Comportamento di grandi opere di sostegno in area urbana Dottorato di ricerca in Ingegneria Geotecnica Consorzio tra: Università di Napoli Federico II, Università di Napoli Parthenope, Seconda Università di Napoli, Università di Salerno, Università del Sannio Comportamento di grandi opere di sostegno in area urbana Diego L’Amante Tutore: prof. ing. C. Viggiani Cotutori: prof. ing. A. Flora, prof. ing. G. Russo

Effetti della realizzazione della paratia SOMMARIO (1/2) Effetti della realizzazione della paratia STABILITA’ (fase di scavo) Analisi FEM 3D parametrica del singolo pannello rettangolare SPOSTAMENTI (fase di scavo + sostegno + getto) Raccolta di misure disponibili in letteratura Proposta di una formula empirica atta a prevedere l’ordine di grandezza degli spostamenti orizzontali indotti dalla realizzazione di una paratia Analisi FEM (3D) per una prima validazione della formula (singolo pannello) Monitoraggio degli spostamenti indotti dalla realizzazione delle opere di sostegno della stazione metropolitana San Pasquale Analisi FEM (3D) semplificate dello scavo del singolo pannello della stazione San Pasquale (singolo pannello a T)

SOMMARIO (2/2) Effetti della realizzazione dello scavo principale ANALISI NUMERICHE Simulazione di scavi profondi (rilevanza della procedura costruttiva) stazione “San Pasquale” (paratia con vari ordini di contasti, 2D) paratia vincolata in testa (2D) paratia libera (2D e 3D) MISURE DI SPOSTAMENTI Monitoraggio degli spostamenti durante la realizzazione del parcheggio sotterraneo di largo Celebrano (Napoli) Raccolta di misure di spostamenti causati da scavi profondi nella città di Napoli Conclusioni e sviluppi futuri

Effetti della realizzazione della paratia Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica Parametri che maggiormente influenzano gli spostamenti causati dalla realizzazione della paratia Del terreno Di costruzione e misura a (distanza della misura dall’asse del pannello) d (distanza della misura dal pannello) b (larghezza pannello) h (profondità pannello) pf (profondità del fango) t (tempo di costruzione del pannello) γfango (peso specifico del fango) γcls (peso specifico del calcestruzzo) γ (peso dell’unità di volume del terreno) parametri di resistenza del terreno E (rigidezza del terreno) K0 (coefficiente di spinta a riposo) pw (profondità della falda)

Effetti della realizzazione della paratia Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica Formula empirica per la stima del massimo spostamento orizzontale causato dalla realizzazione di una paratia (negativo verso il terreno) a b/2 pianta d sezione b/2-a γcls γf hc

Influenza dei vari parametri Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica Influenza dei vari parametri E = 40 MPa b = 6m h = 20 m K0 = 0,5 hc =5 m

Spostamenti indotti dall’esecuzione di un pannello Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica Spostamenti indotti dall’esecuzione di un pannello Simulazione della fase di scavo con fanghi Simulazione della fase di getto del calcestruzzo hc

Effetti della realizzazione della paratia Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica s (calcolato) = 2 s (misurato) s (calcolato) = 0,5 s (misurato) 0,0001

Effetti della realizzazione della paratia Effetti della realizzazione della paratia Introduzione di una formula empirica (2006)

Effetti della realizzazione della paratia Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Stazione San Pasquale

Stazione San Pasquale planimetria profilo stratigrafico Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Stazione San Pasquale I = inclinometro planimetria profilo stratigrafico

Fasi realizzative della paratia Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Fasi realizzative della paratia Trattamenti preliminari del terreno, Cutter Soil Mixing (CSM) Esecuzioni delle murette guida Realizzazione dei pannelli, ciascuno in due fasi Scavo con fanghi bentonitici Getto del calcestruzzo

N Fasi esecutive del CSM Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Fasi esecutive del CSM N

