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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica
“TECNICHE DI MIGLIORAMENTODEI TERRENI ”
Dott. Ing. Johann Facciorussojohannf@dicea.unifi.it
DIREZIONE GENERALE AMBIENTE E DIFESA DEL SUOLO E DELLA COSTACorso di aggiornamento in “Geotecnica” (1 giugno 2006)
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Indice
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INTRODUZIONE(perché migliorare i terreni, criteri di classificazione, criteri di scelta...)
PROCEDIMENTI TECNOLOGICI(apporto di energia, sostituzione, modificazione,..)
MITIGAZIONE DEL RISCHIO DI LIQUEFAZIONE
ESEMPIO
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1.Introduzione
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Alternative progettuali
1. ridurre i carichi della struttura e/o sul terreno(fase progettuale)
3. migliorare le caratteristiche dei terreni
(fase progettuale e di verifica)
2. abbandonare il sito e scegliere un altro sito
con migliori caratteristiche geotecniche
(fase progettuale)
Interventi sul terreno
Nuovo progetto
Nuovo sito
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1.Introduzione
Le motivazioni per cui oggi si deve sempre più ricorrere al miglioramento dei terreni sono essenzialmente legate a tre necessità:
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Perché migliorare i terreni ?
1. utilizzare aree marginali (siti inquinati e terreni di caratteristiche scadenti per la costruzione di nuove opere e infrastrutture);
2. garantire la stabilità di strutture esistenti durante la costruzione di nuove opere e infrastrutture (scavi, gallerie, ecc.)
3. prevenire l’impatto di rischi naturali (terremoti, frane, alluvioni, vento, ecc.) e antropici (inquinamento, attività estrattive, ecc.)
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Obiettivi generali: modificare punto per punto nel senso desiderato le proprietà dei terreni in modo da prevenire o ridurre gli effetti temuti
Proprietà da modificare:
densitàpermeabilitàdeformabilitàresistenza a rotturaetc.
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 1.Introduzione
• accrescere la capacità portante di un terreno
• controllare le deformazionie accelerare i processidi consolidazione
• accrescere la stabilità dei pendii (naturali e artificiali) e degli scavi
• controllare i moti di filtrazione
• accrescere la resistenza alla liquefazione
Obiettivi specifici:
drenaggi
Base rocciosa
Trincea drenante
precaricopiezometri
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1.Introduzione
Criteri di classificazioneLe tecniche di miglioramento dei terreni possono essere classificate in base a diversi criteri:
1. Natura dei materiali
2. Natura del problema geotecnico
Rocce, terreni incoerenti grossolani e fini, terreni coesivi
Stabilità in condizioni statiche o dinamiche, bonifica da inquinamento, ecc.
3. Fattori costitutivi Porosità, composizione mineralogica, fasi, etc.
4. Procedimenti tecnologici Principi, modalità e attrezzature
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1.IntroduzioneCriteri di scelta
Possono essere usati da soli o in combinazione
I metodi di miglioramento dei terreni sono oggi numerosissimi;alcuni sono ben consolidati , altri sono in fase di sperimentazione
Si devono infatti tenere presenti i seguenti fattori:
- l’importanza dell’opera e i requisiti richiesti per la soluzione del problema geotecnico (miglioramento della capacità portane, riduzione dei cedimenti, stabilizzazione di pendii, ecc. )
- il tipo di terreno e le sue proprietà iniziali
- i fattori ambientali e climatici
- la disponibilità di materiali richiesti dal procedimento- la disponibilità di personale e attrezzature specializzate
- i costi
La scelta del metodo ottimale è molto complessa perché ogni metodo presenta vantaggi e svantaggi e i fattori da considerare sono molti
- i costi
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I procedimenti tecnologici possono essere classificati in base:
I. al il principio fisico con cui avviene la modificazione delle proprietà fisico-meccaniche del terreno
II. alle proprietà fisico-meccaniche del terreno modificate
Procedimenti tecnologici
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Classificazione I
APPORTO DI ENERGIA Si inducono nel terreno processi di densificazione, di consolidazione, di filtrazione controllata, processi chimici, che in generale danno come risultato una modificazione della struttura del terreno
Si opera una bonifica del terreno o mediante asportazione dei materiali scadenti (o inquinati) o mediante eliminazione e sostituzione di una o più fasi
