insegnamento di progetto di infrastrutture viarie - - dietcaddietcad.unipv.it/corsi/pdiv/10 -...

InsegnamentoInsegnamentodidi

Progetto di Infrastrutture viarieProgetto di Infrastrutture viarie

Opere in terraOpere in terra

Caratteristiche di un terrenoCaratteristiche di un terrenoCompressibilitCompressibilitàà e costipamento delle terree costipamento delle terrePortanza sottofondi e fondazioni stradaliPortanza sottofondi e fondazioni stradali

InstabilitInstabilitàà del corpo stradaledel corpo stradale

GallerieGallerie

SoprastruttureSoprastrutture

Materiali stradali Materiali stradali Soprastruttura flessibiliSoprastruttura flessibili

Cenni di calcolo delle soprastruttureCenni di calcolo delle soprastrutture

Intersezioni e Impianti stradaliIntersezioni e Impianti stradali

Intersezioni a raso e a livelli sfalsatiIntersezioni a raso e a livelli sfalsatiAree di sostaAree di sosta

Gallerie Gallerie (1)(1)

Le gallerie sono utilizzate quotidianamente dalle popolazioni deLe gallerie sono utilizzate quotidianamente dalle popolazioni dei paesi pii paesi piùùindustrializzati e tale utilizzo industrializzati e tale utilizzo èè destinato in futuro ad aumentare con il destinato in futuro ad aumentare con il crescere delle necessitcrescere delle necessitàà della societdella societàà moderna. Dalle gallerie ferroviarie moderna. Dalle gallerie ferroviarie realizzate nella seconda metrealizzate nella seconda metàà del IXX secolo, a quelle stradali che hanno del IXX secolo, a quelle stradali che hanno contraddistinto lo sviluppo mondiale delle reti autostradali delcontraddistinto lo sviluppo mondiale delle reti autostradali del XX secolo e, ai XX secolo e, ai giorni nostri e in un prossimo futuro, alle lunghe gallerie ferrgiorni nostri e in un prossimo futuro, alle lunghe gallerie ferroviarie sotto le oviarie sotto le Alpi. che interconnetteranno le nuove direttrici ferroviarie eurAlpi. che interconnetteranno le nuove direttrici ferroviarie europee.opee.GiGiàà gli antichi Romani avevano introdotto tecniche di scavo in sottgli antichi Romani avevano introdotto tecniche di scavo in sotterraneo, erraneo, solo negli ultimi 200 anni però si può parlare di ingegneria delsolo negli ultimi 200 anni però si può parlare di ingegneria delle gallerie: le gallerie: durante questo periodo infatti sono andati affinandosi i metodi durante questo periodo infatti sono andati affinandosi i metodi di scavo, i di scavo, i calcoli delle opre di sostegno e di rivestimento, il controllo dcalcoli delle opre di sostegno e di rivestimento, il controllo dei fattori ei fattori ambientali. ambientali. Per arrivare ai giorni nostri dove i diversi aspetti della progePer arrivare ai giorni nostri dove i diversi aspetti della progettazione e ttazione e realizzazione delle gallerie si sono ormai codificati attraversorealizzazione delle gallerie si sono ormai codificati attraverso consolidati consolidati metodi progettuali e processi produttivi.metodi progettuali e processi produttivi.Tutto questo Tutto questo èè stato reso possibile dallo sviluppo delle scienze della terra estato reso possibile dallo sviluppo delle scienze della terra ed d ingegneristiche e dalle nuove e flessibili tecnologie che contraingegneristiche e dalle nuove e flessibili tecnologie che contraddistinguono i ddistinguono i moderni macchinari utilizzati che hanno reso possibile anche lmoderni macchinari utilizzati che hanno reso possibile anche l’’impiego di impiego di materiali innovativi.materiali innovativi.________________

(1)(1) M. Bringiotti M. Bringiotti ““ Guida al tunnelling Guida al tunnelling -- LL’’arte e la tecnica arte e la tecnica ””, Edizioni PEI, Parma, 1996., Edizioni PEI, Parma, 1996.

Progetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Caratteristiche dellCaratteristiche dell ’’ammasso ammasso

Per il progetto di una galleria Per il progetto di una galleria èè indispensabile conoscere le caratteristiche indispensabile conoscere le caratteristiche delldell’’ammasso roccioso da attraversare ricorrendo ad unammasso roccioso da attraversare ricorrendo ad un’’analisi approfondita analisi approfondita gigiàà in fase progettuale. Ciò richiede lin fase progettuale. Ciò richiede l’’impiego di metodologie e tecniche impiego di metodologie e tecniche dd’’indagine moderne e sofisticate.indagine moderne e sofisticate.

Gli obiettivi che caratterizzano tali indagini riguardano:Gli obiettivi che caratterizzano tali indagini riguardano:

•• la litologia e lla litologia e l’’assetto strutturale dellassetto strutturale dell’’ammasso,ammasso,•• le problematiche dellle problematiche dell’’idraulica sotterranea o di eventuali altri fluidi (gas),idraulica sotterranea o di eventuali altri fluidi (gas),•• le caratteristiche geomeccaniche delle diverse formazioni roccle caratteristiche geomeccaniche delle diverse formazioni rocciose ed il loro iose ed il loro stato tensionale,stato tensionale,•• le caratteristiche geologiche e strutturali che potrebbero infle caratteristiche geologiche e strutturali che potrebbero influenzare la luenzare la distribuzione delle tensioni al contorno della galleria, durantdistribuzione delle tensioni al contorno della galleria, durante e dopo lo scavo e e dopo lo scavo della galleria.della galleria.

