PIANIFICAZIONE E FATTIBILITÀ IN FASE ESECUTIVA DI … · Le rocce possono essere classificate...

CORSO «FATTORI INTERNI ED ESTERNI AL CANTIERE CONNESSI ALLE OPERE DI SCAVO E STABILIZZAZIONE DEI VERSANTI»_____________________________________________________________________________________________________________

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PIANIFICAZIONE E FATTIBILITÀ IN FASE ESECUTIVA DI SCAVI DI SBANCAMENTO IN TERRENI SCIOLTI O IN

ROCCIA, OPERE PROVVISIONALI IN MODO DA OPERARE IN SICUREZZA ED EVITARE LOCALI

FENOMENI GRAVITATIVI O PROVOCARE DANNI ALLE COSE O ALLE PERSONE


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ARGOMENTI:

-1° punto: analisi della stratigrafia dei terreni interessati

dalle opere per una corretta interpretazione della perizia

2° punto: fronti di scavo in terreni sciolti/rocce e

valutazione delle interferenze

3° punto: rischio seppellimento

4° punto: opere provvisionali di sostegno terreni sciolti e

rocce


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1° PUNTO: ANALISI DELLA STRATIGRAFIA DEI TERRENI

INTERESSATI DALLE OPERE PER UNA CORRETTA

INTERPRETAZIONE DELLA PERIZIA


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TERMINOLOGIA-1

Angolo di declivio naturale: angolo di inclinazione rispetto all’orizzonte (angolo di

attrito), secondo cui i terreni si dispongono naturalmente sotto l’azione della forza di

gravità.

Blindaggio: realizzazione di una adeguata protezione dello scavo mediante opportuni

sistemi di sostegno e protezione dello stesso.

Coesione: capacità dei terreni di resistere a sforzi di trazione espressa.

Geologia: disciplina che si occupa di studiare le cause che hanno prodotto la crosta

terrestre della terra.

Geotecnica: disciplina che si occupa di studiare la meccanica delle terre e la sua

applicazione nelle opere di ingegneria.

Materiali clastici: rocce sedimentarie o simili che si sono depositate come frammenti di

minerali o rocce presi-stenti.

Materiali litoidi: materiali rocciosi coerenti e compatti che debbono necessariamente

essere scavati con l’ausilio di macchine ad azione demolitrice, ripper, martelli

pneumatici, cunei idraulici, miscele espansive, etc.; sono comprese anche le rocce in

strati alternati nelle quali la presenza di fessurazioni rechino pregiudizio alla

compattezza dell’intera massa.


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TERMINOLOGIA-2

Scavo: operazione di asportazione, rimozione e trasporto di rocce, terre e/o materiali

litoidi dalla collocazione originaria al fine di creare spazi e/o cavità di forme e

dimensioni opportune per utilizzazioni prefissate.

Sistema di puntellazione per scavi: insieme di componenti prefabbricati utilizzati per il

sostegno di pareti verticali di scavi. I principali componenti strutturali sono i pannelli,

le rotaie di scorrimento e gli elementi di sostegno.

Sistema di sostegno e protezione per scavi: insieme di componenti utilizzati per il

sostegno di pareti verticali di scavi.


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Ai fini della sicurezza è di fondamentale importanza conoscere le

caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni interessati dalle

opere.

Per questo motivo andremo a vedere, per sommi capi, le

peculiarità geotecniche dei materiali, da cui dipendono in massima

parte le condizioni di “tenuta” delle pareti di scavo e che

costituiscono il principale fattore predisponente a possibili

fenomeni di instabilità. Per definire le caratteristiche fisico-

meccaniche dei terreni attraverso parametri geotecnici.

PREMESSA


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Il comportamento meccanico d’insieme di ciascun terreno si può valutare dal livello o

tipo di coesione (c) che caratterizza le sue componenti. Infatti, la coesione di un terreno

(normalmente espressa in kPa) è la capacità di resistere a sforzi di trazione.

