflussi d'acqua in galleria e dell'influenza degli scavi sull'ambiente circostante, l'impiego sempre più diffuso dello scavo meccanizzato, gli aspetti progettuali degli imbocchi delle gallerie, che sono l'unica parte visibile di una galleria.
Viene inoltre descritto il metodo A.DE.CO.R.S. (Analisi delle DEformazioni COntrollate nelle
Rocce e nei Suoli), che si è progressivamente consolidato come uno dei metodi più utilizzati
per la progettazione delle opere in sotterraneo.
ISBN· IO 88-7758·88• 2
ISBN-13 g78-88·7758·88" 1
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