Con queste indagini Con queste indagini èè quindi possibile disporre delle informazioni che quindi possibile disporre delle informazioni che caratterizzano a larga scala il sottosuolo e quindi permettono dcaratterizzano a larga scala il sottosuolo e quindi permettono di ipotizzare un i ipotizzare un tracciato ottimale. Definito quindi ltracciato ottimale. Definito quindi l’’asse del tracciato, si deve procedere alla asse del tracciato, si deve procedere alla caratterizzazione completa dellcaratterizzazione completa dell’’ammasso roccioso o attraverso unammasso roccioso o attraverso un’’iindagine ndagine geofisica di dettagliogeofisica di dettaglio o procedendo allo procedendo all’’esecuzione preventiva di un esecuzione preventiva di un cunicolo cunicolo pilotapilota..


Indagini geofisiche di dettaglio Indagini geofisiche di dettaglio Le preliminari indagini geognostiche svolte, vengono integrate cLe preliminari indagini geognostiche svolte, vengono integrate con le pion le piùù recenti recenti tecniche di prospezione geofisica, unitamente alle relative metotecniche di prospezione geofisica, unitamente alle relative metodiche di diche di elaborazione ed interpretazione. Lo scopo delle indagini geofisielaborazione ed interpretazione. Lo scopo delle indagini geofisiche che èè quello di quello di ricavare dati relativi:ricavare dati relativi:•• alla alla geometria dellgeometria dell’’ammasso rocciosoammasso roccioso e alle e alle caratteristiche strutturalicaratteristiche strutturali (forma e (forma e consistenza dei diversi litotipi: stratificazione, discontinuitconsistenza dei diversi litotipi: stratificazione, discontinuitàà, cavit, cavitàà, ecc.),, ecc.),•• alla alla caratterizzazione del comportamento meccanicocaratterizzazione del comportamento meccanico di tale ammasso di tale ammasso (parametri fisici correlabili con le caratteristiche geomeccanic(parametri fisici correlabili con le caratteristiche geomeccaniche e litologiche he e litologiche delldell’’ammasso).ammasso).Le Le metodologie dmetodologie d’’indagine geofisica principali sono quelle sismiche e quelle indagine geofisica principali sono quelle sismiche e quelle geoelettrichegeoelettriche; si applicano pure i metodi gravimetrici, magnetici, elettromag; si applicano pure i metodi gravimetrici, magnetici, elettromagnetici netici e radioattivi. Le metodologie de radioattivi. Le metodologie d’’indagine sismica (tali metodi si sono sviluppati indagine sismica (tali metodi si sono sviluppati nel settore della ricerca petrolifera) si basano su tre differennel settore della ricerca petrolifera) si basano su tre differenti tecniche:ti tecniche:•• a rifrazionea rifrazione: sfrutta la diversa velocit: sfrutta la diversa velocitàà di propagazione delle onde sismiche di propagazione delle onde sismiche nelle diverse formazioni ed nelle diverse formazioni ed èè impiegabile per le indagini ove ad esempio sia impiegabile per le indagini ove ad esempio sia necessario definire la profonditnecessario definire la profonditàà di un basamento roccioso sotto coltri di terreno di un basamento roccioso sotto coltri di terreno detritico o alluvionale;detritico o alluvionale;•• a riflessionea riflessione: permette indagini pi: permette indagini piùù profonde (sino a qualche chilometro di profonde (sino a qualche chilometro di profonditprofonditàà) e un) e un’’accurata definizione della geometria del sottosuolo (anche se accurata definizione della geometria del sottosuolo (anche se questa ha una forma complessa)questa ha una forma complessa)•• per trasparenzaper trasparenza (tomografia).(tomografia).


Cunicolo pilota Cunicolo pilota

La tecnica che utilizza il cunicolo pilota permette La tecnica che utilizza il cunicolo pilota permette ll’’esame visivo ed il prelievo esame visivo ed il prelievo continuo di campioni di rocciacontinuo di campioni di roccia lungo llungo l’’asse del tracciato e consente una asse del tracciato e consente una classificazione geomeccanica dellclassificazione geomeccanica dell’’ammasso attraversatoammasso attraversato, nonch, nonchéé ll’’analisi delle analisi delle tensioni e delle deformazioni puntuali. Per contro esistono difftensioni e delle deformazioni puntuali. Per contro esistono difficolticoltààinterpretative legate a:interpretative legate a:•• non conoscenza delle caratteristiche della roccia al contorno non conoscenza delle caratteristiche della roccia al contorno (tetto),(tetto),•• non estrapolabilitnon estrapolabilitàà dei dati di deformazione e tensione (dalle dimensioni del dei dati di deformazione e tensione (dalle dimensioni del cunicolo a quelle della galleria),cunicolo a quelle della galleria),•• impossibilitimpossibilitàà a definire quelle anomalie geologiche o caratteristiche struttua definire quelle anomalie geologiche o caratteristiche strutturali rali aventi dimensioni comprese tra quelle del cunicolo e quelle dellaventi dimensioni comprese tra quelle del cunicolo e quelle della galleria.a galleria.Questi limiti impediscono la previsione di: sfornellamenti, di dQuesti limiti impediscono la previsione di: sfornellamenti, di distacchi di placche istacchi di placche di roccia dal tetto in fase di allargamento della sezione ed errdi roccia dal tetto in fase di allargamento della sezione ed erronea valutazione onea valutazione delle spinte sui rivestimenti.delle spinte sui rivestimenti.Nella figura 1 sono riportate le indagini necessarie per la caraNella figura 1 sono riportate le indagini necessarie per la caratterizzazione tterizzazione delldell’’ammasso roccioso. In sintesi si può dire che con il cunicolo pilammasso roccioso. In sintesi si può dire che con il cunicolo pilota si ota si possono ricavare informazioni su:possono ricavare informazioni su:•• caratteristiche geologichecaratteristiche geologiche: prelevando campioni lungo l: prelevando campioni lungo l’’asse del tracciato, con asse del tracciato, con analisi: analisi: strutturalestrutturale limitata alllimitata all’’asse del cunicolo e asse del cunicolo e idrogeologicaidrogeologica puntuale.puntuale.•• caratteristiche geomeccanichecaratteristiche geomeccaniche: con carotaggi e prelievi di campioni dal : con carotaggi e prelievi di campioni dal cunicolo e con misure di deformazione e tensione.cunicolo e con misure di deformazione e tensione.


