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Diapositiva 1 - A.Di.S.
ASSOCIAZIONE NAZIONALE DIFESA DEL SUOLO Giornata di Studio 2005 DIFESA DEL SUOLO Esperienze a confronto Santo Stefano di Sessanio (AQ) Lectur Hall Sextantio, 2 dicembre 2005 Ing. Maurizio De Vincenzi PROBLEMATICHE RELATIVE ALLA SISTEMAZIONE DI UN’AREA IN FRANA CON SISTEMI DRENANTI I SISTEMI DRENANTI GENERALITA’ TRINCEE TRINCEE DRENANTI DRENANTI EFFICIENZA EFFICIENZA IDRAULICA IDRAULICA CASO CASO PRATICO PRATICO I SISTEMI DRENANTI GENERALITA’ COSTITUZIONE TIPOLOGIA • • • • INSIEME DI FORI POZZI TRINCEE GALLERIE • A GRAVITA’ p = pa • SOTTO VUOTO (wellpoints) EFFICACIA p < pa NO QUANTITÀ DI ACQUA ALLONTANATA VARIAZIONI DEL REGIME DELLE PRESSIONI INTERSTIZIALI SI I SISTEMI DRENANTI TRINCEE DRENANTI UTILIZZO STABILIZZAZIONE DI FRANE SUPERFICIALI TRASLAZIONALI IN TERRENI A GRANA FINE GEOMETRIA • RETTANGOLARE • TRAPEZIA • PARALLELE PENDIO ESECUZIONE TRINCEE FUNZIONE DRENANTE u=0 • DAL PUNTO PIÙ BASSO DELL’AREA DA STABILIZZARE TERRENO DI RIEMPIMENTO TERRENO A GRANA GROSSA GHIAIA E SABBIA DI GRANULOMETRIA ADEGUATA I SISTEMI DRENANTI TRINCEE DRENANTI MATERIALI DRENANTI NO INTASAMENTO • MATERIALI FINI • MATERIALI A GRANA GROSSA • GHIAIA • PEZZAME DI PIETRA RIVESTIMENTO IN GEOTESSILE • SCARTI DI MATERIALI DI CAVA DI ROCCE GHIAIA E SABBIA REGOLA DEI FILTRI SENZA RIVESTIMENTO IN GEOTESSILE d15 d85 5d15 < D15 < 5d85 D85 > 2a, dimensione corrispondente all’ 85%, in dimensione corrispondente al 15%, in peso, di passante nella curva peso, di passante nella curva granulometrica delda terreno da drenare granulometrica del terreno drenare I SISTEMI DRENANTI TRINCEE DRENANTI PROTEZIONE SUPERIORE ARGILLA IMPEDISCE • INFILTRAZIONE DIRETTA DELLE ACQUE SUPERFICIALI •TRASPORTO DI MATERIALE FINO • COSTIPATA • SPESSORE 0.5 - 1.00 ml • LARGHEZZA NON INFERIORE A QUELLA DELLA TRINCEA CONTROLLI IN SITO DEL FUNZIONAMENTO DELLE TRINCEE DRENANTI E in condizioni di regime, la riduzione delle pressioni interstiziali varia lungo la sezione longitudinale del pendio, raggiungendo il suo valore massimo ad una distanza dalla testa delle trincee pari a 3.5 S, dove S rappresenta l’interasse delle trincee. • specialmente verso monte, le trincee devono essere estese all’esterno della zona da stabilizzare per un tratto compreso tra 3 e 4 volte il loro interasse. • in testa all’area da stabilizzare, le trincee possono essere realizzate a forma di Y o di T, al fine di incrementare la capacità drenante. I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA CONDIZIONI STABILITA’ PENDIO c’ coesione drenata φ’ angolo di attrito efficace γ peso specifico τf resistenza al taglio τ tensione tangenziale σ tensione normale u pressione interstiziale Rapporto tra la resistenza a taglio disponibile sulla superficie di scorrimento e le tensioni tangenziali agenti su di essa. τf/τ = [c’+( σ- u) tgφ’]/τ STABILITA’ PENDIO IN FRANA • Riduzione sforzi tangenziali agenti sulla superficie di scorrimento. • Incremento resistenza a taglio MOTO DI FILTRAZIONE • Riduzione u • Aumento σ SISTEMA DRENAGGIO annullamento pressioni interstiziali sul nuovo contorno costituito dall’interfaccia tra il sistema ed il terreno. I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA PROGETTO DI UN INTERVENTO DI DRENAGGIO MODELLAZIONE • letteratura DIFFICOLTA’ E INCERTEZZE • regime