Dal punto di vista pratico-descrittivo ed in accordo con la letteratura specialistica, è

possibile operare una prima distinzione tra rocce propriamente dette e terre; il secondogruppo rappresenta quello di maggiore interesse ai fini del presente lavoro, in quanto

gran parte delle opere cui ci si riferisce interferiscono con materiali incoerenti e/o con

la porzione superficiale più degradata di ammassi rocciosi (cappellaccio di alterazione

superficiale).

1 kPa = 0,01 kg/cmq 1 Mpa = 10 kg/cmq

Rocceassociazione naturale costituita da un aggregato mono o polimineralico che

rappresenta il risultato tendenzialmente di equilibrio di un processo genetico generato

in ambienti primari termodinamicamente definiti o aggregati di minerali

secondariamente associati in ambienti a prevalente azione fisico-chimica e meccanica a

grande scala. Le rocce possono essere classificate secondo le proprietà fisico-

meccaniche in rocce coerenti, incoerenti, semicoerenti e pseudocoerenti.

PREMESSA


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Rocce coerentiTrattasi di corpi lapidei, massicci o stratificati, caratterizzati da elevati valori della

resistenza che hanno elevata coesione (compresa tra 5 e 10 MPa) e pertanto notevole

resistenza meccanica.

In genere si tratta di aggregati minerali naturali più o meno cementati i quali, se isolati

in campioni, conservano le medesime caratteristiche chimiche, fisiche e geometriche,

anche dopo prolungata immersione in acqua.

Gli ammassi rocciosi presentano una notevole resistenza all’abbattimento, buone

caratteristiche di tenuta e risposta con stile rigido alle sollecitazioni. Le caratteristiche

meccaniche possono essere inficiate dalla presenza di discontinuità strutturali (giunti di

strato, fratture, diaclasi, ecc.).


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Rocce semicoerentiComprendono litologie ad elevata scistosità e preponderante presenza di minerali del

gruppo dei fillosilicati, quali i scisti e le filladi, oppure caratterizzate da un elevato

grado di suddivisione dovuto ad intensa fratturazione per domini di elementi

strutturali sovrapposti ed intersecanti, originatisi a seguito di complesse vicissitudini

geologiche subite nel tempo dai materiali stessi; terreni clastici debolmente cementati

con bassa resistenza meccanica (c compresa tra 0,1 e 5 MPa), che però rimane

costante anche dopo immersione in acqua per lungo tempo.


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Rocce pseudocoerentiSono composte in prevalenza da argilla, detriti in matrice argillosa o siltosa alternati con

argilla; se asciutti, si comportano da semicoerenti, ma arrivano fino allo stato liquido,

man mano che aumenta il loro contenuto in acqua. Questi materiali, dunque,

impongono approfondite verifiche preliminari, per poterne valutare il comportamento

futuro, in quanto sono suscettibili di variazioni significative al variare delle pressioni

neutre (acqua di ritenzione) al loro interno.


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TerreSotto tale denominazione si raggruppano usualmente terreni originati dal disfacimento

di rocce, trasporto torrentizio e fluviale ed i terreni di riporto. Nel caso di materiali

sciolti costituenti un terreno, è agevole ottenere indicazioni sulle proprietà geotecniche

dello stesso mediante analisi speditive quali analisi granulometriche, prove di taglio

diretto. Dalla determinazione di questi parametri sono derivabili, con semplici calcoli,

la coesione e l’angolo di attrito interno. Tutti questi indici sono molto utili per la

caratterizzazione dello stato di un terreno, ed anche per poterlo classificare dal punto

di vista geotecnico.

Terre a comportamento granulareNell’ambito di questa ulteriore categoria sono classificabili le sabbie ed i materiali

clastici fino alle ghiaie, contraddistinti da reazioni agli sforzi di taglio imputabili

essenzialmente alla resistenza per attrito interno, ossia alle forze di attrito che si

generano in corrispondenza delle superfici di contatto tra i granuli.


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Terre a comportamento coesivoLe terre a forte componente argillosa o limosa sono invece dette a comportamento

coesivo, analogamente alle rocce pseudocoerenti, poiché le loro caratteristiche

meccaniche sono essenzialmente condizionate dalla coesione esistente fra le particelle

di natura argillosa.