Indagini per caratterizzare lIndagini per caratterizzare l ’’ammasso roccioso ammasso roccioso


Classificazione delle rocce Classificazione delle rocce

Le moderne metodologie di classificazione delle rocce finalizzatLe moderne metodologie di classificazione delle rocce finalizzate allo scavo di e allo scavo di gallerie tendono a considerare non solo lo scavo vero e propriogallerie tendono a considerare non solo lo scavo vero e proprio, ma anche , ma anche ll’’allontanamento (smarinaggio) del materiale di risulta (marino) eallontanamento (smarinaggio) del materiale di risulta (marino) e le opere di le opere di sostegno (consolidamento preliminare della cavitsostegno (consolidamento preliminare della cavitàà scavata e definitivo scavata e definitivo rivestimento).rivestimento).Qui si fa riferimento alla classificazione da Von Rabcewicz (priQui si fa riferimento alla classificazione da Von Rabcewicz (primo ideatore del mo ideatore del N.A.T.M. N.A.T.M. -- New Austrian Tunnelling MethodNew Austrian Tunnelling Method). Il metodo prende in ). Il metodo prende in considerazione la considerazione la capacitcapacitàà delldell’’ammasso roccioso di autosostenersi ammasso roccioso di autosostenersi attraverso il controllo del processo di ridistribuzione delle foattraverso il controllo del processo di ridistribuzione delle forza nellrza nell’’anello di anello di roccia che circonda lo scavo e la scelta delle opere di sostegnoroccia che circonda lo scavo e la scelta delle opere di sostegno..Dal principio della resistenza (principio del contrasto e della Dal principio della resistenza (principio del contrasto e della rigiditrigiditàà) si ) si èèpassati al principio della resilienza (principio della deformazipassati al principio della resilienza (principio della deformazione controllata e one controllata e delldell’’elasticitelasticitàà). Dai rivestimenti rigidi, massivi e costosi si ). Dai rivestimenti rigidi, massivi e costosi si èè passati a interventi passati a interventi immediati e flessibili. Le operazioni di immediati e flessibili. Le operazioni di spritz beton spritz beton ((sprayed concretesprayed concrete)) armato armato o no, o no, bullonaturabullonatura a tenuta puntuale o totale, a tenuta puntuale o totale, centinatura centinatura con centine con centine telescopiche collassabili (tollerano le deformazioni iniziali detelescopiche collassabili (tollerano le deformazioni iniziali della roccia senza lla roccia senza danneggiarsi) caratterizzano tale metodo. danneggiarsi) caratterizzano tale metodo. Prima di affrontare le diverse metodologie di scavo in base allePrima di affrontare le diverse metodologie di scavo in base alle diverse classi diverse classi di appartenenza delle rocce che possono caratterizzare ldi appartenenza delle rocce che possono caratterizzare l’’ammasso, si ammasso, si accenna alla funzione svolta dallaccenna alla funzione svolta dall’’anello roccioso che caratterizza tale metodo.anello roccioso che caratterizza tale metodo.