Si introducono nel terreno elementi resistenti a trazione e a taglio oppure si opera un trasferimento dei carichiin zone a maggiore resistenza o ancora si crea uno stato artificiale di sollecitazione interna (precompressione)
attraverso l’applicazione di azioni meccaniche (dinamiche, statiche), elettriche, termiche
SOSTITUZIONE INTEGRALE O PARZIALE DEL TERRENO
MODIFICAZIONE DELLO STATO DI SOLLECITAZIONE INTERNA
2.Procedimenti tecnologici
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11/5511/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Classificazione II
Miglioramento meccanico
Strati profondi
Miglioramento idraulico
precarico
drenaggi
elettro-osmosi
vibroflottazione
heavy tamping
esplosivi
Strati superficiali
Rinforzo del terreno
Modifiche fisiche e chimiche del terreno terre armatemiglioramento con miscelatura di additivi terra rinforzatajet grouting
tiranti e ancoraggi
miglioramento con iniezioni
stabilizzazione termica
rulli, piastre vibranti, ecc..
2.Procedimenti tecnologici
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I metodi che modificano la struttura del terreno attraverso apporto di energia vengono raggruppati, in relazione al tipo di azioni applicate, in quattro categorie fondamentali
RullaturaEsplosioniVibroflottazionePali compattantiHeavy tamping
1. Metodi dinamici
4. Metodi termici
3. Metodi elettrici
2. Metodi statici Applicazione di sovraccarichiInstallazione di dreni
Consolidazione elettrosmoticaStabilizzazione elettrosmotica
CotturaCongelamento
Apporto di energia
Indice dei vu
otiC
omposizion
e m
ineralogica
2.Procedimenti tecnologici
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Rullatura
2.Procedimenti tecnologici
Metodi dinamici
densificazione del terreno per effetto delle azioni di compressione, taglio, punzonamento o per effetto di vibrazioni
prevalentemente incoerenti
ATTREZZATURA: mezzi prevalentemente statici (rulli lisci, rulli gommati e a punte) e prevalentemente dinamici (rulli lisci vibranti, piastre vibranti, piastre battenti)
1÷ 3 m
bassi
variabili (dipendenti dall’estensione dell’area da trattare)
si limita agli strati più superficiali
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
TEMPI:
SVANTAGGI:
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Rullo compressore vibrante
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Rullo compressore a punte
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Esplosioni
2.Procedimenti tecnologici
Metodi dinamici
densificazione del terreno per effetto delle vibrazioni indotte dalla detonazione di cariche esplosive in profondità; il rilascio immediato e violento di energia genera delle onde sismiche che producono la liquefazione del terreno a cui consegue una più stabile e addensata configurazione dell’aggregato granulare
terreni incoerenti sciolti saturi sotto falda
ATTREZZATURA: attrezzatura per carotaggi, tubazioni in PVC, detonatori ed esplosivi (dinamite, tritolo, ammonite)
illimitata
medio-bassi (incide l’esecuzione e rivestimento del foro)
TEMPI: molto rapidi (se non si considera l’esecuzione del foro)SVANTAGGI: non è applicabile negli strati superficiali, è pericoloso,
non può essere utilizzato in aree edificate
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
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2.Procedimenti tecnologici0.00
- 10.00 (5.5 kg)
Tubo in PVC
- 5.00 (4.5 kg)8.00 m
esplosivo
Tubo PVC
Filo detonatore
Riempimento con sabbia
Interasse 7.5 m
1 serie
2 serie
3 serie
4 serie
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Vibroflottazione
2.Procedimenti tecnologici
Metodi dinamici
densificazione del terreno per effetto delle vibrazioni indotte da un a sonda vibrante a punta conica (vibroflot) e compattazione mediante il riempimento del foro con materiale granulare che viene addensato dal vibratore contro le pareti del foro
terreni incoerenti sciolti saturi sotto falda con meno del 20% di fini
ATTREZZATURA: vibroflottatore e materiale granulare
30m
medio-alti
TEMPI: molto rapidi
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
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18/5518/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
2.Procedimenti tecnologici
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19/5519/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Heavy tamping
2.Procedimenti tecnologici
Metodi dinamici
PRINCIPIO: applicazione ripetuta di impatti alla superficie del deposito ottenuti mediante la percussione di una massa pesante (M = 15÷200t) lasciata cadere da diversi metri di altezza (H = 7÷40 m). Nei terreni non saturi il meccanismo di densificazione è simile a quello della prova Proctor; nei terreni granulari saturi provoca liquefazione