In questo caso, il valore della coesione può variare da 10 KPa a 0,5 Mpa. Le forze in

gioco sono dovute all’attrazione elettrostatica tra gli elementi lamellari costituenti il

materiale argilloso; all’aumentare del contenuto d’acqua e, quindi, della pressione

interstiziale o neutrale, la struttura flocculare diviene instabile e pertanto si riduce

sensibilmente la compattezza della massa pelitica, che assume un comportamento

plastico, fino a fluidoviscoso.


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Meccanica dei terreniTenuta dei fronti di scavoLa capacità della parete di scavo di autosostenersi in assenza di opere di stabilizzazione

deve essere valutata in sede progettuale in modo rigoroso; è necessario quindi

effettuare tutte le indagini preliminari di natura geologica e geotecnica e le relative

elaborazioni, cui si è già accennato nei capitoli precedenti. Infatti, è possibile dare allo

scavo un’inclinazione (definita Inclinazione di sicurezza, scarpa, angolo di scarpa) tale

per cui essa risulti stabile nel breve periodo e non vi sia pericolo di crollo.

Detta inclinazione di sicurezza è determinata dalle caratteristiche della parete di scavo;

tra quelle di maggiore interesse vanno ricordate:

• le condizioni geologiche (presenza di discontinuità quali, ad esempio, fratture e/o

intercalazioni di livelli litologicamente differenti) e idrogeologiche (eventuale

presenza e condizioni di circolazione delle acque sotterranee);

• le caratteristiche geometriche (altezza);

• le caratteristiche geotecniche del terreno (angolo di attrito interno, coesione);

• le condizioni al contorno dello scavo (presenza di sovraccarichi in prossimità della

parete di scavo, quali costruzioni, edifici, ecc.).


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Le metodiche di valutazione della stabilità di un versante (sia esso naturale o artificiale)

tengono conto di questi fattori. In via del tutto preliminare si può comunque

evidenziare che:

• la presenza di discontinuità (fratture, diaclasi, giunti, ecc.) agisce a sfavore della

stabilità;

• le condizioni di saturazione del terreno diminuiscono il valore della resistenza

interna del materiale;

• la presenza di falde idriche sospese nell’ambito del versante, analogamente alla

presenza di costruzioni o ingombri di qualsivoglia natura in prossimità del limite della

parete di scavo, costituiscono sovraccarichi che agiscono a sfavore della stabilità;

• l’aumentare dell’altezza agisce a sfavore della stabilità, per inclinazioni superiori al

valore dell’angolo di attrito interno, come precisato nel paragrafo successivo.

In ogni caso all’aumentare dell’angolo di attrito interno del materiale e della sua

coesione aumenta l’angolo di scarpa e, conseguentemente, la stabilità del versante.


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Valutazione delle condizioni di stabilità dei terreniSi riportano alcuni esempi applicativi, con riferimento alla diversità intrinseca del tipo di

terreno dove dovrà essere effettuato lo scavo.

Terreni granulari (non coesivi)La stabilità in questi terreni dipende direttamente dalle caratteristiche geotecniche

e può essere ricondotta, indipendentemente dall’altezza dello scavo, al valore

dell’angolo di attrito interno del materiale non coesivo.

Definito il Fattore di Sicurezza (FS) di una parete di scavo come:

FS = tg ϕϕϕϕ / tg ββββdove:

ϕ = angolo di attrito interno del materiale

β = inclinazione della parete di scavo

per valori di FS maggiori o uguali a 1 lo scavo può essere considerato stabile, in assenza

di significative variazioni delle condizioni al contorno.


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Terreni coesiviNei terreni coesivi si può superare l’inclinazione dell’angolo d’attrito, in virtù della

maggiore resistenza interna del materiale, per la presenza di forze di coesione tra le

particelle. Anzi, queste condizioni vengono convenzionalmente definite mediante le

notazioni “f = fu = 0; c = cu > 0”, per indicare che il terreno reagisce alle tensioni indotte

essenzialmente grazie alla coesione interna, poiché le forze di attrito risultano inibite

dalle sovrappressioni neutre.