Creazione dellCreazione dell ’’anello roccioso anello roccioso Scopo del metodo N.A.T.M. Scopo del metodo N.A.T.M. èè quello di creare attorno allo scavo una zona di quello di creare attorno allo scavo una zona di roccia che abbia una sua funzione strutturale propria, tale da rroccia che abbia una sua funzione strutturale propria, tale da reggere una eggere una parte dei carichi e la cui rimanente parte parte dei carichi e la cui rimanente parte èè affidata a supporti artificiali. In tal affidata a supporti artificiali. In tal modo le deformazioni indotte dovranno essere:modo le deformazioni indotte dovranno essere:•• contenute il picontenute il piùù possibile per evitare che la roccia perda il meno possibile le possibile per evitare che la roccia perda il meno possibile le sue proprietsue proprietàà resistenti iniziali,resistenti iniziali,•• sufficientemente grandi in modo da attivare un adeguato anellosufficientemente grandi in modo da attivare un adeguato anello di roccia.di roccia.Al fine quindi di indurre un aumento della coesione c della rocAl fine quindi di indurre un aumento della coesione c della roccia nella zona cia nella zona delldell’’anello si procede:anello si procede:1)1) spruzzando un sottile strato di betoncino (spessore del 1spruzzando un sottile strato di betoncino (spessore del 1--2 % del 2 % del diametro delle cavitdiametro delle cavitàà),),2)2) rinforzando, se necessario, il rivestimento di betoncino con frinforzando, se necessario, il rivestimento di betoncino con fibre: dibre: d’’acciaio acciaio (30(30--40 kg/m40 kg/m33), rete elettrosaldata, bulloni e tiranti, centine telescopiche ), rete elettrosaldata, bulloni e tiranti, centine telescopiche (di (di diverso momento resistente e resistenza al collasso),diverso momento resistente e resistenza al collasso),3)3) gettando un arco rovescio definitivo nella posizione pigettando un arco rovescio definitivo nella posizione piùù conveniente,conveniente,4)4) proteggendo, eventualmente, anche il fronte dproteggendo, eventualmente, anche il fronte d’’avanzamento con spritz avanzamento con spritz beton o tiranti in vetroresina (di diametro di 10 cm e lunghi 10beton o tiranti in vetroresina (di diametro di 10 cm e lunghi 10--12 m da 12 m da collocare uno ogni 1collocare uno ogni 1--2 m2 m22) tali da poter essere fresati o asportati in fase di ) tali da poter essere fresati o asportati in fase di scavo,scavo,5)5) usando i piusando i piùù moderni sistemi di misurazione per controllare le moderni sistemi di misurazione per controllare le deformazioni dello scavo in funzione del tempo che questo impiegdeformazioni dello scavo in funzione del tempo che questo impiega a a a deformarsi.deformarsi.


Metodologie di scavo e classe dMetodologie di scavo e classe d ’’appartenenza 1 appartenenza 1

Le rocce dellLe rocce dell’’ammasso vengono classificate in 7 classi:ammasso vengono classificate in 7 classi:I I -- StabileStabile (roccia sana e massiva): lo scavo si autosostiene e le tensioni(roccia sana e massiva): lo scavo si autosostiene e le tensioni al al contorno non superano la resistenza della roccia; possibile quincontorno non superano la resistenza della roccia; possibile quindi uno scavo di uno scavo a tutta sezione con tempi di autosostegno di giorni in calotta ea tutta sezione con tempi di autosostegno di giorni in calotta ed illimitato in d illimitato in parete.parete.II II -- Leggermente fratturataLeggermente fratturata (roccia stratificata e leggermente fratturata): si (roccia stratificata e leggermente fratturata): si possono verificare distacchi in calotta (sono quindi necessarie possono verificare distacchi in calotta (sono quindi necessarie opere di opere di sostegno), mentre le pareti verticali sono stabili (salvo distacsostegno), mentre le pareti verticali sono stabili (salvo distacchi locali); chi locali); possibile quindi uno scavo a tutta sezione con tempi di autosospossibile quindi uno scavo a tutta sezione con tempi di autosostegno di giorni tegno di giorni in calotta e settimane in parete.in calotta e settimane in parete.III a III a -- Fratturata e III b Fratturata e III b -- Poco spingentePoco spingente (rocce da fratturate a molto (rocce da fratturate a molto fratturate): il limite di resistenza viene raggiunto in parete efratturate): il limite di resistenza viene raggiunto in parete e superato in calotta superato in calotta con conseguenti distacchi; possibile scavo a tutta sezione (con con conseguenti distacchi; possibile scavo a tutta sezione (con volate brevi), volate brevi), ma preferibile scavo a sezione parzializzata con tempi di autosoma preferibile scavo a sezione parzializzata con tempi di autosostegno di ore stegno di ore in calotta e giorni in parete.in calotta e giorni in parete.IV IV -- SpingenteSpingente (roccia alterata, scistosa, fagliata): la resistenza della rocc(roccia alterata, scistosa, fagliata): la resistenza della roccia ia viene superata su tutto il contorno dello scavo (sono quindi necviene superata su tutto il contorno dello scavo (sono quindi necessarie opere essarie opere specifiche quali lspecifiche quali l’’arco rovescio e la protezione del fronte di scavo); arco rovescio e la protezione del fronte di scavo); èènecessario procedere allo scavo con sezione parzializzata (calotnecessario procedere allo scavo con sezione parzializzata (calotta con pita con piùù di di uno strozzo) con tempi di autosostegno di ore in calotta e giornuno strozzo) con tempi di autosostegno di ore in calotta e giorni in parete.i in parete.

(segue)(segue)


Metodologie di scavo e classe dMetodologie di scavo e classe d ’’appartenenza 2appartenenza 2 °°(seguito)(seguito)