terreni incoerenti sciolti anche con fini
ATTREZZATURA: macchina per il sollevamento della massa battente costituita da un blocco di calcestruzzo oppure da una serie di piastre d’acciaio imbullonate tra loro oppure da un guscio di acciaio riempito di calcestruzzo o di sabbia
D= (0.65 ÷0.80) √ WH (m)
medio-altiTEMPI: molto rapidi
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
Peso della massa battente (t)
Altezza di caduta (m)
COSTI:
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Tamper
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2.Procedimenti tecnologici
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Pali compattanti
2.Procedimenti tecnologici
Metodi dinamici
densificazione per effetto delle vibrazioni e degli spostamenti laterali dovuti all’infissione del palo
terreni incoerenti sciolti anche con fini
dispositivo di infissione e palo, materiali di riempimento o calcestruzzo
20 m
medio-alti
TEMPI: medi
Si possono ottenere anche elevate densità
PRINCIPIO:
ATTREZZATURA:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
VANTAGGI:
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Applicazione di precarichi e sovraccarichi
2.Procedimenti tecnologici
Metodi statici
il carico è applicato sufficientemente in anticipo rispetto alla costruzione dell’opera così che la consolidazione del terreno è terminata prima della realizzazione dell’opera
argille soffici normalmente consolidate, limi, depositi organici, torbe, riempimenti artificiali
ATTREZZATURA: macchine per movimenti di terra, materiali terrosi per il sovraccarico
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO: dipende dall’estensione del carico
bassi
lunghi
PRINCIPIO:
TERRENI:
COSTI:
TEMPI:
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Installazione di dreni
2.Procedimenti tecnologici
Metodi statici
si accelera la consolidazione sfruttando anche la permeabilità in direzione orizzontale (generalmente maggiore di quella verticale) mediante l’installazione di colonne di materiale drenate
argille soffici normalmente consolidate, limi, depositi organici, torbe, riempimenti artificiali
ATTREZZATURA: dispositivo per l’installazione dei dreni e materiale drenante (ghiaia, geosintetici, etc.)
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO: dipende dalla profondità dei dreni
medi
medio-lunghi
PRINCIPIO:
TERRENI:
COSTI:
TEMPI:
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24/5524/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
2.Procedimenti tecnologici
Disposizione dei dreni
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25/5525/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Applicazione combinata di dreni e sovraccarico
precaricopiezometriassestimetri
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26/5526/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Consolidazione elettrosmotica
2.Procedimenti tecnologiciMetodi elettrici
viene applicata una differenza di potenziale tra anodo e catodo che provoca un processo di migrazione dell’acqua (applicando una differenza di potenziale di 50-150 volt l’acqua interstiziale migra dall’anodo al catodo con velocità di 30-45 cm/h), che viene quindi allontanata per pompaggio
argille soffici normalmente consolidate e limi
ATTREZZATURA: macchine speciali
20 m
alti
rapidiun notevole miglioramento della rigidezza e della resistenza del materiale trattato, ma il risultato non è uniforme
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
TEMPI:VANTAGGI E SVANTAGGI:
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2.Procedimenti tecnologici
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Congelamento
2.Procedimenti tecnologici
Metodi termici
il terreno viene congelato in modo da aumentarne la rigidezza e la resistenza e da ridurne la permeabilità
tutti
ATTREZZATURA: macchine speciali refrigeranti e liquido refrigerante
qualche metro
alti
rapidi
si mantiene intatta la struttura del terreno, ma è un miglioramento temporaneo edè inapplicabile in terreni con acqua in circolazione
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
TEMPI:VANTAGGI E SVANTAGGI:
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Cottura
2.Procedimenti tecnologici
Metodi termici
il terreno viene essiccato (basse temperature), oppure ne viene alterata la composizione (medie e alte temperature) per ridurre l’acqua, controllare la plasticità, aumentare la resistenza
terreni fini, specialmente argille parzialmente sature e limi
ATTREZZATURA: bruciatore, gas
15 m
Medio-alti
rapidi
si ottengono aumenti di resistenza molto elevati e irreversibili
PRINCIPIO:
TERRENI:
PROFONDITÀ DEL TRATTAMENTO:
COSTI:
TEMPI:VANTAGGI :