delle piogge • livelli di infiltrazione • superfici di discontinuità • disomogeneità dei terreni nei confronti della permeabilità • anisotropia dei terreni nei confronti della permeabilità. Drenaggi a gravità per la stabilizzazione dei pendii di A. Desideri – S. Miliziano – S. Rampello; Analisi dei moti di filtrazione indotti dall’esecuzione di scavi e trincee di A. Burghignoli - A. Desideri; Efficienza dei drenaggi di A. Burghignoli - A. Desideri; Analisi del processo di consolidazione indotta da un sistema di trinceee drenanti di C. Di Maio – P. Santagata – C. Viggiani; ecc … • ipotesi semplificative base di partenza per lo sviluppo di una progettazione razionale I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA CASO DI UN INTERVENTO DI DRENAGGIO SU UN PENDIO INDEFINITO HP: a b c Z Zw • pendio indefinito • moto di filtrazione stazionario • flusso monodimensionale parallelo al piano campagna Piano di campagna Pelo libero falda Piano scorrimento Profondità c rispetto ad a Profondità b rispetto ad a σ Proiezione pendio rispetto orizzontale Tensione normale su c τ Tensione tangenziale su c u Pressione interstiziale β I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA CASO DI UN INTERVENTO DI DRENAGGIO SU UN PENDIO INDEFINITO COEFFICIENTE DI SICUREZZA F SUL PIANO C F = τf/τ = [c’+( σ- u) tgφ’]/τ u < uo (Δu = u - uo) HP: Riduzione di u ΔF = -Δu tgφ’/γ z senβ cosβ MASSIMO DI F u=0 Δu τ max = - uo ΔFMAX = u0 tgφ’/γ z senβ cosβ EFFICIENZA EFFICIENZA IDRAULICA IDRAULICA PUNTUALE PUNTUALE E E DI DI UN UN DRENAGGIO DRENAGGIO “rapporto tra riduzione delle pressioni interstiziali conseguita nel punto in esame (-Δu) e la massima riduzione ottenibile (-Δu max = uo) “ E = -Δu/uo = (uo – u)/uo = 1 - u/uo u nel tempo Riduzione fino a regime E(t) = uo – u(t)/uo I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA CASO DI UN INTERVENTO DI DRENAGGIO SU UN PENDIO INDEFINITO CALCOLO VALORE MEDIO DI E Emed(t) = ∫s [uo – u (t)] ds / ∫s uo ds Emed(t) = E(t) = uo – u(t)/uo = ΔF(t)/ ΔF max in presenza di una riduzione costante delle pressioni interstiziali sul piano c Si dimostra che Emed(t) = ΔF(t)/ ΔF Per pendii omogenei φ’ = cost max ΔF(t) = Emed(t) * ΔF max I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA INTERVENTO DI DRENAGGIO SU UN TERRENO REALE se l’apporto di acqua in superficie ha una portata media inferiore alla permeabilità verticale del terreno (kv) la realizzazione di un sistema di drenaggio provoca un moto di filtrazione in regime vario con un abbasamento della superficie libera. • L’acqua contennuta nel terreno viene solo parzialmente drenata • al di sopra della superficie libera il terreno resta in condizioni di parziale saturazione (0 < Sr < 1) VOLUME DI ACQUA CHE FUORIESCE In una sabbia ideale In una argilla ideale CONDIZIONI DI REGIME ne = n(1 - Sr) POROSITA’ EFFICACE ne = n ne = 0 •geometria del problema •apporto acqua in superficie •permeabilità del terreno I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI HP trincee: • sono disposte secondo le linee di massima pendenza del pendio • sono parallele • hanno sezione rettangolare •hanno uno sviluppo longitudinale L molto > dell’interasse S (flusso bidimension • piano campagna orizzontale •condizioni iniziali idrostatiche • superficie libera della falda coincidente con il piano campagna •strato di