Ciò risulta particolarmente evidente nei terreni argillosi, dove è possibile, per un tempo

limitato, realizzare pareti verticali in grado di autosostenersi. In tal caso il fattore di

controllo della stabilità è costituito dal l’altezza della parete verticale. Tale valore può

essere velocemente calcolato con la seguente relazione:

Hc = 4 c / γγγγn

dove:

Hc = altezza critica

c = coesione

γγγγn = densità naturale del terreno


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Terreni dotati di attrito e coesionePer una verifica della pendenza da conferire alle scarpate perché rispondano ai requisiti

di sicurezza richiesti dalle norme, si ipotizza che la superficie di scivolamento abbia una

forma di arco di cerchio passante per il piede della parete, con assenza di emergenze

d’acqua e senza sovraccarichi. Nel caso più generale, in cui la reazione dei terreni è

funzione sia dell’attrito interno che della coesione, è possibile ricorrere all’abaco di (E.

Hoek & J.W.Bray). In altri termini, con tale grafico è possibile verificare speditivamente

la stabilità a breve termine di una parete di taglio, note le principali caratteristiche

geotecniche dei materiali.


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2° PUNTO: FRONTI DI SCAVO IN TERRENI SCIOLTI/ROCCE E

VALUTAZIONE DELLE INTERFERENZE


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Sbancamento

Splateamento


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Le interferenze di maggiore attenzione sono riconducibili a traffico veicolare ed

al transito pedonale, nonché alla sovrapposizione di attività durante le attività.

Altre interferenze possibili, sono legati alla sovrapposizione con altri cantieri con

la sovrapposizione tra attività e personale di aziende diverse laddove sono

previste opere all’interno di cantieri di terzi.

In ogni caso, prima della realizzazione delle opere, l’impresa esecutrice deve

elaborare apposito POS inerente il lavoro in oggetto, valutando le condizioni

imminenti alla realizzazione dell’opera.

Laddove i lavori si svolgono all’interno di cantieri di terzi, è necessario, che

l’impresa esecutrice elabori specifico POS per il cantiere in questione. Detto POS

aggiornerà il presente PSC e ne sarà parte integrante, costituirà opera di

coordinamento e pianificazione da parte del CSE. L’impresa ha l’obbligo di

partecipare alle riunioni di coordinamento tenute dai vari CSE.


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AREA CANTIERE


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Esempio di scavi realizzati rispettando il «declivio naturale» del terreno o comunque in modo tale da consentire la gestione del rischio residuo


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3° PUNTO: RISCHIO SEPPELLIMENTO


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MISURE GENERALI DI PROTEZIONE CONTRO IL RISCHIO

DI SEPPELLIMENTO DA ADOTTARE NEGLI SCAVI

Cadute di masse di terreno

La zona dove è localizzato il cantiere deve essere individuata topograficamente,

morfologicamente e geologicamente anche al fine di valutare i possibili rischi di

cadute di masse di terreno (franamenti) che possono interessare le installazioni di

cantiere.

Ove non risulti possibile localizzare le installazioni in zona sicura è necessario

provvedere alla messa in opera di protezioni idonee ad eliminare o ridurre al minimo

tale rischio, quali ad es. sbarramenti e consolidamenti.

Quando sono eseguiti lavori in corrispondenza di pendii dove siano da temere cadute

di masse di terreno è necessario ispezionare preventivamente e periodicamente le

superfici ed i cigli superiori ed inferiori al fine di verificarne la consistenza e di

rimuovere le eventuali masse instabili, anche di modeste dimensioni, che possono

costituire pericolo per i lavoratori.


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Durante la esecuzione dei lavori devono essere limitati al minimo le vibrazioni e gli

scuotimenti indotti al terreno limitrofo. Dopo piogge o altre manifestazioni atmosferiche

che hanno determinato l'interruzione dei lavori è necessario accertare la stabilità dei

terreni e delle eventuali opere di consolidamento o di sbarramento.

Al verificarsi di cadute di masse di terreno anche di modesta entità o anche contenute

dai sistemi di protezione, i lavori devono essere sospesi ed i lavoratori allontanati dalla

zona di pericolo. Prima della ripresa delle attività devono essere ispezionati

accuratamente i siti e rimosse le eventuali masse instabili.