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31/5531/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Terreni relativamente permeabiliArgille
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32/5532/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Si opera una bonifica del terreno o mediante asportazione dei materiali scadenti (o inquinati) o mediante eliminazione e sostituzione di una o più fasi. Si suddividono in:
Applicazione: terreni organici, torbosi, liquefacibili, inquinati
1. Metodi che operano un’asportazione integrale
2. Metodi che operano una sostituzione parziale attraverso:
Applicazione: stabilizzazione di pendii, di fondazioni in roccia, cavità, terreni liquefacibili, ecc
Sostituzione integrale o parziale di terreno
2.Procedimenti tecnologici
Drenaggi La fase liquida viene sostituita da aria
La fase liquida viene sostituita da miscelesolidificanti
Iniezioni
Intasamenti e riempimentiI vuoti vengono riempiti con materiali di varia granulometria, eventualmente intasati con miscele solidificanti
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Si suddividono in:
Modificazione dello stato di sollecitazione interna
2.Procedimenti tecnologici
1. Metodi che introducono nel terreno elementi resistenti a trazione
3. Metodi che creano uno stato artificiale di sollecitazione interna (precompressione)
chiodature
tirantature
2. Metodi che effettuano un trasferimento di carichi in zone a maggioreresistenza
ancoraggi
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3.Mitigazione del rischio di liquefazione
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Durante i terremoti (di una certa durata e magnitudo) possono verificarsi fenomeni di liquefazione (liquefazione ciclica, mobilità ciclica e fluidificazione) in terreni incoerenti saturi che comportano una caduta di resistenza al taglio e rigidezza determinato dall’aumento di pressione nei pori con effetti di estensione e gravità differenti (a seconda delle caratteristiche geomorfologiche del deposito e dell’intensità dell’evento).
Gli effetti, a livello del singolo manufatto, possono essere diversi:
- perdita di capacità portante e affondamento
- rotazione e ribaltamenti
- cedimenti differenziali e assoluti
- movimenti orizzontali (lateral spreading)
- crolli e collassi strutturali
- allagamenti e incendi
Effetti della liquefazione
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35/5535/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Vi sono tre vie principali per ridurre il rischio di liquefazione quando si progettano nuove strutture o opere ingegneristiche quali ponti, strade, lifelines, ecc.:
I. Evitare di costruire sui depositi liquefacibili, scegliendo altri siti
II. Progettare le strutture di fondazione in modo che possano adeguatamente resistere al fenomeno della liquefazione
III. Migliorare le caratteristiche del sottosuolo incrementandone la resistenza, la densità, le caratteristiche di drenaggio
Come ridurre il rischio di liquefazione
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36/5536/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Vi sono tre vie principali per ridurre il rischio di liquefazione quando si progettano nuove strutture o opere ingegneristiche quali ponti, strade, lifelines, ecc.:
Come ridurre il rischio di liquefazione migliorando il terreno
I. Evitare di costruire sui depositi liquefacibili, scegliendo altri siti
II. Progettare le strutture di fondazione in modo che possano adeguatamente resistere al fenomeno della liquefazione
III. Migliorare le caratteristiche del sottosuolo incrementandone la resistenza, la densità, le caratteristiche di drenaggio
3.Mitigazione del rischio di liquefazione
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 3.Mitigazione del rischio di liquefazione
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Obiettivo:
Strategia per il recupero dei terreni liquefacibili
I. Stima del potenziale di liquefazione per il terreno di fondazione
II. Valutazione degli effetti della liquefazione in termini di cedimenti o perdita della capacità portante
III. Scelta del metodi di trattamento migliore per il terreno
ridurre le effetti della liquefazione localmente a livello di singolo manufatto per strutture quali: abitazioni, lifelines, edifici strategici;
La strategia si sviluppa secondo i seguenti passi:
IV. Valutazione dell’efficacia dell’intervento
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Metodi di miglioramento per i terreni liquefacibili
Un metodo adottato per ridurre il rischio di liquefazione in un deposito consiste nell’aumentarne la densità relativa (riducendo o annullando la suscettibilità alla liquefazione).
