Fasi di progetto e carichi considerat

Per il modello di calcolo della struttura di sostegno sono state considerate due condizioni di carico distinte, essendo la realizzazione del progetto divisa in più fasi (Fase 1 – Realizzazione della postazione di perforazione , Fase 2 – Realizzazione della centrale e dell’air cooler). Come già detto in precedenza, una volta realizzata tutta la fitta rete di tubazioni necessarie per l’estrazione del gas, l’impianto di perforazione verrà rimosso dal sito (conclusione Fase 1) per lasciare il posto alla costruzione della centrale di geotermoelettrica, (Fase2).

Nella Fase 1 i carichi che entrano in gioco sono quelli della postazione di perforazione (lato valle) mentre nella Fase 2 entrano in gioco quelli della centrale geotermica (lato monte); è bene precisare che queste fasi corrispondono a due situazioni temporali distinte. Per il calcolo della Fase 1, al fine di schematizzare il processo di realizzazione dello scavo più realisticamente possibile, sono stati considerati 6 stage , ognuno dei quali schematizza l’abbassamento di quota del fondo di scavo, e l’applicazione dei carichi. Questo ha permesso di valutare di volta in volta l’insorgere di problematiche specifiche legate alla profondità dello scavo stesso.

pag. 176 • Stage1: Stato naturale, esecuzione della paratia • Stage2: Inizio operazioni scavo

• Stage3: Inserimento tirante • Stage4: Fine operazioni scavo

• Stage5: Applicazioni carico postazione perforazione

• Stage6: Applicazione azione sismica pseudo-statica equivalente

Per quanto riguarda la Fase2, in quanto le operazioni di scavo risultano già effettuate, si considera solo lo Stage5: Applicazione carico centrale geotermica e Stage6: Applicazione azione sismica pseudo-statica equivalente.

Nei paragrafi che seguiranno non saranno riportate le verifiche di tutti gli Stage ma solamente di quelli più significativi.

Di seguito è riportata una tabella che riporta una stima preliminare dell’analisi dei carichi impiegata in tale modello. L’intensità è stata ricavata dai valori di carico della singola opera divisa per la superfice disponibile alla sua realizzazione, arrotondandola per eccesso in favore di sicurezza:

FASE 1

Nome carico Intensità (kN/mq) Pepo proprio trivella di perforazione (G2) 20

Postazione di perforazione variabile(qk) 2

Carico neve(qn) 0,78

Carico stoccaggio terra lato monte(G2) 3

Tabella 22. Carichi Fase1

FASE 2

Nome carico Intensità (kN/mq) Pepo proprio centrale geotermica(G2) 10

Centrale geotermica variabile (qk) 2

Carico neve(qk) 0,78

Postazione di perforazione variabile(qk) 2

Tabella 23. Carichi Fase 2

La fase di scavo massima e la configurazione caratteristica è rappresentata nella figura seguente

Progettazione opere di sostegno Capitolo III

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3.8.3

Stabilità globale

Per verificare le condizioni di sicurezza dell’aree potenzialmente critiche nei confronti della stabilità del pendio dove verrà realizzata la paratia, sono state eseguite le verifiche di stabilità, utilizzandoil metodo dell'equilibrio limite.

Tale metodo consiste nello studiare l'equilibrio di un corpo rigido, costituito dal pendio e da una superficie di scorrimento di forma qualsiasi (linea retta, arco di cerchio, spirale logaritmica); da tale equilibrio vengono calcolate le tensioni da taglio (τ) e confrontate con la resistenza disponibile (τf), valutata secondo il criterio di rottura di Coulomb; da

tale confronto ne scaturisce la prima indicazione sulla stabilità attraverso il coefficiente di sicurezza:

𝐹𝑠 =𝜏𝑓⁄ _𝜏

Tra i metodi dell'equilibrio limite alcuni considerano l'equilibrio globale del corpo rigido (Culman), altri a causa della non omogeneità dividono il corpo in conci (metodo delle strisce) considerando l'equilibrio di ciascuno (Fellenius, Bishop, Janbu ecc.).

Figura 145. Suddivisione corpo rigido con il metodo dei conci (strisce)

Nel metodo dei conci la massa interessata dallo scivolamento viene suddivisa in un numero conveniente di strisce. Se il numero dei conci è pari a n, il problema presenta le seguenti incognite:

• n valori delle forze normali N’i agenti sulla base di ciascun concio;

• n valori delle forze di taglio alla base del concio Ti;

• (n-1) forze normali Ei agenti sull'interfaccia dei conci;

• (n-1) forze tangenziali Xi agenti sull'interfaccia dei conci;

• n valori della coordinata a che individua il punto di applicazione delle Ei;

• (n-1) valori della coordinata che individua il punto di applicazione delle Xi;

Progettazione opere di sostegno Capitolo III

Figura 146. Forze sul generico concio

Complessivamente le incognite sono (6n-2). Mentre le equazioni a disposizione sono: 1. Equazioni di equilibrio dei momenti n

2. Equazioni di equilibrio alla traslazione verticale n; 3. Equazioni di equilibrio alla traslazione orizzontale n; 4. Equazioni relative al criterio di rottura n.