Devono essere previste, in relazione alle caratteristiche e dimensioni dei lavori, squadre

di emergenza e di salvataggio opportunamente attrezzate ed istruite per il pronto

intervento in soccorso di lavoratori eventualmente coinvolti dal sistema franoso.


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Il rischio di seppellimento è quello derivante dal cedimento della parete di taglio e

dipende dalle peculiarità dell’area interessata, in cui assumono importanza la

morfologia del terreno, la presenza di impianti interrati (energia elettrica, gas, acqua,

telecomunicazioni), la presenza di opere interrate o fuori terra che possono creare

interferenze con i lavori da svolgere.

Le caratteristiche del terreno possono essere determinate mediante indagini

preliminari sul posto. L’entità delle indagini dipende dalle caratteristiche dell’opera che

deve essere eseguita, e possono comprendere la raccolta di informazioni sulla natura

geologica della località interessata e sondaggi mediante prelievo di campioni nell’area

dello scavo. Nella determinazione delle caratteristiche del terreno assume particolare

importanza la stabilità. I terreni hanno stratificazioni di consistenza diversa e, quando si

esegue uno scavo, si innesca una situazione di squilibrio nelle spinte laterali e gli strati

di cui il terreno è composto si posizionano secondo un angolo di inclinazione rispetto

all’orizzontale, chiamato angolo di declivio naturale. La stabilità del terreno è

influenzata dall’altezza dello scavo, dall’inclinazione delle pareti, dall’azione dell’acqua

dovuta alla pioggia durante l’attività di cantiere, dall’azione del gelo e del disgelo, ecc…


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Riprendiamo infine alcuni suggerimenti relativi al rischio di seppellimento.

Questo rischio deve essere eliminato e/o ridotto mediante:

- sistemi di protezione collettiva;

- metodologie procedurali di lavoro;

- sistemi alternativi allo scavo.

In particolare “la stabilità del terreno non è un fattore assoluto bensì relativo” e

dunque bisogna considerare che:

- la conoscenza delle caratteristiche del terreno è di basilare importanza;

- il profilo di un pendio è solo momentaneamente stabile e che si modifica in tempi più o

meno lunghi;

- le condizioni di qualsiasi terreno (naturale o di riporto) possono cambiare in corso

d’opera, per cui è necessario controllare il suo stato, soprattutto al modificarsi delle

condizioni atmosferiche;


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- la presenza di acqua (sia piovana che circolante nel terreno) è un fattore destabilizzante,

per cui in queste condizioni, la stabilità è una eccezione e non una norma;

- il gelo ed il disgelo hanno una azione disgregatrice che si presenta in ritardo rispetto alle

variazioni della temperatura ambientale;

- i terreni di riporto pregiudicano ulteriormente la stabilità;

- i terreni argillosi sono particolarmente sensibili all’umidità e alla aridità;

- la stabilità di un terreno può essere invalidata dalla presenza di altri scavi nelle vicinanze;

- il terreno di scavo deve essere depositato ad una distanza di almeno un metro dal bordo

dello scavo o ad una distanza maggiore in relazione alla natura del terreno;

- in prossimità del bordo dello scavo deve essere impedito il transito e la sosta di veicoli,

l’istallazione di attrezzature, il deposito di materiali e qualsiasi fonte di vibrazione e urto.


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Esempio di scavi realizzati NON rispettando il «declivio naturale» del terreno o in violazione alle norme di legge


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Esempio di scavi realizzati NON rispettando il «declivio naturale» del terreno o in violazione alle norme di legge


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ARGOMENTI:4° punto: opere provvisionali di sostegno terreni sciolti e

rocce


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I franamenti dello scavo possono essere evitati applicando i

seguenti criteri.

1)Nel caso di sbancamenti e splateamenti, è opportuno conferire al terreno una

inclinazione non superiore a quella del declivio naturale, a meno che dalle indagini

preliminari si sia rilevata una scarsa compattezza del terreno, nel qual caso si deve

procedere al consolidamento, mediante tecniche appropriate, o alla realizzazione di

idonei dispositivi di protezione collettiva.