Densificazione:
Tale scopo può essere raggiunto applicando uno dei metodi dinamiciprecedentemente illustratiLa scelta del metodo è legata alla profondità da raggiungere e all’estensione dell’intervento ( e quindi ai costi)Drenaggio:In questo caso, mediante l’installazione di dreni verticali si facilità lo smaltimento delle sovrapressioni interstiziali durante l’evento sismicoTale intervento può risultare costoso, ma se ben progettato garantisce buoni risultati e a profondità elevate
3.Mitigazione del rischio di liquefazione
In questo caso si incrementa la resistenza del terreno introducendo degli elementi resistenti a taglio e a trazione (diaframmi, tiranti e ancoraggi)
Rinforzo del terreno:
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39/5539/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Metodi di miglioramento per i terreni liquefacibili
Un altro modo per ridurre il rischio di liquefazione in un deposito consiste nel diminuire il livello di falda (fino profondità maggiori di 15-20 m).
Allontanamento dell’acqua interstiziale:
Tale scopo può essere raggiunto applicando uno dei metodi elettrici basati sull’elettrosmosi o uno dei metodi termici precedentemente illustrati, naturalmente garantendo con apposite trincee e barriere impermeabili, l’allontanamento permanente dell’acqua.Tale metodo risulta in genere molto costoso e può generare cedimenti differenziali.Solidificazione:In questo caso si aumenta la rigidezza del terreno mediante processi termici (di cottura o congelamento) oppure mediante il riempimento dei vuoti (sostituzione con l’aria o l’acqua interstiziale) con miscele soldificantiottenuto mediante iniezioni o riempimentiTale intervento può risultare costoso e non sempre garantisce l’efficacia desiderata.
3.Mitigazione del rischio di liquefazione
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Dissipazione di ∆u
Dreni di ghiaiaTubi drenanti, etc.
Pali in sabbiaVibroflottazioneRullatura, etc
Rinforzo del terreno Diaframmi,etc.
Metodi di Miglioramento delle caratteristiche del
terreno
Abbassamento del livello di falda
ElettrosmosiCottura
pozzi, etc.
Solidificazione
Densificazione
CongelamentoCotturainiezione
Jet grouting, etc.
