DOTTORATO DI RICERCA IN INGEGNERIA GEOTECNICA XXIII CICLO RELAZIONE SULL’ATTIVITÀ DI RICERCA DEL II ANNO Dottoranda: Tutor: Ing. Antonella Cantone Prof. Ing. Alessandro Mandolini Recente impulso alla costruzione di opere in sotterraneo in ambito urbano (nuove linee metropolitane e potenziamento di quelle esistenti, parcheggi interrati, sottoservizi) Affinamento delle tecniche di scavo, che permettono di scavare volumi di terreno maggiori e di raggiungere profondità elevate Necessità di accrescere le capacità di previsione del comportamento degli scavi: Sicurezza nei riguardi di eventuali meccanismi di collasso( stabilità delle opere di sostegno, stabilità del fondo scavo, stabilità globale); Comportamento in condizioni di esercizio degli elementi (caratteristiche della sollecitazione, movimenti delle pareti); Movimenti indotti dallo scavo nel terreno adiacente. strutturali Recente impulso alla costruzione di opere in sotterraneo in ambito urbano (nuove linee metropolitane e potenziamento di quelle esistenti, parcheggi interrati, sottoservizi) Affinamento delle tecniche di scavo, che permettono di scavare volumi di terreno maggiori e di raggiungere profondità elevate Necessità di accrescere le capacità di previsione del comportamento degli scavi: Sicurezza nei riguardi di eventuali meccanismi di collasso( stabilità delle opere di sostegno, stabilità del fondo scavo, stabilità globale); Comportamento in condizioni di esercizio degli elementi (caratteristiche della sollecitazione, movimenti delle pareti); Movimenti indotti dallo scavo nel terreno adiacente. strutturali Disponibilità di case-histories ben documentate individuazione di limiti e potenzialità dei metodi empirici ad oggi disponibili in letteratura, mediante il confronto diretto tra il comportamento previsto e quello osservato; ulteriore determinazione, attraverso analisi numeriche 2D e 3D, del ruolo che i diversi fattori in gioco (geometria dello scavo, proprietà meccaniche dei terreni attraversati, caratteristiche strutturali dell’opera di sostegno e degli eventuali vincoli, modalità e tempistica delle lavorazioni, etc.) hanno nel determinare il comportamento degli scavi; validazione di modelli costitutivi del terreno “avanzati” implementati nei programmi di calcolo numerico. Disponibilità di case-histories ben documentate individuazione di limiti e potenzialità dei metodi empirici ad oggi disponibili in letteratura, mediante il confronto diretto tra il comportamento previsto e quello osservato; ulteriore determinazione, attraverso analisi numeriche 2D e 3D, del ruolo che i diversi fattori in gioco (geometria dello scavo, proprietà meccaniche dei terreni attraversati, caratteristiche strutturali dell’opera di sostegno e degli eventuali vincoli, modalità e tempistica delle lavorazioni, etc.) hanno nel determinare il comportamento