terreno, sede del processo di drenaggio, omogeneo • strato di terreno, sede del processo di drenaggio, isotropo • strato di terreno, sede del processo di drenaggio, limitato inferiormente da una formazione impermeabile posta ad una profondità H = n Ho. a b c H0 Piano di campagna Piano valutazione efficienza idraulica Piano formazione impermeabile Altezza trincee drenanti D B Larghezza trincee drenanti S Interasse tra due trincee H Profondità a da c Profondità a dal piano valutazione efficienza I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI l’efficienza idraulica a regime dipende dai rapporti S/Ho, B/Ho e H/Ho S/Ho Variabile da 1 a 6 D/Ho D/Ho D/Ho D/Ho = = = = 0.50; 1.00; 1.50; 2.00. I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI B/Ho = cost =0.16 n = H/Ho n>4 n n n n = = = = H/Ho H/Ho H/Ho H/Ho = = = = 1.00; 1.50; 2.50; 4.00. trincee che interessano tutto lo strato di terreno in cui avviene il processo di drenaggio i risultati nell’intorno delle trincee non differiscono apprezzabilmente tra loro I risultati si riferiscono ad un terreno a permeabilità isotropa (kh = kv) Terreno a permeabilità anisotropa trasformazione di scala, a meno di un modesto errore indotto dalla larghezza B della trincea che non è influenzata dalla variazione di scala interasse fittizio S* S*/Ho = S/Ho (kv/kh)1/2 I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI L’EVOLUZIONE TEMPORALE DEL FENOMENO risultati in funziona di una grandezza adimensionale: il fattore tempo T T = (kv/γwHo2)[(E’t/2(1+ν’)(1-2ν’)] E’, ν’ costanti elastiche del mezzo I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE DRENANTI T50 e T90 fattori tempo necessari a raggiungere una efficienza idraulica pari al 50% ed al 90% di quella finale. I SISTEMI DRENANTI EFFICIENZA IDRAULICA EFFICIENZA IDRAULICA DI UN SISTEMA DI TRINCEE CONCLUSIONI DRENANTI l’efficienza idraulica media : • si riduce sensibilmente all’aumentare del rapporto S/Ho • sui piani posti al disotto delle trincee è sensibilmente minore di quella che si raggiunge nei piani che attraversano le trincee • i valori di efficienza che si ottengono per 1.5<D/Ho< 2.0 (zone al disotto delle trincee) sono circa la metà di quelli corrispondenti a 0.5<D/Ho< 1.0 (zone attraversate dalle trincee) • per valori di n > 1.5 la soluzione sui piani attraversati dalle trincee (D/Ho < 1) non è significativamente influenzata dalla profondità del piano impermeabile di base • i tempi necessari perché il sistema di drenaggio inizi ad esplicare la sua funzione crescono con il rapporto S/Ho •i tempi di raggiungimento delle condizioni stazionarie sui piani posti al di sotto della base delle trincee sono molto maggiori di quelli relativi ai piani attraversa dalle trincee OTTIMIZZAZIONE • trincee di profondità Ho sufficiente a raggiungere le zone nelle quali si intende ridurre le pressioni interstiziali • interasse S fisso in relazione al valore finale dell’efficienza che si vuole ottenere ed ai tempi necessari per un efficace funzionamento del sistema. