monitoraggio edanalisi numericadel comportamento di

Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 2004 - IARG 2004
Trento, 7-9 luglio 2004
MONITORAGGIO ED ANALISI NUMERICA DEL
COMPORTAMENTO DI UNA PARATIA BERLINESE IN
ROCCIA
Francesco Colleselli, Alessandra Nocilla e Alex Sanzeni
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Brescia
e-mail: [email protected]
Sommario
In questa nota viene descritto lo studio del comportamento di una paratia tipo “berlinese” in micropali
intirantati in più ordini, realizzata a sostegno di un grande scavo (altezza fino a 20m su un fronte di
150m) nel Flysch triestino, inserita in pieno contesto urbano. Durante la costruzione è stato predisposto
un monitoraggio mediante inclinometri, celle di carico e capisaldi posti in sommità del paramento. Si
propone un’analisi numerica a posteriori del comportamento dell’opera, utilizzando il codice di calcolo
Plaxis, i cui risultati vengono confrontati con le misure del monitoraggio e le previsioni in fase di
progetto.
Introduzione
L’opera oggetto di studio è stata realizzata nel 2000 in un’area fortemente antropizzata, lungo
un pendio naturale (pendenza di 20°÷25°), e costituisce la struttura provvisionale di sostegno
per la costruzione di un nuovo centro commerciale nella città di Trieste. Lo scavo ha
interessato un fronte di 150m, con un’altezza massima di circa 20m (figure 1 e 2).
La caratterizzazione geologica e geotecnica ha evidenziato la presenza di un substrato
roccioso costituito dalla formazione marnoso-arenacea, il Flysch di Trieste, che si incontra ad
una profondità media di circa 7m da piano campagna, alterato e degradato nella parte più
superficiale (“crostello”). La formazione è ricoperta da limi e argille sabbiose di colore
marrone, al cui interno sono presenti molti trovanti arenacei, e da uno strato di riporto
superficiale, costituito da materiali eterogenei in matrice limosa e sabbiosa di spessore
variabile tra 1m e 2m. Dal punto di vista idrologico è stato possibile osservare la parziale
saturazione dello strato di copertura in occasione di eventi meteorici, essendo il substrato
marnoso-arenaceo caratterizzato da una permeabilità molto bassa.
La paratia è stata realizzata mediante micropali di diametro 200mm, lunghezza media di circa
22,5m ed interasse di circa 60cm, dotati di armatura tubolare in acciaio, collegati in testa da
un cordolo di irrigidimento in c.a. e vincolati da ordini successivi di tiranti attivi con tensioni
di esercizio variabili con valori massimi fino a 75t. Come già accennato, la paratia è un opera
provvisionale; la struttura definitiva è costituita da un paramento in c.a. a ridosso della
paratia, dotato di costoloni a rigidezza variabile (figure 1 e 2).
In fase di progetto lo stato di sollecitazione e deformazione è stato calcolato con un’analisi
numerica agli elementi finiti, in cui il terreno è stato schematizzato mediante un insieme di
molle di tipo elasto-plastico. I parametri di resistenza al taglio sono stati determinati sulla
base di prove in situ e in laboratorio, tenendo anche conto di esperienze precedenti (F.
Colleselli, Nocilla e Sanzeni
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Colleselli e G. Cortellazzo, 1989): strato di copertura (φ′ = 25°÷33° e c′ = 0÷60kPa);
substrato roccioso (φ′ = 35° e c′ = 150kPa).
Considerate l’importanza, le dimensioni ed il difficile contesto in cui si colloca, l’opera è stata
monitorata con l’installazione di inclinometri, di capisaldi in sommità della paratia e celle di
carico nelle teste dei tiranti (figura 3). La fase di monitoraggio si è protratta dal settembre
2000 all’aprile 2002.
Figure 1 e 2.Fotografie del cantiere.
Figura 3. Posizionamento inclinometri e celle di carico.
L’analisi numerica
È stata eseguita un’analisi numerica con il metodo degli elementi finiti mediante il codice di
calcolo Plaxis. Il programma consente la modellazione e l’analisi in stato di sforzo piano
permettendo la riproduzione del comportamento dell’intero sistema terreno-struttura in
corrispondenza delle sezioni di maggior rilievo progettuale.
Il codice di calcolo implementa svariate leggi costitutive che permettono di modellare il
comportamento tensio-deformativo non lineare del terreno a livelli di complessità
progressivamente crescente. Per l’analisi dell’opera oggetto di questo studio si è scelto di
adottare il modello Mohr-Coulomb.
La mesh è stata realizzata facendo riferimento alla geometria della sezione A-A del rilievo
plano-altimetrico di progetto in corrispondenza della quale sono installati sei ordini di tiranti e
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l’altezza di scavo è di circa 18,5m. Nella stessa sezione è stata considerata la presenza
dell’edificio di sei piani fuori terra, pochi metri a monte della paratia. Il versante (figure 4 e 5)
è stato schematizzato mediante elementi triangolari a sei nodi, mentre per la paratia sono stati
utilizzati elementi beam. I tiranti sono rappresentati da elementi anchor ed i bulbi di
ancoraggio da elementi geotextile.