degli scavi; validazione di modelli costitutivi del terreno “avanzati” implementati nei programmi di calcolo numerico. Disponibilità di case-histories ben documentate individuazione di limiti e potenzialità dei metodi empirici ad oggi disponibili in letteratura, mediante il confronto diretto tra il comportamento previsto e quello osservato; Peck, 1969 Wang et al., 2005 Disponibilità di case-histories ben documentate individuazione di limiti e potenzialità dei metodi empirici ad oggi disponibili in letteratura, mediante il confronto diretto tra il comportamento previsto e quello osservato; ulteriore determinazione, attraverso analisi numeriche 2D e 3D, del ruolo che i diversi fattori in gioco (geometria dello scavo, proprietà meccaniche dei terreni attraversati, caratteristiche strutturali dell’opera di sostegno e degli eventuali vincoli, modalità e tempistica delle lavorazioni, etc.) hanno nel determinare il comportamento degli scavi; validazione di modelli costitutivi del terreno “avanzati” implementati nei programmi di calcolo numerico. Disponibilità di case-histories ben documentate Zdravcovic et al, 2005 analisi numeriche Disponibilità di case-histories ben documentate analisi numeriche Zdravcovic et al, 2005 CONVENZIONI DI RICERCA TRA LA S.U.N. E LE DITTE INCARICATE DEI LAVORI DI COSTRUZIONE DI SCAVI NELLA CITTA’ DI NAPOLI TRATTA BASSA DELLA LINEA 1 DELLA METROPOLITANA DI NAPOLI • STAZIONE GARIBALDI (2003) • STAZIONE MUNICIPIO (2004) • STAZIONE DUOMO (2005) FERROVIA CUMANA DELLA S.E.P.S.A. • STAZIONE MONTESANTO (2004) CONVENZIONI DI RICERCA TRA LA S.U.N. E LE DITTE INCARICATE DEI LAVORI DI COSTRUZIONE DI SCAVI NELLA CITTA’ DI NAPOLI TRATTA BASSA DELLA LINEA 1 DELLA METROPOLITANA DI NAPOLI • STAZIONE GARIBALDI (2003) • STAZIONE MUNICIPIO (2004) • STAZIONE DUOMO (2005) FERROVIA CUMANA DELLA S.E.P.S.A. • STAZIONE MONTESANTO (2004) LA LINEA 1 DELLA METROPOLITANA DI NAPOLI CHIAIANO PISCINOLA SECONDIGLIANO AEROPORTO LTOT z 40 km, n.stazioni = 25 -TRATTA PISCINOLA – VANVITELLI 9 stazioni, in esercizio dal 1998 COLLI AMINEI -TRATTA VANVITELLI – DANTE 5 stazioni, in esercizio dal 2002 CENTRO DIREZIONALE DANTE GARIBALDI CILEA VANVITELLI -TRATTA DANTE - GARIBALDI 5 stazioni, in costruzione -TRATTA GARIBALDI – PISCINOLA 6 stazioni, in progetto LA TRATTA BASSA DELLA LINEA 1 PROFILO GEOLOGICO NTE 728.10 TOLEDO MUNICIPIO TOLEDO 728.10 600.00 MUNICIPIO 600.00 518.80 UNIVERSITA' UNIVERSITA’ 518.80 692.70 DUOMO DUOMO 692.70 871.50 GARIBALDI GARIBALDI 871.50 420.20 LIVELLO DI FALDA CENERI POZZOLANE RIMANEGGIATE POZZO ATTACCO GALLERIE 1.20 RIPORTI POZZOLANE IN SEDE DEP. FLUVIO PALUSTRI -16.90 -22.00 -25.60 -27.30 -26.50 TUFO GIALLO NAPOLETANO LEGENDA Materiali di riporto antropico costituiti da: Pozzolana humificata, di solito di modesto spessore. LA TRATTA BASSA DELLA LINEA 1 PROFILO GEOLOGICO