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO “Dimensionamento delle opere di consolidamento, mediante trincee drenati, previste nell’ambito del progetto esecutivo dei lavori di “Sistemazione del movimento franoso nella frazione “Castel Di Croce” nel Comune di Poggio Sannita, in Provincia di Isernia. “ AREA OGGETTO DI INTERVENTO complesso caotico di argille sabbiose, argille siltose ed argille marnose di color avana o grigio, variamente scagliose, con inglobati trovanti, passaggi o lembi d strati e livelli da centimetrici a decimetrici di natura essenzialemnte calcareo – marnosa o arenacea (dallo studio e relazione geologica a firmna del Dott. Giovanni Amicone, allegata al progetto esecutivo). PARAMETRI GEOTECNICI DEI TERRENI COSTITUENTI IL PENDIO Copertura detritica dei materiali destrutturati di tipologia ascrivibile alle argille variegate: - coesione c’ = 0,00 kg/cm2 - angolo di attrito φ' = 19° - peso specifico γ = 1.85 g/cm3 Substrato di argille variegate integre: - coesione c’= 0.20 kg/cm2 - angolo di attrito interno di picco φ'= 21° - peso specifico γ =1.9-2.00 g/cm3 I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO Il pendio è interessato da movimenti, caratterizzati da basse velocità di avanzamento, con slittamento verso valle delle coltri superficiali di copertura rispetto al piano di base. Il comportamento morfoevolutivo del versante, all’atto della redazione del progetto esecutivo, era interessato da una condizione di instabilità, in atto e potenziale, del profilo topografico, con evidenti salti di quota morfologici e chiari cumuli di materiali di frana, e presentava, con l’evidenza del caso, tutti gli elementi sintomatici di una condizione d’instabilità geotecnica, dovuta al lento scorrimento degli strati superiori destrutturati. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO I SISTEMI DRENANTEI CASO PRATICO stato di fatto STATO DI FATTO PREVISIONI PROGETTUALI • drenaggio superficiale principale a gravità lungo lo sviluppo lineare del segmento di monte dell’asta del Vallone “Quarte Macchiabovino” • drenaggi superficiali secondari a gravità lungo le depressioni presenti sul pendio, raccordati al drenaggio superficiale principale • rimodellazione lieve del pendio, tendente alla regimazione superficiale delle acque di ruscellamento, in direzione dei drenaggi precedentemente menzionati •paratie di pali trivellati di grande diametro, in prossimità degli insediamenti civili rurali e delle attività produttive agricole, aventi la funzione di bloccare i movimenti traslazionali potenziali delle masse allentate destrutturate. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO INTERVENTI DI DRENAGGIO SUPERFICIALE A GRAVITA’ realizzazione di una trincea drenante di profondità variabile, dell’ordine dei 5.00 ml, per il ramo principale, e di 3.00 ml, per i rami secondari, con sezione tipo trapezoidale rivestita da geotessile e riempita per un’altezza di 0.50 ml dalla generatrice superiore del tubo drenante di pietrisco di cava lavato, di pezzatura mista da 15.00 mm a 50.00 mm, e per la parte restante con pietrame calcareo vagliato di adeguata pezzatura. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO INTERVENTI DI DRENAGGIO SUPERFICIALE A GRAVITA’ RAPIDO DEFLUSSO DELLE ACQUE DRENATE CORPO RECETTORE DELLE ACQUE DRENATE PROTEZIONE DEL FONDO E DELLE SCARPATE DELLA SEZIONE DEFLUENTE DEL VALLONE “QUARTE MACCHIABOVINO” fronteggiare fenomeni di erosione e scalzamento al piede tubazione microfessurata in P.V.C. corrugato rivestita con camicia di geotessili, di diametro pari a φ 315 mm, per il ramo principale, e pari a φ 250 mm, per i rami secondari l’asta del Vallone “Quarte Macchiabovino”, nel segmento di valle messa in opera di materassi flessibili tipo “Reno”, costituiti da tasche di rete metallica a doppia torsione e riempimento con ciottoli di fiume. PROTEZIONE DELLE SCARPATE messa in opera di biostuoia biodegradabile, costituita da fibre vegetali, con sovrastante geogriglia bidirezionale antierosione, composta da fili di poliestere. