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Un cunicolo di servizio di un serbatoio interrato presenta lesioni a direttrice sub-orizzontale passanti l’intera sezione resistente realizzata con mattoni pieni ad una testa e mezza (spessore complessivo: 38.5 centimetri); da un punto di geologico, lo stesso risulta interagire con una sequenza di strati marnosi con intercalazioni arenacee, risalenti al Messiniano (5,5-5 milioni di anni fa) ed immergenti verso est con un’inclinazione di 35° (figura 1).

cunicolo crepe sezione geologia

Figura 1. In alto: planimetria con ubicazione dei sondaggi e andamento degli strati rocciosi; in basso a sinistra: sezione con orientamento dei sondaggi; in basso a destra: vista interna del cunicolo e delle lesioni ad andamento sub-orizzontale

 

Il cunicolo attraversa uno stretto crinale ad una profondità media di 10 metri; il crinale, proprio per la tipica morfologia sub-pianeggiante, è densamente urbanizzato, con presenza di edifici residenziali multipiano scevri da lesioni di qualunque natura. Per l’analisi del fenomeno, e soprattutto per poter eseguire proiezioni sul comportamento nel tempo della struttura, sono stati eseguiti: a) un rilievo geologico-strutturale; b) sondaggi a carotaggio continuo; c) prove di laboratorio sui campioni prelevati sia dalla calotta e sia dai terreni retrostanti.

2 cunicolo dettaglio lesioni 

Figura 2. Dettaglio delle lesioni e della deformazione del cunicolo

Nell’analisi del quadro fessurativo, alla ricerca del cinematismo responsabile, occorre evidenziare che l’andamento delle lesioni è tipico delle gallerie le quali, in funzione della decompressione dei terreni conseguente agli scavi, subiscono fenomeni di convergenza verso l’interno con spanciamento della calotta (figura 2). Dalle prove sui materiali è risultato che i mattoni sono saturi di acqua, percolante dalle fessure che costituiscono vie preferenziali di drenaggio di flussi idrici presenti all’interno delle intercalazioni arenacee; inoltre, è emerso anche che la malta cementizia ha perso buona parte delle proprietà leganti. Le prove sui terreni hanno consentito di determinarne il peso di volume (22 kN/mc), la coesione (25 kPa) e l’angolo di resistenza al taglio (27°) secondo il criterio di snervamento di Mohr-Coulomb.

Per fornire una risposta definitiva è stata eseguita una modellazione ad elementi finiti, al cui interno sono state simulate la fasi costruttive mediante l’uso di funzioni di esistenza temporali associate agli elementi isoparametrici con i quali è stata costruita la mesh; inoltre, al fine di valutare l’influenza del legame costitutivo sulla risposta tensodeformativa dei terreni, sono stati adottati diversi legame costitutivi, quali:

  1. il Drucker-Prager (elastoplastico non lineare con legge di flusso associata);
  2. il Menetrey-Williams, costituente un’evoluzione del Mohr-Coulomb attraverso l’eliminazione dei punti di singolarità matematica;
  3.  il Multilaminate, che costituisce un modello a multisuperficie plastica capace di tenere conto della deformabilità della matrice e di poter formulare la rottura lungo i piani di discontinuità tipici dei terreni del substrato.

 3 cunicolo elementi finiti spostamenti orizzontali

Figura 3. Spostamenti verticali al termine dei lavori di realizzazione della galleria

4 cunicolo elementi finiti spostamenti verticali

Figura 4. Spostamenti orizzontali al termine dei lavori di realizzazione della galleria

5 cunicolo elementi finiti spostamenti globali

Figura 5. Spostamenti globali, ottenuti dalla combinazione vettoriale delle componenti orizzontali e verticali, al termine dei lavori di realizzazione della galleria

 

In tutti e tre i modelli, gli spostamenti dipendenti dallo scavo hanno mostrato un’evidente correlazione tra le fasi di decompressione dei terreni e la deformata attuale (figure 3, 4 e 5); in particolare, dalle figure è evidente la posizione del settore di massima decompressione in evidente coincidenza con la posizione delle lesioni. Dai modelli è anche emerso che la decompressione raggiunge la superficie topografica con effetti del tutto trascurabili, mentre dall’esecuzione di un’analisi di stabilità è emerso un coefficiente di sicurezza superiore a 5. Occorre a questo punto trarre le dovute indicazioni.

Innanzitutto la deformazione attuale deve essere intesa come il prodotto dei lavori di realizzazione della galleria, constatato che i vettori spostamento ben approssimano gli spostamenti locali attuali; quindi la percolazione di acqua, attraverso le fessure in tal modo manifestatesi, ha prodotto il depauperamento del legante presente tra i mattoni costituenti la calotta, aggiungendo un ulteriore contributo alla deformazione iniziale.

In conclusione, pur considerando la galleria non pericolosa. è indubbia la necessita di intervenire con tecniche capaci di ricostruire l’integrità strutturale della calotta.

 

Romolo Di Francesco (Direttore Scientifico Meccanici Terrestri)

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