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41/5541/55
Mitigazione del rischio di liquefazione a Nocera Scalo
4.Esempio
26/9/97, 11:40 (M = 5.8)
NoceraUmbra
26/9/97, 2:33 (M = 5.5)
CH2CH1CH3
Pozzo
DH1
34
39
390
27
31
30
32
26
29
N
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9 CPTU (1999)
1 CH1 DH
33 CPT (2002)
2 sondaggi
Accumuli antropici
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42/5542/55
4.Esempio
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0,00 m
5,60 m
12,00 m
14,10 m15,50 m
3m-5mLimisabbiosi
Stratigrafia CH1
Ghiaia
Sabbiaghiaiosa
Argilliti
Marne arenarie
0
5
10
15
0 2,5 5 7,5 10
z (m
)
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5
z (m
)
FR Ic
Sabbiaghiaiosa
SabbiaMiscele di sabbia
Miscele di limi
Argille
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4.Esempio
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o Verticali indagate:
o Ipotesi:
6 CPT (1999)32 CPT (2002)
Zfalda= 3m
amax/g= 0,37; M = 6.5(Trit = 474 anni)
LEGENDA
Nord
Stima del potenziale di liquefazione
> 25
15 - 25
5 - 10
10 - 15
1 - 5
0 - 1
Valori di PL
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44/5544/55
4.EsempioLocalizzazione dell’intervento
3 87
6
9
23
7
21
22
8
4
28
2627
9
11 12
2524
3210
2
153
5
14
13 33
1920
N
1
7
12
30
25
3
4
298
31
32 618
17
390
1
Pozzo
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Il metodo dei dreni di ghiaia
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I dreni verticali sfruttano la maggiore permeabilità di alcuni strati per dissipare le pressioni neutre accumulate. Metodo di installazione dei dreni
Kh,
kd
h amv
b
Il metodo dei dreni verticali è basato sull’equilibrio tra la sovrappressioneinterstiziale indotta dal sisma (che aumenta all’aumentare dell’intensità dell’evento ed e’ maggiore per i terreni più sciolti) e la parte di essa dissipata dai dreni (che aumenta infittendo i dreni e utilizzando per i dreni un materiale molto permeabile). Tale metodo è meno efficace nel caso di:- bassa permeabilità del terreno- elevato coefficiente di compressibilità divolume del terreno
- bassa resistenza alla liquefazione del terreno- spessore elevato dello strato liquefacibile- sisma di breve durata ed elevata magnitudo
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o Dati relativi al terreno (noti o da stimare):
• coefficiente di permeabilità del dreno, kd (cm/s) ⇒ kd≥ kh(h/a)2
• profondità di installazione del dreno h (cm)• raggio del dreno, a (cm)• raggio di influenza del dreno, b (cm)
• coefficiente di permeabilità orizzontale del terreno, kh (cm/s)• coefficiente di compressibilità volumetrica del terreno, mv (MPa-1)
• magnitudo, M• numero di cicli di carico equivalenti, N• durata del terremoto, td• rapporto tra sovrappressione interstiziale generata dalle tensioni di taglio cicliche
indotte dal sisma e la pressione di consolidazione, rg
o Dati relativi al terremoto di progetto
o Parametri di progetto relativi ai dreni
• numero di cicli di carico che portano alla liquefazione, N1
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Il metodo dei dreni di ghiaia
Il metodo proposto consente di determinare le caratteristiche geometriche dei dreni basandosi sulla legge di Darcy, a partire dall’equazione di continuità:
tzuk
zyuk
yxuk
x w
v
w
h
w
h
∂∂
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
∂∂
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
∂∂ ε
γγγ
( )[ ]dNNuum gv ∂∂−∂=∂ /3ε
In un intervallo di tempo dt un elemento di terreno subisce una variazione du e sarà soggetto a dN cicli tensionali di taglio.
mv3 = costante,simmetria radiale del dreno
tN
Nu
tu
ru
rru
mk g
vw
h
∂∂
∂
∂−
∂∂
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
∂∂
+∂∂ 1
2
2
3γ
EQUAZIONE DI FLUSSO
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48/5548/55
Il metodo dei dreni di ghiaia
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Sotto condizioni di flusso puramente radiale, l’equazione di flusso è stata risolta da Seed e Booker (1977) ed espressa in forma adimensionalemediante i grafici:
In cui:a raggio del drenob raggio equivalente
del drenorg massimo rapporto di
pressione interstizialetd durata del terremoto
a/b
rg
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛= 2
3amtkT
v
d
w
had γ
N/N1 =1
N/N1 =3
N/N1 =2
N/N1 =4
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49/5549/55
4.EsempioLocalizzazione dell’intervento
3 87
6
9
23
7
21
22
8
4
28
2627
9
11 12
2524
3210
2
153
5
14
13 33
1920
N
1
7
12
30
25
3
4
298
31
32 618
17
390
1
Pozzo
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50/5550/55
4.Esempio
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Stima del coefficiente di permeabilità orizzontaleIl coefficiente di permeabilità orizzontale kh può essere determinato diretamente da prove di dissipazione con il piezocono, oppure mediante correlazioni con l’indice Ic.