Va Va -- Molto spingenteMolto spingente (roccia molto alterata completamente milonizzata): (roccia molto alterata completamente milonizzata): ll’’apertura dello scavo provoca lapertura dello scavo provoca l’’insorgere di forti pressioni in tutte le direzioni insorgere di forti pressioni in tutte le direzioni e le l’’anello di roccia intorno allo scavo anello di roccia intorno allo scavo èè completamente plasticizzato e tende completamente plasticizzato e tende deformandosi e a restringere la sezione scavata; deformandosi e a restringere la sezione scavata; èè quindi necessario quindi necessario procedere allo scavo per sezioni parzializzate (per la stabilitprocedere allo scavo per sezioni parzializzate (per la stabilitàà del fronte di del fronte di scavo) con tempi di autosostegno nullo in calotta e di poche orescavo) con tempi di autosostegno nullo in calotta e di poche ore in parete e in parete e sul fronte.sul fronte.Vb Vb -- Materiale scioltoMateriale sciolto (terreni sciolti, franosi): lo scavo non può essere (terreni sciolti, franosi): lo scavo non può essere affrontato con metodi convenzionali e si regola in funzione dei affrontato con metodi convenzionali e si regola in funzione dei metodi di metodi di sostegno con tempo di autosostegno praticamente nullo.sostegno con tempo di autosostegno praticamente nullo.Per quanto riguarda le metodologie di scavo e le opere di sostegPer quanto riguarda le metodologie di scavo e le opere di sostegno (di no (di consolidamento) queste variano, non solo in relazione alla classconsolidamento) queste variano, non solo in relazione alla classe e dd’’appartenenza, ma anche con la posizione rispetto alla sezione (cappartenenza, ma anche con la posizione rispetto alla sezione (calotta, alotta, fronte e arco rovescio).fronte e arco rovescio).Fondamentali sono le misure di convergenzaFondamentali sono le misure di convergenza che permettono di girono in che permettono di girono in giorno di controllare ed adeguare le opere di consolidamento posgiorno di controllare ed adeguare le opere di consolidamento poste in essere. te in essere. Le stazioni di misurazione si distinguono in: Le stazioni di misurazione si distinguono in: principaliprincipali (100 (100 -- 500 m) dove 500 m) dove vengono rilevate: le deformazioni della roccia, le pressioni radvengono rilevate: le deformazioni della roccia, le pressioni radiali e iali e tangenziali, le misure di convergenza ed i rilevamenti geodeticitangenziali, le misure di convergenza ed i rilevamenti geodetici; ; secondariesecondarie(20 (20 -- 100 m) dove vengono rilevate solo misure di convergenza ed 100 m) dove vengono rilevate solo misure di convergenza ed eventualmente la geodetica in calotta ed in platea.eventualmente la geodetica in calotta ed in platea.


Preconsolidamento Preconsolidamento

Le operazioni di preconsolidamento permettono di procedere allo Le operazioni di preconsolidamento permettono di procedere allo scavo in scavo in condizioni di sufficiente sicurezza. Tali operazioni riguardano condizioni di sufficiente sicurezza. Tali operazioni riguardano il contenimento il contenimento del livello ddel livello d’’acqua mediante drenaggi, lacqua mediante drenaggi, l’’eliminazione o la deviazione di corsi eliminazione o la deviazione di corsi dd’’acqua sotterranei che interferiscono con lo scavo, il controllo acqua sotterranei che interferiscono con lo scavo, il controllo di infiltrazioni e di infiltrazioni e la stabilizzazione del terreno. la stabilizzazione del terreno.

Le tecniche utilizzate per consolidare il terreno possono essereLe tecniche utilizzate per consolidare il terreno possono essere::il drenaggioil drenaggio,,

ll’’elettroelettro--osmosiosmosi,,il grouting,il grouting,

le iniezioni a bassa pressionele iniezioni a bassa pressione,,il jet groutingil jet grouting,,

ll’’infilaggioinfilaggio,,il congelamentoil congelamento..

Queste tecniche di consolidamento possono essere applicate Queste tecniche di consolidamento possono essere applicate congiuntamente allcongiuntamente all’’uso di basse pressioni duso di basse pressioni d’’aria compressa sul fronte della aria compressa sul fronte della galleria. Lgalleria. L’’utilizzo di una miscela di cemento o bentonite misto a inerte riutilizzo di una miscela di cemento o bentonite misto a inerte risulta sulta vincente, perchvincente, perchéé riduce le perdite driduce le perdite d’’aria compressa dellaria compressa dell’’80 % e permette 80 % e permette ll’’utilizzo di un modesto compressore per ottenere la contropressioutilizzo di un modesto compressore per ottenere la contropressione ne necessaria).necessaria).


Drenaggio del terrenoDrenaggio del terrenoIn presenza di acque, per limitarne lIn presenza di acque, per limitarne l’’influenza, il metodo usato piinfluenza, il metodo usato piùù economico economico èè il drenaggio delle stesse.il drenaggio delle stesse.

La tecnica di base prevede la perforazione di un serie di pozzi La tecnica di base prevede la perforazione di un serie di pozzi su entrambi i su entrambi i lati della galleria con lo scopo di abbassare il livello idrico lati della galleria con lo scopo di abbassare il livello idrico e quindi diminuire la e quindi diminuire la pressione dellpressione dell’’acqua lungo il tracciato, utilizzando pompe sommergibili o in acqua lungo il tracciato, utilizzando pompe sommergibili o in aspirazione.aspirazione.

A tale scopo occorrerA tale scopo occorreràà valutare:valutare:1) spaziatura tra pozzi, profondit1) spaziatura tra pozzi, profonditàà e relativa portate delle pompe,e relativa portate delle pompe,2) tipo di pompa da utilizzare,2) tipo di pompa da utilizzare,3) presenza di particelle sospese nel fluido da aspirare,3) presenza di particelle sospese nel fluido da aspirare,4) eventuali fenomeni di subsidenza indotti,4) eventuali fenomeni di subsidenza indotti,5) permeabilit5) permeabilitàà del terreno,del terreno,6) struttura del piano di scorrimento delle acque.6) struttura del piano di scorrimento delle acque.