Figure 4 e 5. Mesh di calcolo prima dello scavo e mesh deformata a fine scavo (deformazioni amplificate 500
volte)
Conclusioni
Il confronto tra i risultati ottenuti dalla simulazione con il Plaxis ed i valori del monitoraggio e
quelli di progetto è stato eseguito in termini di spostamenti orizzontali, sollecitazioni agenti
sulla paratia e sforzo nei tiranti.
Dai primi risultati preliminari si è osservato che la trazione massima nei tiranti di ancoraggio
calcolata da Plaxis è molto simile a quella misurata dalle celle di carico; lo sforzo massimo
stimato in fase di progetto risulta superiore a quello misurato. I momenti flettenti misurati nel
progetto si discostano poco da quelli determinati con Plaxis.
Per quanto riguarda gli spostamenti orizzontali, i risultati delle simulazioni con Plaxis trovano
buon riscontro nei valori misurati dagli inclinometri in ogni fase di scavo, mentre gli
spostamenti stimati in fase di progetto se ne discostano significativamente (figura 6).
I risultati delle simulazioni eseguite con il Plaxis hanno dimostrato la capacità del programma
di cogliere bene le sollecitazioni e gli spostamenti del manufatto studiato. Inoltre, la
possibilità di modellare l’intero versante permette uno studio completo del comportamento
del terreno nell’intorno all’opera. L’analisi condotta in fase di progetto, eseguita con la
modellazione del versante tramite molle elastoplastiche, risulta più limitata (studio del
comportamento del terreno nell’intorno dell’opera a causa della presenza di edifici) e non
altrettanto valida nel prevedere gli spostamenti dell’opera stessa. L’impiego di una legge
costitutiva come il modello Mohr-Coulomb costituisce una prima approssimazione del
comportamento reale dei terreni. Il Plaxis consente di eseguire analisi più raffinate utilizzando
ad esempio un modello di terreno elasto-plastico incrudente con la necessità, tuttavia, di
disporre di un numero maggiore di parametri.
Colleselli, Nocilla e Sanzeni
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FASE 1
-2
5
10
-15
-10
-5
0
P R O F O N D IT A ' [m ]
P R O F O N D IT A ' [m ]
-10
-12
0
-12
-18
-20
-16
-18
FASE 5
0
-10
-12
-18
0
-15
-10
-16
FASE 4
10
QUOTA SCAVO
-8
-14
-20
SPOSTAMENTI [mm]
5
-5
-20
SPOSTAMENTI [mm]
FASE 6
0
0
5
10
-15
-10
-5
0
-2
-4
-4
-4
-6
-6
-6
-10
QUOTA SCAVO
-12
P R O F O N D IT A ' [m ]
-2
-8
-8
-10
-12
-8
-12
-16
-16
-16
-18
-18
-18
-20
SPOSTAMENTI [mm]
10
-10
-14
-20
5
-2
-14
SPOSTAMENTI [mm]
10
-6
-14
SPOSTAMENTI [mm]
0
5
-4
-10
inclinometro
P R O F O N D IT A ' [m ]
-5
-2
-8
-14
-5
-10
-6
-8
-10
-15
QUOTA SCAVO
-16
-15
10
-4
-6
progetto
5
-2
QUOTA SCAVO
-4
plaxis
0
0
0
PR O FO N D ITA ' [m ]
-5
P R O F O N D IT A ' [m ]
-10
FASE 3
FASE 2
0
-15
QUOTA SCAVO
-14
QUOTA SCAVO
-20
SPOSTAMENTI [mm]
Figura 6. Spostamenti orizzontali per ciascuna delle fasi di scavo: confronta tra i risultati dell’analisi con i valori
misurati e con quelli di progetto.
Bibliografia
AA. VV.; “Plaxis, finite element code for soil and rock analyses”; A.A. Balchema / Rotterdam /
Brookfield; 1998.
G.W. Clough, T.D.O’Rourke (1990); “Construction induced movements of in situ walls”; Proc. of
design and performance of earth retaining structure, Geotech. Special pubbl. N. 25, Ithaca.
F. Colleselli, G. Cortellazzo; “I problemi di interazione statica e le modalità di approccio al problema
costruttivo”; Università di Padova, Facoltà di Ingegneria.
F. Colleselli, G. Cortellazzo; “Prove di carico su pali di piccolo diametro”; Atti del XVII Convegno
Nazionale di Geotecnica, Taormina, Aprile 1989, pp. 107-113.
G. Cortellazzo (1992); “Influenza di modalità costruttive e parametri geotecnici sulle paratie ancorate”;
Rivista italiana di geotecnica, n. 1.
M. Long; “Database for retaining wall and ground movements due to deep excavations”; Journal of
geotechnical and geoevironmental engineering, March 2001.
B. Simpson (1992); “Retaining structures: displacement and design”; 32nd Rankine Lecture,
Geotechnique 42, n.4.
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