Il presente studio, a cura dell'Ing. Alessandro Zaniol (Ufficio tecnico presso SALC Spa), riguarda gli interventi di consolidamento previsti nell’Imbocco Sud a supporto del progetto per il raccordo autostradale tra l’autostrada A4 e la Valtrompia, aggiudicato dalla società SALC spa. Il progetto esecutivo presenta, per i primi 50m, una soluzione di consolidamento dalla superficie della calotta della galleria mediante iniezioni.
Le iniezioni (figura 1) del progetto esecutivo prevedono iniezioni sub-orizzontali mediante l’utilizzo di barre autoperforanti andando solamente a consolidare, partendo dai punti indicati in pianta, uno strato di tre metri al di sopra della calotta. Il metodo previsto in sede di progetto presenta le seguenti problematiche:
L’impresa si è movimentata, già dalle prime visioni del progetto, alla ricerca di una diversa soluzione per aumentare la sicurezza dell’intervento in oggetto. Lo studio dei possibili miglioramenti è ancora in fase preliminare e l’obiettivo di questo studio è di fornire un supporto alle diverse soluzioni (figura 2) mediante un’analisi numerica. Le diverse soluzioni attuabili prevedono l’utilizzo di iniezioni a bassa o alta pressione dalla superficie con la diversificazione gli interventi di presostegno al contorno. Le varie soluzioni numeriche sono state studiate mediante l’utilizzo del software Flac3D, il quale ha permesso un confronto con il progetto esecutivo e un’ottima affidabilità dei risultati.
Le iniezioni (figura 3) sono rappresentative dei modelli “consolidamenti proposti dall’impresa” e “consolidamenti mediante jet-grouting”. La soluzione proposta dall’impresa (figura 3) permette di avere:
I risultati delle analisi sono stati poi confrontati con studi di letteratura per la valutazione dell’entità del danno agli edifici sovrastanti lo scavo. Per il confronto è stata utilizzata la correlazione di Boscardin & Cording (1989) [2] e l’EC7 (figura 4) stimando così i seguenti spostamenti e rotazioni:
Per la verifica di questo tratto di galleria naturale è stato utilizzato un modello 3D rappresentante una sezione del terreno di 135 𝑚 di larghezza, 60 𝑚 di altezza e 60 𝑚 di profondità del terreno. Il limite superiore del modello rappresenta il piano campagna. I limiti inferiori e laterali del modello sono fissati alla distanza necessaria per stimare in modo affidabile la deformazione del terreno attorno alla galleria.
Il sistema di coordinate globali del modello numerico (figura 5) è orientato in modo tale che l’asse "x" sia parallela all’asse longitudinale della nuova galleria. L’asse "y" è perpendicolare all’asse longitudinale della galleria e l’asse "z" rappresenta l’asse verticale.
Il carico sulla superficie trasmesso dall’edificio/strada viene simulato applicando un carico uniformemente distribuito aggiuntivo secondo lo schema presentato in figura 5.
Le condizioni al contorno del modello (vincoli) sono state impostate come segue:
La stratigrafia da adottare è stata ricavata dalla campagna d’indagine tenutasi per la realizzazione del progetto esecutivo e ha permesso la realizzazione del profilo geologico dell’imbocco (figura 6) e l’interpretazione delle prove in sito e in laboratorio, SPT e taglio diretto, per la scelta dei parametri geotecnici da utilizzare all’interno del software Flac3D (figura 7).
Figura 7: Parametri geotecnici utilizzati all'interno di FLAC3D
Questi parametri sono stati modellati con due diversi modelli costitutivi all’interno del software Flac3D: Mohr-Coulomb e Plastic-Hardening. Questa scelta è stata utilizzata nel progetto esecutivo ed è stata portata avanti anche in questo studio per:
Quest’ultimo punto è stato utilizzato per le iniezioni a bassa pressione considerando un aumento di rigidezza (e anche resistenza) mediante la correlazione proposta da Falk (1998) [3] considerando un’intensità di iniezione variabile da 2 a 5 per terreni limosi/ghiaiosi. Per le iniezioni a bassa pressione in roccia è stata utilizzata invece la correlazione di Zakari Ritzo (2018) andando ad aumentare c’ di un 6% e ø’ di un 21% [5].
Per le iniezioni ad alta pressione mediante jet-grouting è stata utilizzata la correlazione di Croce & Modoni (2014) ottenendo una c’=4,2MPa e E=1500 MPa [4].
Le immagini (figure 8 e 9) mostra la differenza delle diverse soluzioni. Si denota un’uniformità negli spostamenti nelle prime tre soluzioni, una totale assenza di miglioramenti nella soluzione del progetto esecutivo, anche al variare dell’intensità, e un miglioramento degli spostamenti nella soluzione proposta dall’impresa. Invece, le soluzioni con il jet-grouting portano alla presenza di estrusione solamente al fronte nel primo caso e un’uniformità degli spostamenti in calotta e al fronte nel secondo caso.
Figura 9: Risultati finali, curva di subsidenza dei modelli numerici
L’utilizzo dei modelli numerici ha permesso la valutazione di risultati utili per un’accurata stima dei cedimenti indotti dallo scavo in bassa copertura al di sotto di edifici (figura 9). Lo scopo principale è stato quello di verificare le assunzioni di progetto e verificare la soluzione proposta dall’impresa proponendo anche soluzioni alternative vista la tipologia di terreni in sito.
Lo sviluppo futuro sarà quello di valutare le tecnologie di intervento mediante opportuni campi prova, i quali potrebbero precludere la tecnologia mediante iniezioni a bassa pressione. Questo campo prova consentirà anche di tenere in considerazione dei possibili aumenti di volume indotti dalle iniezioni in modo da ricavare risultati più accurati dalle analisi. Inoltre, durante lo scavo della galleria, si potranno utilizzare le misure di convergenza per tarare la corrispondenza del modello con la realtà. Questo sarà possibile mediante un metodo iterativo, il quale permetterà di migliorare la calibrazione dei parametri geomeccanici significativi ottenuti da prove di laboratorio in un contesto simile, ma in scala diversa dalla realtà.