Al fine di quantificare la portata dAl fine di quantificare la portata d’’acqua da pompare da un pozzo, occorre acqua da pompare da un pozzo, occorre tener conto della velocittener conto della velocitàà di flusso dal pozzo, del coefficiente di permeabilitdi flusso dal pozzo, del coefficiente di permeabilitàà, , della densitdella densitàà, dell, dell’’altezza della falda e della sua distanza dalla galleria, ecc.altezza della falda e della sua distanza dalla galleria, ecc.Un metodo economico ed applicabile ad abbattimenti di falde pocoUn metodo economico ed applicabile ad abbattimenti di falde poco profonde profonde (4(4--5 m) 5 m) èè il sistemail sistema WellpiontWellpiont (pompa munita di un depressore e punta (pompa munita di un depressore e punta perforanteperforante--filtrante).filtrante).


ElettroElettro --osmosiosmosiQuesta tecnica Questa tecnica èè usata per stabilizzare argille sciolte e sabbie che presentano usata per stabilizzare argille sciolte e sabbie che presentano problemi ad essere drenate mediante i normali pozzi.problemi ad essere drenate mediante i normali pozzi.Il metodo si basa sul Il metodo si basa sul principio dellprincipio dell’’elettrolisielettrolisi: : se si fa passare corrente se si fa passare corrente continua tra due elettrodi infissi nel terreno impregnato dcontinua tra due elettrodi infissi nel terreno impregnato d’’acqua, si provoca acqua, si provoca una sua migrazione dalluna sua migrazione dall’’elettrodo positivo (anodo) a quello negativo (catodo).elettrodo positivo (anodo) a quello negativo (catodo).Adottando un pozzo come catodo, Adottando un pozzo come catodo, èè possibile emungere lpossibile emungere l’’acqua attraverso un acqua attraverso un sistema di pompaggio.sistema di pompaggio.Infatti le superfici delle particelle del terreno portano una caInfatti le superfici delle particelle del terreno portano una carica negativa, rica negativa, mentre gli ioni positivi (cationi) in soluzione sono attratti vementre gli ioni positivi (cationi) in soluzione sono attratti verso tali particelle rso tali particelle concentrandosi sulla loro superficie. Applicando una differenza concentrandosi sulla loro superficie. Applicando una differenza di potenziale di potenziale tra due elettrodi, gli ioni positivi legati alle particelle solitra due elettrodi, gli ioni positivi legati alle particelle solide e le molecole de e le molecole dd’’acqua legate agli ioni, sono attratte verso il catodo (pozzo) e acqua legate agli ioni, sono attratte verso il catodo (pozzo) e respingono respingono ll’’anodo. Lanodo. L’’acqua libera dentro gli interspazi delle particelle solide acqua libera dentro gli interspazi delle particelle solide èè attirata attirata verso il catodo per scorrimento viscoso.verso il catodo per scorrimento viscoso.

Per la maggior parte dei terreni (sabbie, limi e argille), il CaPer la maggior parte dei terreni (sabbie, limi e argille), il Casagrande propone sagrande propone un identico valore di velocitun identico valore di velocitàà dello scorrimento elettrodello scorrimento elettro--osmotico pari a 0,5 10osmotico pari a 0,5 10--44

cm/sec. (per un gradiente di 1 volt/cm).cm/sec. (per un gradiente di 1 volt/cm).

LL’’elettroelettro--osmosi risulta applicabile però in spazi aperti, pertanto non viosmosi risulta applicabile però in spazi aperti, pertanto non viene ene utilizzata nello scavo delle gallerie (utilizzata nello scavo delle gallerie (èè utilizzata invece allutilizzata invece all’’aperto, ad esempio aperto, ad esempio nel consolidamento dei fronti franosi).nel consolidamento dei fronti franosi).


GroutingGroutingIl Il Grouting Grouting èè ll’’iniezione di una miscela liquida sotto pressione negli spazi vuoiniezione di una miscela liquida sotto pressione negli spazi vuoti ti del suolo, tra le fessurazioni delle rocce, in cavitdel suolo, tra le fessurazioni delle rocce, in cavitàà artificiali, dietro i rivestimenti artificiali, dietro i rivestimenti di una galleria, ecc.. Il liquido col passare del tempo si soliddi una galleria, ecc.. Il liquido col passare del tempo si solidifica per effetto di ifica per effetto di reazioni chimicoreazioni chimico--fisiche. Lo scopo fisiche. Lo scopo èè duplice: da un lato rendere impermeabile duplice: da un lato rendere impermeabile il terreno allil terreno all’’acqua e dallacqua e dall’’altro di incrementare la resistenza del terreno altro di incrementare la resistenza del terreno trattato.trattato.Un Un Grout Grout deve rispondere ad alcune proprietdeve rispondere ad alcune proprietàà: : StabilitStabilitàà (durante il processo (durante il processo di mescola ed iniezione il materiale non deve sedimentare), di mescola ed iniezione il materiale non deve sedimentare), GranulometriaGranulometria(scelta in base al tipo di fessurazioni e alla capacit(scelta in base al tipo di fessurazioni e alla capacitàà del gruppo di del gruppo di pompaggio), pompaggio), ViscositViscositàà (misura la sua capacit(misura la sua capacitàà di penetrare nel terreno), di penetrare nel terreno), ResistenzaResistenza (capacit(capacitàà di resistere alldi resistere all’’azione dellazione dell’’acqua), acqua), PermanenzaPermanenza(capacit(capacitàà di resistere ad attacchi chimici e alldi resistere ad attacchi chimici e all’’elavazione dellelavazione dell’’acqua corrente).acqua corrente).Il Il Grout Grout si distingue in due classi:si distingue in due classi:•• Grout Grout didi sospensionesospensione èè formato da una miscela di cemento Portland, argille formato da una miscela di cemento Portland, argille e acqua (rapporto c/a: 0,1e acqua (rapporto c/a: 0,1--0,4); l0,4); l’’apporto di argilla ha lo scopo di ridurre apporto di argilla ha lo scopo di ridurre ll’’impiego di cemento; inoltre vengono impiegati additivi (poliviniimpiego di cemento; inoltre vengono impiegati additivi (polivinile,poliestere, le,poliestere, estrusi plastici, trucioli di legno) in presenza di larghi spaziestrusi plastici, trucioli di legno) in presenza di larghi spazi e de d’’acqua. acqua. Vengono impiegati in ammassi rocciosi fessurati e porosi.Vengono impiegati in ammassi rocciosi fessurati e porosi.•• Grout Grout chimici o liquidichimici o liquidi éé composto da resine che formano un gel che, composto da resine che formano un gel che, riducendo la permeabilitriducendo la permeabilitàà delldell’’ammasso, lo rendono piammasso, lo rendono piùù resistente. Sono resistente. Sono adatti per terreni poco permeabili (dove il adatti per terreni poco permeabili (dove il Grout Grout didi sospensione non sarebbe sospensione non sarebbe produttivo).produttivo).