Kh=-3E-0,7Ic+2E-0,6
Terreni a grana fine
Sabbie da pulite a limose
Sabbie ghiaiose
Kh=-0,1216Ic+0,2593
Kh=-0,6115Ic+0,901
mv ≈1/(4qc) (Lunne et al., 1997)
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51/5551/55
4.Esempio
In corrispondenza dell’edificio considerato (n.4) a partire dai risultati della prova CPT (qci, fsi) disponibile si determina per ogni strato investigato il valore dell’indice Ici, di khi e mvi, quindi si trova un valore medio esteso alla intera colonna di terreno interessata dalla liquefazione (Pl = 14.62):
Si determina il numero di cicli equivalenti, N (7) e la durata Td (20 s)dell’evento sismico atteso, a partire dalla magnitudo M = 6.5 e il rapporto di pressione rg (0.41):
mv=1,3x10-4m2/kNk*h=2,8x10-4m/s
N
M6,5
7
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 5 10 15 20 25
Indice PL
r g
PL
rg
0,41
PL <5 rg=-0,02PL+0,65 < PL <15 rg=-0,01PL+0,55PL > 15 rg=0,4
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52/5552/55
Dimensionamento dei dreniSi ipotizza un raggio per la colonna in ghiaia a = 0.4 mUna volta ricavato il numero di cicli che portano alla liquefazione (N1 = 7) da prova TXC, applicando il metodo di Seed e Booker (N/N1 = 1) si ottiene:
( ) ( )4,27
41,010*30,120
81,9/10*8,2
2243
4
2 =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=⎟
⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
−
−
mkNms
mkNsm
amtkT
v
d
W
hAD γ
a/b=0,19 ⇒ raggio equivalente del dreno, b=2.10 m
rg
a/b
0,41
0,19
52/5552/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
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53/5553/55
4.Esempio
53/5553/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
da20,8
demolire
Strada principale
9,3
Edificio
bb
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54/5554/5554/5554/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
Il metodo dei dreni presenta vantaggi tecnici ed economici:- basso impatto ambientale in termini di rumore e vibrazioni indotte- costo contenuto (stimabile intorno ai 700.000 euro per gli 8 edifici daricostruire, 245 euro/mq).
L’installazione dei dreni comporta anche un aumento delle proprietà di rigidezza del terreno, ciò determina un miglioramento delle caratteristiche meccaniche del deposito e una riduzione dell’amplificazione delle onde sismiche.
In realtà l’aumento di FS è maggiore di quello stimato, non avendo determinato la riduzione di CSR, e non avendo tenuto conto di altri fattori quali l’incremento della pressione di confinamento dovuta alla presenza di edifici.
Osservazioni
Stimando che dopo l’intervento si passi a qcm=1,5qc, e considerando soltanto l’incremento di CRR, si ha un aumento del fattore di sicurezza contro la liquefazione, FS , del 40%.
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55/5555/55Direzione Generale Ambiente e Difesa del SuoloDirezione Generale Ambiente e Difesa del Suolo--Servizio Geologico, Sismico e dei SuoliServizio Geologico, Sismico e dei SuoliCorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– GeotecnicaGeotecnicaL’acqua nel terrenoL’acqua nel terreno
S. Thorburn J.F. Hutchison1985. Underpinning”. Surrey University PressS. Thorburn G.S. Littlejohn 1985. Underpinning and retention ”. Blackie academic
& Professional, Chapman & Hall
. Stamatopoulos, A.C., Kotzias, P.G. 1985. Soil Improvement by preloading. Wiley Interscience.
Xananthakos, P.P., Abramson, L.W., Bruce, D.A. 1994. Ground control and improvement, Wiley Interscience, 414 p.
Libri:
Siti internet:http://www.ce.berkeley.edu/~hausler/home.html
Riferimenti bibliografici