Secondo le NTC 2018 (par. 6.2.5), nei casi in cui a causa della particolare complessità della situazione geotecnica e dell’importanza e impegno dell’opera, dopo estese ed approfondite indagini, permangano documentate ragioni di incertezza risolvibili solo in fase costruttiva, la progettazione può essere basata sul metodo osservazionale (M.O.).
Tale metodo lo si applica seguendo questo iter:
- devono essere stabiliti i limiti di accettabilità dei valori di alcune grandezze rappresentative del comportamento del complesso struttura-terreno;
- si deve dimostrare che la soluzione prescelta è accettabile in rapporto a tali limiti;
- devono essere previste soluzioni alternative (qualora si ipotizzi che i limiti indicati siano raggiunti), congruenti con il progetto, e definiti i relativi oneri economici;
- deve essere istituito un adeguato sistema di monitoraggio in corso d’opera, con i relativi piani di controllo, tale da consentire tempestivamente l’adozione di una delle soluzioni alternative previste, qualora i limiti indicati siano raggiunti.
I primi due punti sono riferibili alla definizione dei limiti di accettabilità
I limiti di accettabilità sono quei valori di alcune grandezze rappresentative del comportamento del complesso struttura-terreno
I restanti tre punti sono riconducibili, invece, al monitoraggio del complesso opera-terreno descritto nel paragrafo seguente.
Monitoraggio del complesso opera-terreno
Il monitoraggio del complesso opera-terreno e degli interventi avviene mediante l’installazione di una idonea strumentazione e nella misura di grandezze fisiche significative:
spostamenti, tensioni, forze e pressioni interstiziali – prima, durante e/o dopo la costruzione dell’opera di progetto.
Il monitoraggio deve verificare la corrispondenza tra le ipotesi progettuali e i comportamenti osservati e di controllare la funzionalità dei manufatti nel tempo.
Ipotesi progettuali ↔ Comportamenti osservati
Nell’ambito del Metodo Osservazionale, il monitoraggio ha lo scopo di confermare la validità della soluzione progettuale adottata o, in caso contrario, di individuare la più idonea tra le altre soluzioni previste in progetto.
Se previsto, il programma di monitoraggio deve essere definito ed illustrato nella Relazione Geotecnica
Nelle NTC 2018 viene riconosciuta la possibilità di ricorrere al Metodo Osservazionale in tutti quei casi in cui è difficile formulare previsioni sul modello geologico e su quello geotecnico e sul comportamento geotecnico dei terreni e geomeccanico delle rocce che interagiscono con le opere.
Evoluzione storica del modello osservazionale
Il padre del Metodo Osservazionale è Terzaghi che, nel 1945 scriveva:
La Meccanica delle Terre, per ciò che sappiamo oggigiorno, ci fornisce un terzo metodo che possiamo denominare metodo osservazionale. La procedura da seguire è la seguente:
- Basarsi nella progettazione su qualsiasi informazione che è possibile ottenere.
- Fare una lista preliminare delle possibili differenze tra la realtà e le ipotesi fatte.
- Successivamente calcolare, sulla base delle ipotesi originarie, diverse grandezze che possono venire misurate in sito.
Nel 1969 Peck rivisita il metodo osservazionale e propone:
- esplorazione preliminare sufficiente a stabilire, almeno in generale, la natura, stratigrafia e proprietà del deposito, ma non necessariamente dettagliata;
- definizione delle condizioni più probabili e delle più sfavorevoli deviazioni concepibili da tali condizioni; in questa fase la geologia sovente gioca un ruolo importante;
- dimensionamento e progettazione delle opere sulla base di ipotesi di comportamento del terreno nelle condizioni più probabili;
- selezione delle grandezze da misurare, di importanza strategica, durante la costruzione e calcolo di un loro valore atteso sotto le ipotesi assunte;
- calcolo dei valori delle stesse grandezze nelle condizioni più sfavorevoli attese sulla base dei dati disponibili del sottosuolo;
- definizione preventiva degli interventi e delle modifiche del progetto originario per ogni possibile deviazione significativa delle risultanze sperimentali dai valori attesi dal calcolo;
- misura delle grandezze scelte e valutazione tempestiva, attraverso una loro interpretazione, delle condizioni reali del sito durante la costruzione;
- modifica del progetto per adattarlo alle reali condizioni..
Dalle considerazioni condotte da Peck sul metodo osservazionale si rileva come nasca il criterio probabilistico della conoscenza del terreno e della valutazione delle sue caratteristiche fisiche e meccaniche, già durante la fase esplorativa preliminare.