Iniezioni a bassa pressioneIniezioni a bassa pressione

Questa tecnica Questa tecnica èè usata per il consolidamento usata per il consolidamento del terreno in corrispondenza degli imbocchi del terreno in corrispondenza degli imbocchi e degli sbocchi delle gallerie con interventi e degli sbocchi delle gallerie con interventi dalldall’’alto (per scarse coperture max.50 m) o alto (per scarse coperture max.50 m) o dal fronte (per coperture pidal fronte (per coperture piùù elevate), elevate), utilizzando perforatori (utilizzando perforatori (wagon drillwagon drill) con ) con direzione di perforazione verticale nel primo direzione di perforazione verticale nel primo caso od orizzontale nellcaso od orizzontale nell’’altro. La maglia altro. La maglia dd’’intervento intervento èè da porsi in relazione con la da porsi in relazione con la permeabilitpermeabilitàà e la consistenza delle la consistenza dell’’ammasso ammasso roccioso e con la tecnologia produttiva: deve roccioso e con la tecnologia produttiva: deve essere tale che dopo il consolidamento, la essere tale che dopo il consolidamento, la sezione di scavo e il suo contorno presentino sezione di scavo e il suo contorno presentino caratteristiche di resistenza tali da non caratteristiche di resistenza tali da non consentire rilasci durante le fasi di lavoro. In consentire rilasci durante le fasi di lavoro. In figura 2 figura 2 èè illustrata la disposizione della illustrata la disposizione della maglia dei consolidamenti.maglia dei consolidamenti.


Jet groutingJet groutingProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Questo sistema, messo a punto dai giapponesi negli anni 60 ed inQuesto sistema, messo a punto dai giapponesi negli anni 60 ed introdotto in trodotto in Italia negli anni 70 del secolo appena trascorso, ha ormai trovaItalia negli anni 70 del secolo appena trascorso, ha ormai trovato notevoli to notevoli applicazioni non solo nella realizzazione di opere civili , ma aapplicazioni non solo nella realizzazione di opere civili , ma anche nello scavo nche nello scavo di gallerie.di gallerie.Con il termine Con il termine ““Jet groutingJet grouting”” si intende la realizzazione di colonne che, a si intende la realizzazione di colonne che, a partire dal perimetro dello scavo, si sviluppino oltre il suo frpartire dal perimetro dello scavo, si sviluppino oltre il suo fronte onte dd’’avanzamento e permettono di preconsolidare la zona di scavo, in avanzamento e permettono di preconsolidare la zona di scavo, in presenza presenza di terreni incoerenti o debolmente coesivi. Tali colonne sono otdi terreni incoerenti o debolmente coesivi. Tali colonne sono ottenute tenute iniettando una miscela cementizia, attraverso piccoli ugelli, coiniettando una miscela cementizia, attraverso piccoli ugelli, con pressioni n pressioni molto elevate (sino a 600 atm o pimolto elevate (sino a 600 atm o piùù).).Le tecniche prevedono di disgregare il terreno miscelandolo con Le tecniche prevedono di disgregare il terreno miscelandolo con una una sospensione cementizia o, in aggiunta, anche di rimuoverne la frsospensione cementizia o, in aggiunta, anche di rimuoverne la frazione piazione piùùfine (con jetting di aria e acqua) con effetto di parziale sostifine (con jetting di aria e acqua) con effetto di parziale sostituzione.tuzione.La sequenza operativa, con riferimento alla tecnica di disgregazLa sequenza operativa, con riferimento alla tecnica di disgregazioneione--sostituzione parziale, sostituzione parziale, èè riportata in figura 3 e si articola in due distinte fasi:riportata in figura 3 e si articola in due distinte fasi:•• perforazione (sino alla profonditperforazione (sino alla profonditàà richiesta) con una batteria di aste munita richiesta) con una batteria di aste munita al fondo di apposito dispositivo di iniezione (al fondo di apposito dispositivo di iniezione (monitormonitor),),•• progressiva iniezione e contemporanea estrazione e rotazione dprogressiva iniezione e contemporanea estrazione e rotazione del monitor.el monitor.Con tali trattamenti si possono ottenere per i terreni cosCon tali trattamenti si possono ottenere per i terreni cosìì trattati resistenze a trattati resistenze a compressione variabili da 100 a 300 kg/cmcompressione variabili da 100 a 300 kg/cm22 in presenza di sabbie e ghiaie, di in presenza di sabbie e ghiaie, di 20 20 -- 30 kg/cm30 kg/cm22 per formazioni limoper formazioni limo--argillose sature di mediaargillose sature di media--alta plasticitalta plasticitàà e e da 30 a 100 kg/cmda 30 a 100 kg/cm22 per terreni da limosi poco argillosi a limoper terreni da limosi poco argillosi a limo--sabbiosi.sabbiosi.