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2)Nel caso di scavi a sezione obbligata con pareti verticali o subverticali è opportuno:

- realizzare idonei dispositivi di protezione collettiva, nello scavo di pozzi e trincee, la

realizzazione di armature di sostegno quando la profondità è maggiore di 1,5 m; ciò

non esclude la posa in opera di protezioni collettive anche al disotto di tale valore, se la

consistenza del terreno o le condizioni ambientali non diano sufficiente garanzia di

stabilità);

- posizionare le armature di sostegno, di pari passo con l’avanzamento dello scavo, e

permettere il prosieguo e i successivi lavori senza pericoli ed intralci;

- consentire il disarmo graduale mentre si effettua il rinterro;

- scegliere il tipo di armatura di sostegno, le sue dimensioni, la disposizione ed il

numero degli elementi in relazione alla natura, alle condizioni ed alla spinta dei terreni;

- calcolare la resistenza della armatura tenendo conto di tutti i fattori influenzanti la

stabilità delle pareti dello scavo, come il traffico veicolare nelle vicinanze, la

movimentazione delle macchine usate per lo scavo, gli edifici adiacenti ed ogni altro

carico che non sia stato possibile allontanare;


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3) Nel caso di scavi in presenza di acqua, adottare accorgimenti differenti in base alla

situazione specifica che si presenta come:

- l’utilizzo di idonee armature di sostegno;

- l’impiego di idonei sistemi per l’eliminazione delle acque ed il loro controllo;

- la disposizione, ove sia possibile, del terreno di risulta, in modo che formi una

barriera protettiva all’ingresso dell’acqua nello scavo;

- l’utilizzo di idonei DPI.


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4) Tenere presente le condizioni atmosferiche prevedibili, per poter predisporre

adeguati interventi sia preventivi che operativi come:

a) la protezione degli scavi da eventi meteorici (pioggia/neve) mediante teli

impermeabili;

b) la raccolta e canalizzazione delle acque meteoriche;

c) la raccolta e allontanamento della neve dal ciglio degli scavi;

d) l’immediata sospensione dei lavori nel caso di individuata instabilità del terreno;

e) il controllo della efficienza delle armature di sostegno e della stabilità del terreno

dopo lunghi periodi di sosta e consistenti eventi meteorologici, prima di iniziare di

nuovo i lavori.

f) Rimuovere eventuali massi affioranti dalle pareti degli scavi.

g) Impedire il transito e la sosta di autoveicoli in prossimità dello scavo.

h) Impedire l’installazione di pesanti attrezzature ed il deposito di materiali in

prossimità dello scavo.

i) Allontanare o ridurre qualsiasi fonte di vibrazione o di urto in prossimità dello scavo.


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RETE METALLICA

FISSAGGIO ANCORAGGIO

SUPERIORE

FFF

F


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Inserimento armatura Blocco in sospensione dell’armatura

Inserimento del tubo di getto Inserimento della tramoggia imbuto

DIAFRAMMI


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Le terre armate sono opere di contenimento utilizzate perlopiù per la bonifica, per il

rinforzo di scarpate in frana o per riprofilare dei pendii; con esse è possibile sia

incrementare l’angolo di scarpata sia di stabilizzare il versante. Le procedure consistono a

titolo esemplificativo sono:

>eliminazione della coltre detritica parzialmente mobilitata e riprofilatura del terreno;

>copertura della scarpata con geotessile tessuti o geogriglie d’armatura;

>posizionamento delle casseformi, con angolo di scarpa predeterminato;

>installazione della stuoia in geotessile, opportunamente disposta, nelle casseformi;

>il materiale di riporto, utilizzato per il rilevato, dovrà essere adeguatamente bagnato e

rullato per poter ottenere la massima densità e stabilità.

>rinverdimento della scarpata ricostruita.

TERRE ARMATE


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SEZIONE TIPO TERRA ARMATA

Fig.1 particolare geogriglia


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Fig.3 particolare singolo strato

Fig.2 sezione tipo


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FASI OPERATIVE TERRA ARMATA


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PANORAMICA IN FASE REALIZZATIVA

PANORAMICA POST REALIZZAZIONE


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SEZIONE TRIDIMENSIONALE


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SCAVI IN ROCCIA


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CONCLUSIONI E

RACCOMANDAZIONI


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