Negli anni Sessanta si diffonde il Nuovo Metodo Austriaco (NATM; Rabcewicz, 1964, 1965) nella costruzione delle gallerie, che ha rappresentato una tappa importante nello sviluppo del Metodo Osservazionale. Il NATM ha rivoluzionato la filosofia di scavo e di sostegno delle gallerie, sulla base dell’esperienza acquisita nella realizzazione delle gallerie Austriache Alpine.
Tra i principi del NATM introdotti da Mueller (1978), (sono in totale 22, di cui solo 7 lo caratterizzano in modo sostanziale rispetto agli altri metodi di costruzione di gallerie), un ruolo importante è svolto dalla misurazione dello stato deformativo e tensionale all’intorno della galleria: scopo delle misurazioni è quello di ottenere dall’esperienza nella costruzione dei primi tratti della galleria le informazioni relative al comportamento dell’ammasso roccioso e, quindi, di aggiornare in modo continuo il dimensionamento delle strutture di sostegno.
Durante lo sviluppo del NATM sono stati affinati importanti strumenti di misura che sono diventati di comune impiego.
Il NATM ha favorito lo sviluppo del Metodo Osservazionale per il grande interesse che è stato prestato al comportamento dell’ammasso roccioso, il quale diventava esso stesso fondamentale elemento di sostegno del vuoto creato, mobilizzando la resistenza residua.
Le opere di sostegno flessibili previste dal NATM avevano il solo compito di controllare la chiusura del cavo e regolare la mobilitazione della resistenza residua dell’ammasso roccioso.
Attualmente le misure in corso d’opera sono di routine nella programmazione di progetto di ogni lavoro e i moderni computer sono in grado di registrare (anche a distanza) ed agevolare l’interpretazione tempestiva di misure relative a grandezze di qualsiasi natura.
Le misure in corso d’opera devono essere attentamente pianificate in precedenza ed il loro successo è legato alla possibilità di interpretarle correttamente attraverso il modello di calcolo adottato. E’ proprio in base al modello di calcolo assunto per la simulazione dell’ammasso roccioso e delle strutture realizzate che deve essere definita la campagna delle misure nel dettaglio.
Misure in corso d’opera
Lo scopo delle misure in corso d’opera è l’ottenimento di fattori di sicurezza adeguati durante e dopo la costruzione, al minimo costo (ottimizzazione del progetto).
Quindi:
- il controllo della sicurezza: nella maggior parte dei casi le strutture sotterranee, completate, presentano gradi di sicurezza eccessivi; d’altra parte durante la fase costruttiva si sono verificati nel passato disastri che mettono in evidenza l’importanza del continuo controllo della sicurezza; le misure possono essere viste, in questo caso, come sistema di allarme che permette di prendere coscienza con anticipo del rischio e, quindi, di predisporre le opportune contromisure; a questo riguardo risulta fondamentale la registrazione delle misure nel corso del tempo, soprattutto della derivata della grandezza misurata nel tempo;
- la determinazione delle proprietà dei materiali e, se possibile, dello stato tensionale indisturbato (ottenuta attraverso le tecniche di back analysis);
- la determinazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dell’ammasso roccioso in questa fase risulta particolarmente interessante perché si riferisce al problema in vera grandezza, contrariamente alle prove preliminari che, invece, interessano una porzione limitata dell’ammasso roccioso;
- la verifica della validità della scelta strutturale con riferimento al metodo di costruzione;
- l’ottimizzazione delle caratteristiche geometriche e meccaniche della struttura di sostegno e della tempistica delle operazioni in cantiere è condotta sulla base delle misure in sito; il progetto originario viene continuamente aggiornato fino a che il riscontro sperimentale risulta soddisfacente (sia dal punto di vista della sicurezza, sia dal punto di vista economico);
-
il confronto delle predizioni teoriche con il comportamento strutturale reale;
Poiché il modello di calcolo messo a punto non può simulare in modo perfetto le condizioni reali, si riscontra sempre una certa differenza tra i risultati del calcolo e le misurazioni effettuate; anche una accurata analisi parametrica può solo ricavare a ritroso i parametri meccanici e fisici che rendono minimo lo scarto tra i risultati del calcolo e le misurazioni condotte.
RISULTATI DI CALCOLO ≠ MISURAZIONI
Quando lo scarto diventa rilevante, risulta necessario riconsiderare le ipotesi assunte nel modello di calcolo, sulla base delle valutazioni sul comportamento dell’ammasso roccioso riscontrate durante la costruzione
Esempio di applicazione del Metodo Osservazionale per uno scavo
Il metodo si articola nei seguenti punti:
- Esplorazione che consenta di costruire il modello geologico e quello geotecnico del deposito;
- Individuazione delle condizioni più probabili e delle più sfavorevoli deviazioni concepibili dalle condizioni dei modelli;
- Dimensionamento e progettazione delle opere sulla base di ipotesi di comportamento del terreno nelle condizioni più probabili;
- Selezione delle grandezze da osservare durante la costruzione e calcolo di un loro valore atteso sotto le ipotesi assunte;
- Calcolo dei valori delle stesse grandezze nelle condizioni più sfavorevoli attese sulla base dei dati disponibili del sottosuolo;
- Individuazione preventiva degli interventi e delle modifiche del progetto originario per ogni possibile deviazione significativa delle risultanze sperimentali dai valori attesi dal calcolo;
- Misura delle grandezze scelte e valutazione tempestiva, attraverso una loro interpretazione, delle condizioni reali del sito durante i tempi di costruzione (in corso d’opera);
- Modificazione del progetto per adattarlo alle reali condizioni.