NTE 728.10 TOLEDO MUNICIPIO TOLEDO 728.10 600.00 MUNICIPIO 600.00 518.80 UNIVERSITA' UNIVERSITA’ 518.80 692.70 GARIBALDI DUOMO DUOMO GARIBALDI 871.50 420.20 692.70 871.50 LIVELLO DI FALDA CENERI POZZOLANE RIMANEGGIATE POZZO ATTACCO GALLERIE 1.20 RIPORTI POZZOLANE IN SEDE DEP. FLUVIO PALUSTRI -16.90 -22.00 -25.60 -26.50 -27.30 TUFO GIALLO NAPOLETANO LEGENDA Materiali di riporto antropico costituiti da: MATERIALE DI -frammenti lapidei di varia natura in scarsa matrice sabbio-limosa -piroclastiti rimaneggiate con inclusi frammenti lapidei RIPORTO -resti di murature, talora con vuoti Depositi di spiaggia e fluvio-palustri Pozzolana humificata, di solito di modesto spessore. POZZOLANE Alternanze generalmente regolari di: ceneri, pomici, lapilli, pozzolane talora humificate costituenti i c’ prodotti dell'ultimo periodo di attivita' flegrea [kPa] (III Periodo Flegreo: 10.000 - 3.000 anni dal presente) k [cm/s] E [MPa] TUFO GIALLO Pozzolane rimaneggiate: da sabbie con limo debolmente ghiaiose a limo con sabbia, a granulometria uniforme spesso intercalate a piroclastiti rimaneggiate. 3] I secondi, tra via Depretis e piazza Garibaldi passano da francamente palustri gsat [kN/m 20-22 con occasionali lenti limose e torbose a fluviali con alternanze irregolari di sabbie e piroclastiti rimaneggiate. Variabilita' elevata. > 30 POZZOLANE IN RIMANEGGIATE MARINI SEDE NAPOLETANO a struttura indistinta, spesso con intercalazioni lentiformi di sabbie, pomici, lapilli. Variabilita' sensibile. 3] gd [kN/m 19-20 11 I primi, prevalenti tra via Verdi e piazza G.Bovio, sono costituiti da sabbie grosse j’ [°] DEPOSITI 16appartenenti alla formazione 12 del "tufo giallo napoletano" 11-12 (II Periodo Pozzolane in sede, Flegreo: 12.000 anni dal presente) rappresentano l'equivalente non cementato. Variabilita' modesta. 19 17 16-17 17 33-34 Tufo giallo napoletano, nell'insieme omogeneo, di solito ricoperto per spessori modesti da "cappellaccio38 meno compatto e piu' fratturato. 38 27-28 ANDAMENTO DELLA FALDA 800-1000 N.B. PER LA DESCRIZIONE DI DETTAGLIO DELLE SINGOLE VERTICALI SI CONSULTINO LE -5 STRATIGRAFIE DEI SONDAGGI -5 -6 -3 -5 -4 -5 10-3 - 10 10 - 10 10 - 10 10 – 10 1500-2000 PROBLEMI GEOTECNICI RELATIVI AI POZZI scavi profondi (35 ÷ 50 m) ed estesi in pianta (~1000 m2) in ambiente fortemente urbanizzato in depositi di terreni incoerenti sotto falda di notevole spessore (> 25 m) SOLUZIONI PROGETTUALI ADOTTATE pannelli in c.a. realizzati con idrofresa; L =2,5 m, s = 1,0 m PROBLEMI GEOTECNICI RELATIVI AI POZZI scavi profondi (35 ÷ 50 m) ed estesi in pianta (~1000 m2) in ambiente fortemente urbanizzato in depositi di terreni incoerenti sotto falda di notevole spessore (> 25 m) SOLUZIONI PROGETTUALI ADOTTATE pannelli in c.a. realizzati con idrofresa; L =2,5 m, s = 1,0 m uno o più livelli di puntoni in acciaio e