Ricostruzione del modello geologico di riferimento · -Slope Mass Rating (SMR) specifica per i...
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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
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
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 Scesi
Modello concettuale della frana
Calcari evaporitici
Arenarie
Argilliti
Movimenti
distensivi
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
Piezometro 0151461379 - Chiaravalle - 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 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
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