Scienza delle costruzioni vol. 0

Introduzione

Da lungo tempo il Dipartimento di Ingegneria Geotecnica dell'Università di Napoli Federico II sta svolgendo attività di ricerca sulla stabilità dei pendii e, negli ultimi anni, ha esteso la propria attività agli interventi di stabilizzazione. La ricerca è stata sempre fortemente legata al territorio, essendo sviluppata su siti campione, rappresentativi di realtà geologiche e geotecniche ampiamente diffuse in Italia Meridionale ed ha coinvolto competenze complementari alla geotecnica, in primo luogo quelle dei geologi e dei geologi applicati, che hanno curato la parte areale. L'impostazione fortemente sperimentale della ricerca è nata dalla consapevolezza che lo studio dei pendii deve essere sempre confortato dal monitoraggio, poiché i processi di analisi e di previsione sono affetti da forti incertezze legate: - alla conoscenza necessariamente limitata del sottosuolo rispetto agli enormi volumi coinvolti, - alla variabilità dei terreni, tipica delle formazioni argillose a struttura complessa, - al regime delle pressioni neutre nel sottosuolo, quasi sempre assai irregolare. A fronte di ciò, una non trascurabile complicazione è rappresentata dal coefficiente di sicurezza estremamente modesto esistente nei pendii o ottenibile con gli interventi di stabilizzazione che, in linea teorica, richiederebbe un'analisi estremamente affidabile.

Gli studi del nostro gruppo sono partiti con un'ampia caratterizzazione meccanica dei terreni, avviata molti anni fa e sono proseguiti con continuità negli anni. Sono stati posti sotto osservazione alcuni siti, nei quali sono in atto fenomeni franosi o si prevede che possano verificarsi; su di essi sono state eseguite ampie investigazioni. Le campagne di indagini in sito ed in laboratorio sono state ripetute negli anni, costituendo una fitta rete di controllo, fino a farne dei veri e propri "laboratori" nei quali vengono esaminati i vari aspetti che concorrono alla stabilità dei pendii. Per molti anni si è proseguito col monitoraggio del pendio, consistente in misure di pressione neutra nel sottosuolo (e dove necessario di suzione) e spostamenti sia superficiali che profondi; infine si è passati all'esame del comportamento del sistema pendio + intervento di stabilizzazione, realizzando prototipi degli interventi, oppure utilizzando interventi in vera grandezza su cui è in corso un ampio monitoraggio per valutare l'efficacia degli interventi stessi.

Siti studiati

Sono stati considerati due differenti ambienti geologici rilevanti nel contesto dell'Italia Meridionale: 1) le aree vulcaniche costiere della Campania, in cui affiorano terreni piroclastici, suscettibili di frane rapide, pericolose innanzitutto per la vita umana, 2) le aree Appenniniche, in cui affiorano formazioni argillose a struttura complessa, suscettibili di frane lente, pericolose prevalentemente per le strutture e le infrastrutture che attraversano i corpi di frana. Nei due ambienti descritti sono attualmente in esercizio sei campi prova, in cui vengono tenuti sotto controllo i fattori che influenzano il comportamento meccanico del pendio o l'interazione dello stesso con gli interventi di stabilizzazione. Molti dei risultati acquisiti sono stati già pubblicati (si veda bibliografia). In questo fascicolo si riferisce delle attività svolte in quattro dei precedenti campi prova. Gli studi sono rivolti: - alla comprensione dei meccanismi di frana e dei fattori che regolano la stabilità dei pendii, - alle modifiche conseguenti agli interventi di stabilizzazione. Si osservi che nel campo prova di masseria Marino si perseguono entrambe le attività di cui ai punti precedenti.

Aree vulcaniche costiere

Il campo prova, costituito da quattro siti strumentati nell'area dei Campi Flegrei, è stato finanziato dal Comune di Napoli, nell'ambito della convenzione col C.U.G.Ri. (Consorzio Universitario Prevenzione Grandi Rischi, fra le Università di Napoli e Salerno), per lo studio della stabilità del sottosuolo della città di Napoli. Questo filone di ricerca si sviluppa attraverso il monitoraggio di piogge, suzione e spostamenti superficiali e profondi. Gli strumenti installati in sito consistono in pluviometri, tensiometri, psicrometri ed elettrolivelle. I pluviometri sono stati installati nelle zone sommitali di ciascun sito. I tensiometri sono stati disposti in numero di 6 o 12 strumenti per sito, per un totale di 36 sensori, a profondità variabile (con passo di 0.5 m) dalla superficie fino a 4 m dal piano campagna. Gli psicrometri, in uguale numero, sono stati istallati alle stesse profondità al fine di controllare i dati misurati dai tensiometri e di rilevare suzioni eventualmente maggiori di 90 kPa (fondoscala dei tensiometri). Gli spostamenti profondi vengono misurati mediante elettrolivelle, installate all'interno di tubi inclinometrici collocati nelle zone sommitali dei pendii esaminati. Tutti gli strumenti disponibili sono acquisiti automaticamente ed in continuo mediante centraline. Attualmente sono registrate 48 letture giornaliere per i tensiometri e gli psicrometri, 4 letture giornaliere per i pluviometri ed i tiltmetri. Le piroclastiti del napoletano, a causa del loro basso grado di saturazione, pongono notevoli problemi di misura della suzione. La ricerca in oggetto si sta svolgendo secondo le seguenti fasi: - determinazione dell'influenza della suzione sulla resistenza a taglio mediante sperimentazione di laboratorio, - elaborazione delle misure acquisite alle apparecchiature installate in sito, - interpretazione del processo di infiltrazione attraverso codici di calcolo numerici ed analisi teoriche, - verifiche di stabilità. Un primo esame di parte delle misure è contenuto nella nota di Evangelista, Pellegrino e Scotto.