da 3 a 6 livelli di ancoraggi pretesi (1 MN circa) PROBLEMI GEOTECNICI RELATIVI AI POZZI scavi profondi (35 ÷ 50 m) ed estesi in pianta (~1000 m2) in ambiente fortemente urbanizzato in depositi di terreni incoerenti sotto falda di notevole spessore (> 25 m) SOLUZIONI PROGETTUALI ADOTTATE pannelli in c.a. realizzati con idrofresa; L =2,5 m, s = 1,0 m uno o più livelli di puntoni in acciaio e da 3 a 6 livelli di ancoraggi pretesi (1 MN circa) a bulbo iniettato top-down (nel caso della stazione GARIBALDI) PIANI DI MISURE E CONTROLLI IMPLEMENTATI DURANTE L’APPROFONDIMENTO DEI POZZI STAZIONE GRANDEZZE SOTTO OSSERVAZIONE STRUMENTI livello della falda idrica piezometri stato di sforzo negli ancoraggi e nei puntoni celle di carico spostamenti dei diaframmi perimetrali inclinometri e tecniche topografiche variazioni termiche sensori di temperatura spostamenti delle strutture adiacenti tecniche topografiche QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO Muro della Funicolare R2 R1 Cap. 8 Cap. 10 Cap. 9 Cap. 7 Cap. 3 bis Cap. 4 Cap. 5 Cap. 6 Cap. 11 Cap. 3 Cap. 2 V1 R3 Cap. 1 TUNNEL IN COSTRUZIONE E.L. P R(est.) R(est.) B7 A7 B6 A6 B5 A5 SEZ.A SEZ.B SEZ.C C6 B4 A4 B3 A3 A2 V2 R(int.) A UMAN R(int.) ALLERIA C G B1 B2 SEZ.D C7 C5 A EGRE UMFL B CIRC E T IA E R R E A E.L. P GALL R(int.) C1 C2 C3 C4 SEZ.E R(est.) D7 SEZ.F R(est.) D6 A D1 D2 D3 D4 D5 ARETE STAZIONE MONTESANTO V3 R2 V4 TE C P4 ARE E.L. P P2 P1 R3 R(int.) R1 A1 ARETE E.L. P P3 Gradini Paradiso D Capisaldi di lettura Miniprismi ottici Elettrolivelle orizzontali Capisaldi di riferimento Velocimetri Elettrolivelle verticali 185 PUNTI DI CONTROLLO Stazione Montesanto QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO Stazione Garibaldi QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO Stazione Duomo QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO Stazione Municipio QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO GRANDEZZE SOTTO OSSERVAZIONE STRUMENTI livello della falda idrica piezometri stato di sforzo negli ancoraggi e nei puntoni celle di carico spostamenti dei diaframmi perimetrali inclinometri e tecniche topografiche variazioni termiche sensori di temperatura spostamenti delle strutture adiacenti tecniche topografiche QUALITA’ DEI DATI DI MONITORAGGIO 40 40 30 20 10 12,50 7,50 7,50 10/12/2002 45 2,50 2,50 17/06/2003 40 -2,50 -2,50 22/08/2003 35 30/09/2003 30 17/02/2004 quota [m s.l.m.] 30/09/2003 18/11/2003 0 12,50 -7,50 -7,50 -12,50 -12,50 -17,50 -17,50 -22,50 -22,50 30/03/2004 18/11/2003 17/02/2004 30/03/2004 31/08/2004 P1A - (z = 6,5 m s.l.m.) P2A P3A P4A P1B P1D - (z P2B P3B = -7,3 m s.l.m.) P4B P1C P1A P3C P4C = -11,5 m s.l.m.) P1D P1E - (z P2D P3D P4D P1E P4E 20 P2E P3E P1F - (z = 16,0 m s.l.m.) P1F P2F P3F 15 P1G P4G 25 31/08/2004 P2C P2G P3G P1G - (z = -21,0 m s.l.m.) P4F 10 -27,50 -27,50 