Totale numero di equazioni 4n.

Il problema è staticamente indeterminato ed il grado di indeterminazione è pari a: 𝑖 = (6𝑛 − 2 ) − 4𝑛 = 2𝑛 − 2

Il grado di indeterminazione si riduce ulteriormente a (n-2) in quanto si fa l'assunzione che Ni sia applicato nel punto medio della striscia. Ciò equivale ad ipotizzare che le tensioni normali totali siano uniformemente distribuite. I diversi metodi che si basano sulla teoria dell'equilibrio limite si differenziano per il modo in cui vengono eliminate le (n-2) indeterminazioni.

Le verifiche di stabilità sono state eseguite mediante il software di calcolo

ParatiePlus 18 che consente di implementare le variabili che si presentano su un pendio e, più in generale, nel materiale terra. I metodi di calcolo utilizzabili sono molteplici e sviluppati da vari Autori, ciascuno dei quali ha sviluppato proprie teorie. Nel caso specifico si è scelto il metodo di Bishop (semplificato) e il metodo

Morgenstern & Price.

Il metodo di Bishop (semplificato) assume che i vari conci si scambino azioni solo normali alle facce, vale a dire azioni orizzontali, ammettendo che Xi-Xi-1=0; richiede

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sicurezza viene ricavato considerato l’equilibrio alla traslazione di ogni singola striscia e la rotazione dell’ammasso potenzialmente instabile.

Il metodo di Morgenstern & Price è un metodo accurato, che determina il coefficiente di sicurezza risolvendo sia l’equazione del momento che quella della traslazione su

superfici di forma qualsiasi. Come ipotesi semplificativa assume nota l’inclinazione delle forze tra i conci. Si stabilisce una relazione tra le componenti delle forze di interfaccia del tipo X = λ f(x)E, dove λ è un fattore di scala e f(x), funzione della posizione di E e di X,( in funzione della posizione del concio) definisce una relazione tra la variazione della forza X e della forza E all’interno della massa scivolante. La funzione f(x) è scelta arbitrariamente (costante, sinusoide, semisinusoide, trapezia, spezzata…) e influenza poco il risultato, ma va verificato che i valori ricavati per le incognite siano fisicamente accettabili.

La particolarità del metodo è che la massa viene suddivisa in strisce infinitesime alle quali vengono imposte le equazioni di equilibrio alla traslazione orizzontale e verticale e di rottura sulla base delle strisce stesse. Si perviene ad una prima equazione

differenziale che lega le forze d’interfaccia incognite E, X, il coefficiente di sicurezza Fs, il peso della striscia infinitesima dW e la risultante delle pressioni neutra alla base dU. Si ottiene la cosiddetta “equazione delle forze”:

Figura 147. Azioni sul concio i-esimo secondo le ipotesi di Mongester e Price e rappresentazione d'insieme dell'ammasso

Progettazione opere di sostegno Capitolo III Una seconda equazione, detta “equazione dei momenti”, viene scritta imponendo la condizione di equilibrio alla rotazione rispetto alla mezzeria della base:

𝑋 =𝑑(𝐸𝛾) 𝑑𝑥 − 𝛾

𝑑𝐸 𝑑𝑥

Queste due equazioni vengono estese per integrazione a tutta la massa interessata dallo scivolamento. Il metodo di calcolo soddisfa tutte le equazioni di equilibrio ed è applicabile a superfici di qualsiasi forma, ma implica necessariamente l’uso di un calcolatore.

La stratigrafia che è stata adottata è quella desunta dalle sezioni geologiche, utilizzando i parametri riportati nel capitolo precedenti. Le superfici di scivolamento considerate per il calcolo dei coefficienti di sicurezza, Fs, nei confronti della stabilità sono cilindriche(superfici circolari). Sono state definite un numero elevato di superfici, ad ognuna di queste è stato possibile associare un fattore di sicurezza, ovviamente il fattore di sicurezza minore definisce la cosiddetta superfice critica ed è stato assunto come rappresentativo della condizione di stabilità. La creazione di un numero così elevato di superfice si è resa possibile grazie ad una “griglia di centri”, inserendo come dati di input raggio minimo e raggio massimo e per ogni centro della griglia quadrangolare sono stati generati famiglie di archi. Con questa modalità è stato inoltre possibile ricavare le superfici iso-asfaliche ossia curve a egual coefficiente di sicurezza. La scelta di superfici circolari di scivolamento ha inoltre reso possibile il confronto delle soluzioni ottenute dai due metodi impiegati.

I carichi applicati durante la Fase1, Stage5 non sono stati considerati per le verifiche di stabilità per minimizzare il più possibile il fattore di sicurezza, per tanto è stata eseguita la verifica solo dello Stage 4, fine operazioni di scavo. Per la Fase2 la verifica a stabilità è stata eseguita considerando lo Stage5, ovvero i carichi applicati lato monte, sempre per minimizzare il fattore di sicurezza, sia in assenza di sisma che in presenza di sisma.

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