Aree Appenniniche

L'osservazione di varie frane per un lungo numero di anni (tre tenute ancora sotto osservazione, una dismessa dopo 5 anni di controlli), ha consentito di definire il loro comportamento tipico in termini cinematici, mettendo in evidenza l'influenza delle variazioni dei fattori innescanti sul regime degli spostamenti. Alle conoscenze acquisite in sede sperimentale ha fatto seguito la modellazione della risposta meccanica della frana alle variazioni di condizioni al contorno sia idrauliche che tensionali. A tale tema è dedicata la nota di Piscitelli e Urciuoli, contenuta in questo fascicolo. Dopo la fase di analisi delle frane, nel 1997 si avviò lo studio del comportamento dei pendii a seguito di interventi di stabilizzazione, a volte facendo riferimento ad opere già realizzate, a volte da realizzare ad hoc (prototipi) nei siti anzidetti, cioè in ambienti già "noti", sotto il profilo geologico e geotecnico. Furono scelti tre dei sei siti fino ad allora indagati dall'U.O. e con riferimento ad essi furono realizzati i campi prova. Per il tema "drenaggi" l'obiettivo è di individuare i limiti di applicabilità dei modelli di analisi al funzionamento dei drenaggi in Argille Varicolori. Tali terreni infatti presentano aspetti fortemente peculiari perché la permeabilità della componente argillosa è molto ridotta mentre quella dell'ammasso è fortemente dispersa, per la presenza di strutture che rappresentano vie preferenziali di circolazione dell'acqua. Questi aspetti non sono tenuti in debito conto nei modelli, né esistono misure sperimentali su opere realizzate in Argille Varicolori che diano conto del loro reale funzionamento; per quanto riguarda nello specifico le aste infisse da pozzi la letteratura appare in generale particolarmente povera. Il sito studiato si trova lungo la strada Fondovalle Sele, in comune di Contursi, ed interessa una vasta area in frana stabilizzata con drenaggi: pozzi con aste sub orizzontali e trincee. L'area fu, in un primo momento, strumentata dall'ente gestore della strada ai fini del progetto delle opere di stabilizzazione; successivamente il Dipartimento di Ingegneria Geotecnica ha sensibilmente integrato la strumentazione disponibile, con piezometri Casagrande ed a corda vibrante, acquisiti in continuo, per controllare l'efficienza dei drenaggi e la modifica del regime delle pressioni neutre nel sottosuolo. Su questo tema verte la nota di Ramondini. Il tema "pali in frana" presenta anch'esso notevoli aspetti di complessità ed incertezza, nel senso che esistono in letteratura vari modelli per lo studio dell'interazione dei pali col corpo di frana che però a volte conducono a risultati sensibilmente diversi. La raccolta di dati sperimentali appare in questo caso indispensabile per fare chiarezza sull'argomento. Il campo prova, che si trova in un lotto di proprietà di un privato con cui l'Università ha stipulato un contratto di fitto per nove anni, è costituito da: - un gruppo di pali tubolari in acciaio del diametro esterno di 40 cm e della lunghezza di 10 m, disposti in fila, di cui quello centrale strumentato con un tubo inclinometrico ed estensimetri acquisiti in continuo, - un palo singolo delle stesse dimensioni dei precedenti, strumentato in modo analogo, - inclinometri e piezometri Casagrande ed a corda vibrante, acquisiti in continuo, disposti a monte ed a valle della fila di pali, - picchetti topografici. I risultati finora raggiunti sono contenuti nella nota di Evangelista e Lirer. Il tema "trattamento con sali" rappresenta un argomento di ricerca intrapreso solo di recente dal Dipartimento. Studi sistematici sull'influenza del contenuto salino dell'acqua di porosità sulle caratteristiche meccaniche delle argille erano stati condotti solo in laboratorio su argille ricostituite ed in sito sulle argille sensitive. Il Dipartimento ha ritenuto opportuno avviare la sperimentazione di laboratorio su argille naturali. I risultati ottenuti in laboratorio su Argille Varicolori hanno incoraggiato l'apertura di questo filone per cui è stata anche avviata una ricerca per verificare l'applicabilità di tale procedura in sito. A tal fine è stato allestito il campo prova di Bisaccia. Nel sito, concesso all'Università dal Comune di Bisaccia, sono stati realizzati: - 22 fori della profondità di 5 m, attrezzati con tubi sfinestrati di pvc rigido nei quali viene collocato il sale, - 4 fori della profondità di 10 m ed 1 della profondità di 6 m, attrezzati con due piezometri Casagrande per ciascuna verticale, - 1 foro della profondità di 30 m attrezzato con tre piezometri Casagrande, - una rete di picchetti topografici. Sono stati prelevati 45 campioni indisturbati, di cui 11 a pressione e 34 a rotazione. I risultati finora ottenuti sono riportati nella nota di Maggiò e Pellegrino. Sui tre campi prova descritti sono in programma significative integrazioni della strumentazione esistente, per approfondire alcuni aspetti della ricerca.

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