PARETE NORD-EST (Lato Università) 05/10/2004 05/10/2004 -32,50 -32,50 Garibaldi 03/11/2004 -37,50 5 03/11/2004 -37,50 0 giu-03ago-03ott-03dic-03feb-04apr-04giu-04ago-04ott-04dic-04feb-05apr-05giu-05ago-05ott-05dic-05feb-06 PARETE SUD-OVEST (Lato Toledo) 45 0 40 5 16/04/2008 10 35 23/04/2008 15 30 S [mm] z [m] 20 25 30 35 25 20 P7A P8A 6,5 m s.l.m.) P7B P8B 1,9 m s.l.m.) P7C P8C P9A P3C - (z = -2,5 P6D P7Dm s.l.m.) P8D P9D P6E P7Em s.l.m.) P8E P3D - (z = -7,3 P9E P6F P7F P8F P3E - (z = -11,5 m s.l.m.) P9F P6G P7G P8G P3F - (z = -16,0 m s.l.m.) P9G P6A P3A - (z = P6B P3B - (z = P6C 15 P3G - (z = -21,0 m s.l.m.) 40 10 45 5 50 0 1 2 3 4 5 u [mm] Inclinometro Duomo 0 P9B P9C S [mm] 22/08/2003 Municipio e Duomo u [mm] - S2 30 S [mm] 17/06/2003 20 quota [m s.l.m.] 10/12/2002 10 S [mm] u [mm] - S1 0 CRONOLOGIA DEGLI SCAVI STAZIONE INSTALLAZIONE PANNELLI INIZIO SCAVO FINE SCAVO GARIBALDI Ottobre 2002 Dicembre 2002 Ottobre 2004 MUNICIPIO Luglio 2003 Agosto 2003 Gennaio 2006 DUOMO Luglio 2003 Dicembre 2002 Settembre 2008 Ritrovamenti archeologici di Piazza N.Amore V-IV secolo a.C. IV secolo a.C. V-IV secolo a.C. Soluzioni per il passaggio della TBM 8.95 7.90 2.25 8.25 8.25 2.25 -0.45 -0.45 7.20 14.20 7.20 9.75 9.75 -16.00 -30.55 10.00 FASE 1 FASE 2 FASE 3 3.32 -30.55 10.00 FASE 4 FASE 5 x/h 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 wmax/h Confronto tra spostamenti misurati e spostamenti prevedibili con i “classici” metodi empirici 1,0 San Francisco Chicago Oslo Garibaldi Lato CDN Garibaldi Lato DUOMO Duomo Lato Università Duomo Lato Garibaldi Municipio Lato Università dV = dH 0,5 0,0 dV = 0,5 dH 0,0 0,0 0,5 1,0 d max/h 0,5 Mana e Clough, 1981 Garibaldi Lato DUOMO Garibaldi Lato CDN 220 Duomo Lato Garibaldi 200 Municipio Lato Università 180 Garibaldi Lato CDN 160 Duomo Lato Garibaldi 140 Municipio Lato Università 1,0 Peck, 1969 wmax [mm] w/h [%] Peck, 1969 Clough & O'Rourke , 1990 diaframmi in c.a. wmax /H= 0,5% 120 100 80 wmax /H= 0,15% 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 H [m] Clough e O’Rourke, 1990 45 Back analyses dei comportamenti osservati. Stazione Municipio PARETE NORD-EST (Lato Università) 35 S [mm] 30 25 20 15 P3A P4A P1B P2B P3B P4B P10B P1C P2C P3C P4C P10C P1D P2D P3D P4D P10D P1E P2E P3E P4E P10E P1F P2F P3F P4F P10F P1G P2G P3G P4G P10G PARETE SUD-OVEST (Lato Toledo)45 P1A - (z = 6,5 m s.l.m.) P6A 40 P7A P8A P9A P2B - (z = 1,9 m s.l.m.) P7B P8B P9B 30 P2C - (z = -2,5 m s.l.m.) P1D - (z = -7,3 m s.l.m.) P6B P1E - (z = -11,5 m s.l.m.) P6C P1F - (z = 16,0 m s.l.m.) P6D P1G - (z = -21,0 m s.l.m.) P7C P8C P7D P8D 35 25 P9C 15 P6E P7E P8E P9E 5 P6F P7F P8F P9F 5 0 P6G P7G P8G 0 P9G 10 giu-03ago-03ott-03dic-03feb-04apr-04giu-04ago-04ott-04dic-04feb-05apr-05giu-05ago-05ott-05dic-05feb-06 10 35 30 25 20 15 40 P3B - (z = 1,9 m s.l.m.) 35 P3C - (z = -2,5 m s.l.m.) 