Per ogni quantità selezionata (punto d) la differenza tra i valori misurati durante la realizzazione dello scavo e quelli previsti in progetto deve rimanere entro prefissati livelli di attenzione.
Il superamento di tali livelli (soglie) individua gli interventi previsti al punto f), che vengono classificati col termine di “contromisure” se hanno l’effetto di allontanare l’opera da condizioni valutate pericolose (linea condizioni pericolose), o invece si possono definire “razionalizzazioni” se permettono soluzioni progettuali meno onerose, derivanti da un comportamento osservato meno gravoso di quello previsto.
La Relazione Geotecnica e il Metodo Osservazionale
Come decritto anche nell’Eurocodice 7 (Geotechnical design- Part 1: General rules UNI – Progettazione geotecnica Parte 1 : Regole generali . UNI ENV 1997-1), la relazione geotecnica deve comprendere un piano di supervisione e controlli. Nella relazione devono essere chiaramente individuate le parti dell’opera che richiedono verifiche durante la costruzione o manutenzione dopo il suo completamento. Se le verifiche richieste sono state effettuate in corso d’opera, esse devono essere riportate in una relazione integrativa.
In relazione alla supervisione ed ai controlli, nella relazione geotecnica si devono indicare:
- L’oggetto di ogni serie di osservazioni o misure;
- Le parti della struttura da controllare e le postazioni in cui le osservazioni devono essere eseguite;
- La frequenza con cui le misure vanno eseguite;
- Il modo in cui i risultati devono essere valutati;
- L’intervallo dei valori entro cui si devono considerare i risultati;
- Il periodo di tempo durante il quale si devono proseguire i controlli dopo l’ultimazione dei lavori;
- I soggetti responsabili dell’esecuzione delle misure e delle osservazioni, dell’interpretazione dei risultati e del controllo e della manutenzione degli strumenti.
La supervisione del processo di costruzione e della qualità della realizzazione, cosi come il controllo del comportamento della struttura, durante e dopo la costruzione, devono essere svolti secondo le specifiche predisposte nella relazione geotecnica.
Il piano di supervisione contenuto nella relazione geotecnica deve individuare i limiti accettabiliper i risultati che saranno ottenuti nel corso della supervisione stessa.
E’ opportuno che il piano di supervisione indichi il tipo, la qualità e la frequenza delle attività di supervisione, a loro volta correlati con:
- il grado d’incertezza delle ipotesi progettuali;
- la complessità delle condizioni del terreno e di carico;
- il potenziale rischio di rottura in corso d’opera;
- la possibilità d’introdurre modifiche al progetto o di procedere a interventi correttivi in corso d’opera
L’applicazione del metodo osservazionale in sintesi
- Giustificazione per l’utilizzo: incertezze risolvibili solo durante la fase esecutiva
- Modalità:
- Si devono individuare alcune grandezze significative
- Definire i limiti di accettabilità di tali grandezze
- Accettabilità della soluzione prevista in relazione ai limiti del punto 2
- Monitoraggio in corso d’opera
Quali sono i vantaggi del Metodo Osservazionale?
Concludendo, oltre a quelli già esaminati, i vantaggi del metodo sono:
- ottimizzare l’uso delle risorse naturali
- migliore comprensione dell’interazione terreno-struttura (ad es. dovuta all’impatto di un terremoto, ai carichi del vento, etc.)
- uso efficiente degli spazi sotterranei
- miglioramento della salute e della sicurezza
- riduzione dei rischi ambientali naturali ed antropici
- conoscenza basata su costruzioni ad alta tecnologia
- buona reputazione per il settore geologico e geotecnico
Tratto dalla lezione del Master di II livello in Engineering Geology del Centro di GeoTecnologie dell’Università di Siena: “Il Metodo Osservazionale” del Prof. Eros Aiello
Stima volume geotecnico significativo – GIT
GIT è il software che permette di calcolare la stima del volume geotecnico significativo secondo: NTC 2018, Lancellotta e Calavera, Eurocodice 7. Il volume significativo da indagare è costituito dalla massa di terreno entro il quale si risentono gli effetti dell’intervento.