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO OPERE DI PROTEZIONE DEGLI INSEDIAMENTI CIVILI RURALI E DELLE ATTIVITÀ PRODUTTIVE AGRICOLE OPERE DI CONTENIMENTO interventi che interessano direttamente le falde ed, in genere, le acque profonde NO interventi atti unicamente a bloccare gli scorrimenti superficiali degli spessori di materiali in condizione di equilibrio instabile cedimento diffuso sull’intera area oggetto di interesse attivazione di fenomeni di dissesto strutturale dei fabbricati e delle preesistenze presenti. OPERE DI CONTENIMENTO paratie di pali trivellati di grande diametro, ubicate a immediatamente a valle degli insediamenti civili rurali e delle attività produttive agricole, presenti nell’area instabile. I SISTEMI DRENANTi CASO PRATICO EFFICIENZA IDRAULICA DATI: • a=b • Z = Zw= 5,00 ml • β = 11° a b c Z Zw Piano di campagna Pelo libero falda Piano scorrimento Profondità c rispetto ad a Profondità b rispetto ad a σ Proiezione pendio rispetto orizzontale Tensione normale su c τ Tensione tangenziale su c u Pressione interstiziale β I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO SCHEMA GEOMETRICO DELLA TRINCEA DRENANTE DI PROGETTO Dati trincea: •b=c • H0 = 5,00 ml • B = 1 ml H = 5,00 ml D = 5 ml kv = kh < 10-6 m/sec pendio indefinito sede di un moto di filtrazione con superficie libera coincidente con il piano campagna a b c H0 Piano di campagna Piano valutazione efficienza idraulica Piano formazione impermeabile Altezza trincee drenanti B Larghezza trincee drenanti H Profondità a dal piano ì D Profondità a da c I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO COEFFICIENTE DI SICUREZZA NELLE CONDIZIONI DI REGIME, PER GARANTIRE LA STABILITÀ DEL PENDIO Freg > 1.3 SITUAZIONE DI PROGETTO • terreno privo di coesione • superficie libera della falda coincidente con il piano campagna • pendio con pendenza dell’ordine di 11° Fo = [(γ – γw)/γ] (tanφ’/tanb) = 0.81 F max = tanφ’/tanb = 1.77 MASSIMO INCREMENTO DEL COEFFICIENTE DI SICUREZZA ΔFMAX IN CONDIZIONI DI REGIME Emed reg = ΔFreg/ΔFmax = 0.51 si verifica in tempo asciutto ΔF ΔF max reg =F max - Fo = 0.96 = Freg – Fo = 0.49 efficienza idraulica media alla base della trincea(D/Ho) I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO posto Emed reg = 0.51 S/Ho = 2.27 S = 2.27x5.00 ml = 11.35 ml Le determinazioni numeriche precedenti permettono di dedurre che, per la stabilizzazione del pendio con un coefficiente di sicurezza a regime Freg > 1.3, è necessaria la previsione di una trincea ogni 10.00 ml. I SISTEMI DRENANTI CASO PRATICO TEMPO DI RAGGIUNGIMENTO CONDIZIONI DI REGIME E CONGRUITÀ DEL PREDETTO TEMPO RISPETTO AI RISULTATI ATTESI DALLA REALIZZAZIONE DELL’INTERVENTO posto S/Ho = 2.27 T90 = 0.4 t90 = T90 x [2(1+ν’)(1-2ν’)/E’] x (γwHo2/kv) = 5 mesi Il raggiungimento delle condizioni di regime nel tempo di cinque mesi rappresenta, sicuramente, un obiettivo congruo rispetto ai risultati attesi dalla realizzazione dell’intervento.