30 P3D - (z = -7,3 m s.l.m.) P3E - (z = -11,5 m s.l.m.) P3F - (z = -16,0 m s.l.m.) P3G - (z = -21,0 m s.l.m.) P5B 5 P5C P2D - ( z = -7,3 m s.l.m.) P2E - (z = -11,5 m s.l.m) P5E P2G - (z = -21,0 m s.l.m.) 25 20 15 10 10 5 5 0 0 P4A - (z = 6,5 m s.l.m.) P4B - (z = 1,9 m s.l.m.) P4C - (z = -2,5 m s.l.m.) P4D - (z = -7,3 m s.l.m.) P4E - (z = -11,5 m s.l.m.) P4F - (z = -16,0 m s.l.m.) P4G - ( z = -21,0 m s.l.m.) Avanzamento scavo P5D 0 P2F - (z = -16,0 m s.l.m.) 45 P3A - (z = 6,5 m s.l.m.) S [mm] 40 10 giu-03ago-03ott-03dic-03feb-04apr-04giu-04ago-04ott-04dic-04feb-05apr-05giu-05ago-05ott-05dic-05feb-06 45 S [mm] 20 P9D PARETE SUD-EST P2A - (z = 6,5 m s.l.m.) z [m s.l.m.] 40 P2A S [mm] 45 PARETE NORD-OVEST P1A -5 P5F -10P5G 31gen 05 -15 -20 30 set 05 -25 -30 23 gen 06 -35 lug-03 gen-04 ago-04 feb-05 set-05 apr-06 Back analyses dei comportamenti osservati. Stazione Municipio Caratterizzazione geotecnica TAR 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 q c [kg/cm2], NSPT CAM PAN IA 4 -2 -4 CCA AZO GGIO TO 0 TETTO DELLE SABBIE CPT U3 STO 2 CPT U4 CPT U5 CPT U6 -10 z [m s.l.m.] -12 TA' RSI VE UNI NSPT U4 NSPT U6 TETTO DEL TUFO -14 -16 •materiale di riporto •pozzolane rimaneggiate •depositi marini (sabbie con limo) •pozzolane in sede (spessori modesti) •tufo giallo napoletano ANU ELE III -8 NSPT U3 VIA V. E M -6 EDO TOL Back analyses dei comportamenti osservati. Stazione Municipio Modello geometrico 200 m Geometria del pozzo HS = 38 m; B = 25,4 m; L = 48,2 m HP = 42 m; s = 1 m; L = 2,5 ÷ 2,8 m Geometria degli ancoraggi 100 m LL = 6 ÷ 10 m; LC = 6 ÷ 9 m; α = 0 ÷ 20° PARATIA EA [kN] PUNTONI TIRANTI TIRANTI T6 T8 3,10E+07 5,34E+06 2,30E+05 3,06E+05 EI [kN/mq] 2,58E+06 i [m] MATERIALE DI RIPORTO SABBIE TUFO GIALLO NAPOLETANO gd [kN/m3] 20 12 11-12 gsat [kN/m3] 22 17 16-17 j’ [°] 30 38 27-28 c’ [kPa] 1 1 800-1000 k [cm/s] 10-4 10-4 10-5 E [MPa] 250 250 1500 5 1,3 1,3 Back analyses dei comportamenti osservati. Stazione Municipio Risultati LATO UNIVERSITA' 0 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -20 -25 -25 -30 -30 -35 -35 Du (plx MC) Du (plx MC) -40 -40 Du (mis, medio) Du (mis, medio) -45 -45 -0,01 0,00 0,01 u [m] 0,02 0,03 -0,03 -0,02 -0,01 u [m] 0,00 0,01 z [m] z [m] LATO TOLEDO Back analyses dei comportamenti osservati. Stazione Municipio Risultati LATO UNIVERSITA' 0 0 -5 -5 -10 -10 -15 -15 -20 -20 -25 -25 -30 -30 z [m] z [m] LATO TOLEDO -35 -35 Du (plx MC) Du (plx MC) -40 -40 Du (mis, medio) Du (mis, medio) -45 -45 -0,010 0,000 0,010 u [m] 0,020 0,030 -0,030 -0,020 -0,010 u [m] 0,000 0,010 ATTIVITA’ PREVISTE PER IL III ANNO Proseguire nella raccolta di case histories Perfezionare le analisi numeriche 2D fin qui svolte (scelta dei parametri e dei modelli, etc.) Estendere le analisi agli spostamenti subiti dagli edifici adiacenti agli scavi Implementare analisi numeriche 3D