Spostamenti indotti dall’esecuzione del CSM Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Spostamenti indotti dall’esecuzione del CSM CSM

Esecuzione Pannelli N Scavo Getto Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Esecuzione Pannelli Scavo Getto N

Spostamenti indotti dall’esecuzione dei pannelli Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Spostamenti indotti dall’esecuzione dei pannelli smax = 6 mm La formula proposta precedentemente restituisce un valore di 6 mm se si ipotizza che l’altezza critica della spinta del calcestruzzo sia pari a 5 m

Spostamenti incrementali indotti dallo scavo e dal getto dei pannelli Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Spostamenti incrementali indotti dallo scavo e dal getto dei pannelli I

Possibili cause della dispersione delle misure Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Possibili cause della dispersione delle misure •Ordine di esecuzione dei lavori. Il pannello frontale è stato eseguito successivamente ai due laterali, che insieme al CSM hanno notevolmente irrigidito il terreno •Posizione delle misura. Il pannello centrale mostra all’inclinometro una superficie inferiore rispetto a quelli laterali •Errori di misura. Per tubi inclinometrici così lunghi possono aversi errori sistematici o accidentali di misura (solo quest’ultimi fino ad un massimo di 1,7 mm per un tubo così lungo) •Differente esecuzione dei pannelli. Durante la realizzazione di tali pannelli molte sono le caratteristiche del lavoro non sempre ben controllate che però possono influenzare lo spostamento finale. Il tempo che intercorre dall’inizio dello scavo al getto, varia da 1 a 3 giorni. L’altezza del fango, oscilla di circa 1 m, anche in assenza di grossi problemi. La densità del fango e la velocità del getto del calcestruzzo, leggermente variabili, possono essere fattori importanti.

Spostamenti incrementali indotti dallo scavo e dal getto dei pannelli Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Spostamenti incrementali indotti dallo scavo e dal getto dei pannelli α=39° α=45° α dipende dalla distanza tra pannello e inclinometro e dalla superficie laterale mostrata dal pannello all’inclinometro

Analisi 3D del singolo pannello della stazione di San Pasquale Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Analisi 3D del singolo pannello della stazione di San Pasquale Sabbie superficiali (HS) -6m Sabbie (HS) -17m Piroclastiti (HS) -42m Tufo (MC)

Spostamenti causati dalla realizzazione del singolo pannello Effetti della realizzazione della paratia Il caso della stazione metropolitana di San Pasquale Spostamenti causati dalla realizzazione del singolo pannello

Paratia vincolata in testa Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia vincolata in testa Paratia vincolata in testa 23 analisi FEM parametri fatti variare: Modello costitutivo, MC o HS (c = 0 KN/m^2, ’ = 36°, ψ=0) Modellazione della realizzazione della paratia o no Altezza critica della spinta del calcestruzzo (5m-15m) K0 Analisi WIP e utilizzando MC Effetto del coefficiente di spinta a riposo (Potts e Fourie 1985) Effetto del coefficiente di spinta a riposo

Analisi WIP e utilizzando HS Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia vincolata in testa Analisi WIP e utilizzando HS Analisi simulando la realizzazione della paratia e utilizzando HS M (KN m / m) Δσ x (kPa) K0 = 0,5 K0=1

Facendo variare hc (K0 = 0,5) Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia vincolata in testa Facendo variare hc (K0 = 0,5) hc hc hc

Mohr Coulomb Hardening Soil Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia vincolata in testa Mohr Coulomb Hardening Soil

Modellando la realizzazione della paratia (2D) Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia vincolata in testa Modellando la realizzazione della paratia (2D) Il K0 è poco influente sugli spostamenti ed i momenti flettenti della paratia, ciò è dovuto al fatto che, in seguito al getto del calcestruzzo la spinta del terreno va ad equilibrarsi con quella del calcestruzzo indipendentemente da quello che era il K0 iniziale L’hc influenza spostamenti e momenti flettenti della paratia più che il K0 Gli spostamenti del terreno sono influenzati sia dal K0 che dall’ hc Si hanno diversi strumenti per valutare il K0 mentre si sa molto poco sulla hc