Fasi realizzative colonna Fasi realizzative colonna ““ Jet groutingJet grouting ””


InfilaggioInfilaggio


Questa tecnica consiste nello scavare una serie di fori (di 10Questa tecnica consiste nello scavare una serie di fori (di 10--12 cm di 12 cm di diametro e distanziati tra loro di 20 cm lungo il perimetro delldiametro e distanziati tra loro di 20 cm lungo il perimetro della galleria) in cui a galleria) in cui vengono infilati dei tubi in acciaio di circa 140 mm con unvengono infilati dei tubi in acciaio di circa 140 mm con un’’inclinazione di 5inclinazione di 5--6 6 °°rispetto lrispetto l’’asse della galleria. In tal modo da creare un ombrello protettivasse della galleria. In tal modo da creare un ombrello protettivo sotto o sotto il quale si possono svolgere le normali operazioni si scavo e coil quale si possono svolgere le normali operazioni si scavo e consolidamento nsolidamento per una lunghezza di 6per una lunghezza di 6--10 m.10 m.

La perforazione La perforazione èè realizzata con una perforatrice rotopercussiva (munita di un realizzata con una perforatrice rotopercussiva (munita di un martello fondoforo) e lmartello fondoforo) e l’’infilaggio del tubo invece infilaggio del tubo invece èè fatto usando un battipalo la fatto usando un battipalo la cui lunghezza determina lcui lunghezza determina l’’ingombro della macchina.ingombro della macchina.

Va ricordato che lVa ricordato che l’’impiego di infilaggi metallici ha il grosso difetto di non impiego di infilaggi metallici ha il grosso difetto di non contribuire a far partecipare il terreno alla statica della gravcontribuire a far partecipare il terreno alla statica della gravititàà, sia a breve che , sia a breve che a lungo termine.a lungo termine.

CongelamentoCongelamentoProgetto di Infrastrutture viarie Progetto di Infrastrutture viarie

Il congelamento dei terreni ad alto contenuto dIl congelamento dei terreni ad alto contenuto d’’acqua acqua èè unun’’operazione operazione costosa e specialistica, ma efficace per il temporaneo controllocostosa e specialistica, ma efficace per il temporaneo controllo e la stabilite la stabilitààdel terreno. Questa tecnica, applicabile quando le tecniche di del terreno. Questa tecnica, applicabile quando le tecniche di Grouting Grouting non non risultano vincenti, prevede lo scavo di fori (generalmente dallarisultano vincenti, prevede lo scavo di fori (generalmente dalla superficie o se superficie o se in galleria in varie posizioni), lin galleria in varie posizioni), l’’installazione di tubi refrigerati e la circolazione installazione di tubi refrigerati e la circolazione di liquido refrigerante al loro interno. Il processo di congelamdi liquido refrigerante al loro interno. Il processo di congelamento quindi forma ento quindi forma una zona stabile ed impermeabile (una zona stabile ed impermeabile (ice wallice wall) all) all’’interno della quale la galleria interno della quale la galleria può essere scavata in sicurezza.può essere scavata in sicurezza.

I refrigeranti utilizzati sono di due tipi I refrigeranti utilizzati sono di due tipi salamoiasalamoia e e idrogeno liquidoidrogeno liquido::•• Nel primo caso un impianto di refrigerazione raffredda la soluNel primo caso un impianto di refrigerazione raffredda la soluzione che zione che viene pompata in un pozzo anulare; la soluzione, dopo aver scambviene pompata in un pozzo anulare; la soluzione, dopo aver scambiato calore iato calore con il terreno, ritorna allcon il terreno, ritorna all’’impianto (i pozzi sono collegati in parallelo). Il suo impianto (i pozzi sono collegati in parallelo). Il suo vantaggio vantaggio èè il basso costo, ma con lunghi tempi per ottenere un sufficienteil basso costo, ma con lunghi tempi per ottenere un sufficientecongelamento (20congelamento (20--25 giorni).25 giorni).•• LL’’impianto ad idrogeno liquido, invece, prevede uno solo scambio timpianto ad idrogeno liquido, invece, prevede uno solo scambio termico: ermico: tra liquido e tubi refrigeranti; viene sfruttata la sua reazionetra liquido e tubi refrigeranti; viene sfruttata la sua reazione con lcon l’’atmosfera atmosfera (da (da --196 196 °° a a --60 60 °°). Presenta due grossi vantaggi: bassi tempi per realizzare il ). Presenta due grossi vantaggi: bassi tempi per realizzare il muro di ghiaccio (30muro di ghiaccio (30--40 ore) e maggior semplicit40 ore) e maggior semplicitàà delldell’’impianto, ma alto costo impianto, ma alto costo delldell’’idrogeno e rischi di inquinamento (accumuli di azoto nellidrogeno e rischi di inquinamento (accumuli di azoto nell’’atmosfera).atmosfera).

insegnamento di progetto di infrastrutture viarie - - dietcaddietcad.unipv.it/corsi/pdiv/10 -...

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