Paratia libera 36 analisi FEM parametri fatti variare: Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia libera Paratia libera 36 analisi FEM parametri fatti variare: Geometria (2D o 3D) Modello costitutivo (MC o HS) (c = 0 KN/m^2, ’ = 36°, ψ=0) Modellazione della realizzazione della paratia o no Presenza o no del CSM OCR

Spostamenti orizzontali (HS) (Positivi verso il terreno) Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia libera Spostamenti orizzontali (HS) (Positivi verso il terreno) Base paratia 3D 2D No CSM CSM 3D 2D WIP

Spostamenti verticali a monte della paratia Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia libera Spostamenti verticali a monte della paratia Hardening Soil Mohr Coulomb

Spostamenti verticali causati dalla realizzazione della paratia Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia libera Spostamenti verticali causati dalla realizzazione della paratia 2D + grande dominio elastico 3D + grande dominio elastico 2D e 3D + plasticizzazione da subito (Clough e O’Rourke 1990)

Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Effetti della realizzazione dello scavo principale: analisi numeriche Paratia libera Confronto tra formula empirica e analisi FEM 3D, intera paratia di pannelli a T San Pasquale (2006)

Parcheggio sotterraneo di largo Celebrano Effetti della realizzazione dello scavo principale: misure di spostamenti Largo Celebrano Parcheggio sotterraneo di largo Celebrano Fondo scavo

Misure di spostamenti indotti da scavi realizzati a Napoli Effetti della realizzazione dello scavo principale: misure di spostamenti Case histories napoletane Misure di spostamenti indotti da scavi realizzati a Napoli s = 0,1% H w = s w = 0,4 s (Clough e O’Rourke 1990) (Mana e Clough 1981) s = 0,06% H (Wang et al. 2005)

CONTRIBUTO CON NUOVE MISURE Conclusioni e sviluppi futuri CONTRIBUTO CON NUOVE MISURE Sono state eseguite misure da scavi profondi in ambiente urbano: Stazione metropolitana di San Pasquale (effetto della realizzazione della paratia) Parcheggio sotterraneo di largo Celebrano (effetto della realizzazione dello scavo principale) CONTRIBUTO ALLA COMPRENSIONE DEI MECCANISMI IN ATTO Si sono studiati alcuni fattori influenzanti la stabilità di un pannello, in particolare si è vista l’importanza della posizione della macchina operatrice e dell’effetto 3D Sono state eseguite una serie di analisi numeriche (2d e 3D) su 3 tipologie di paratie (plurivincolata, vincolata in testa, libera) per mettere in luce l’effetto del tipo di modellazione della realizzazione della paratia sul comportamento della stessa CONTRIBUTO ALLA STIMA DEGLI EFFETTI DELLA REALIZZAZIONE DELLA PARATIA E DELLO SCAVO PRINCIPALE Effetto della realizzazione della paratia: formula empirica per la stima del massimo spostamento orizzontale Effetto della realizzazione dello scavo principale: raccolta dei dati disponibili e proposta di abachi empirici per la stima degli spostamenti nei terreni del napoletano

Sviluppi prossimi venturi Conclusioni e sviluppi futuri Sviluppi prossimi venturi Esecuzioni di analisi tridimensionali della stazione di San Pasquale utilizzando un modello ipoplastico ed il codice di calcolo Abaqus (previsione di classe C/A). Verifica dell’affidabilità delle misure inclinometriche in casi simili e introduzione di correzioni. Raccolta di ulteriori misure da scavi attualmente in corso (scavo principale di San Pasquale, Arco Mirelli, stazione AV di Bologna). Verifica numerica (analisi 3D) dell’effetto forma del pannello

GRAZIE!