CERNICCHIARA LIGEA PARTE1 - Porto di Salerno...(per spritz beton e rivestimento definitivo) Modulo elastico E c = 32588 MPa Coefficiente di Poisson ν = 0.20 ... minimo di 5÷20 m

aldo

domenico barletta

___________________________________________________________________________ Gallerie Via Frà Generoso-Via Paesano e Ligea Gallerie naturali – Relazione generale e di calcolo

INDICE

I. NORMATIVE E DOCUMENTAZIONE DI RIFERIMENTO II. MATERIALI

1. INTRODUZIONE

2. DESCRIZIONE DELLE GALLERIE NATURALI

3. FASI PROGETTUALI

4. CARATTERIZZAZIONE GEOMECCANICA DELLE LITOLOGIE

ATTRAVERSATE

5. FASE DI DIAGNOSI: PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO DEFORMATIVO

DEL CAVO IN ASSENZA DI INTERVENTI

6. FASE DI TERAPIA: DEFINIZIONE DELLE SEZIONI TIPO

6.1 Previsioni del comportamento deformativo del cavo

6.2 Sezione tipo 1

6.2.1 Campo di applicazione

6.2.2 Interventi previsti

6.2.3 Fasi di esecuzione

6.3 Sezione tipo 2




6.4 Sezione tipo 3




6.5 Sezione tipo 4




7. PROGRAMMA DEL MONITORAGGIO IN CORSO D’OPERA

8. MODELLAZIONE NUMERICA DELLE GALLERIE NATURALI

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8.1 Introduzione alle analisi effettuate

8.2 Programma delle analisi

8.3 Geometria del modello

8.4 Proprietà e modelli costitutivi dell’ammasso e degli elementi strutturali

8.5 Fasi delle analisi

8.5.1 Analisi in fase di diagnosi

8.5.2 Analisi in fase di terapia

8.6 Analisi dei risultati: fase di diagnosi

8.6.1 Comportamento del cavo in Dolomia (DBS)

8.6.2 Comportamento del cavo in calcare marnoso (CMA) per coperture medio basse

8.6.3 Comportamento del cavo in calcare marnoso (CMA) per alte coperture

8.6.4 Comportamento del cavo in corrispondenza degli imbocchi

8.7 Analisi dei risultati :fase di terapia

8.7.1 Sezione tipo 1

8.7.2 Sezione tipo2



9. VERIFICHE STRUTTURALI DEL RIVESTIMENTO PROVVISORIO E

DEFINITIVO

9.1 Generalità

9.2 Rivestimento provvisorio

9.3 Rivestimento definitivo

10. CONCLUSIONI

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I. NORMATIVE E DOCUMENTAZIONI DI RIFERIMENTO

• Legge 5 Novembre 1971 N° 1086 – “ Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio, normale e precompresso ed a struttura metallica”;

• Circolare LL.PP. 14 Febbraio 1974 n° 11951 – “Norme per la disciplina delle opere in conglomerato cementizio, normale e precompresso ed a struttura metallica – Istruzioni per l'applicazione” ;

• Legge 2 Febbraio 1974 n. 64 – “Provvedimenti per le costruzioni, con particolari prescrizioni per le zone sismiche”;

• CNR 10024/84 del 23.11.1984 – “Analisi di strutture mediante elaboratore: impostazione e redazione delle relazioni di calcolo” ;

• D.M. LL.PP. 14 Gennaio 2008 - “Norme tecniche per le costruzioni”; • Circolare 2 Febbraio 2009, n. 617 - “Istruzioni per l’applicazione delle Norme tecniche per le

costruzioni di cui al D.M. 14 gennaio 2008”. I.a Documentazione di riferimento Nell’ambito della presente relazione si fa sovente riferimento ai seguenti documenti progettuali:

- Rif.a) Relazione geologica e idrogeologica - Rif.b) Rilievo topografico, morfologico e geognostico con raccolta completa e sistematica delle

indagini, sondaggi, saggi e prove di laboratorio disponibili e perseguiti - Rif.c) Planimetria con ubicazione delle indagini geognostiche - Rif.d) Carta geologica - Rif.e) Carta geomorfologica - Rif.f) Carta idrogeologica - Rif.g) Profili geologici e geomeccanici - Rif.h) Sezioni geologiche - Rif.i) Relazione geotecnica: caratterizzazione dei materiali - Rif.l) Gallerie Diramazione A3-Seminario – Galleria Naturale - Relazione generale e di calcolo

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I.b Software utilizzati

• PLAXIS V8.5. Finite element code for soil and rock analyses (An Delft, Netherlands) • PREFLEX, EN.EX.SYS.S.R.L. (Casalecchio di Reno , Bologna)

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II. MATERIALI

• Conglomerato di classe di resistenza C28/35 (per spritz beton e rivestimento definitivo)

Modulo elastico E c = 32588 MPa Coefficiente di Poisson ν = 0.20 Coefficiente di dilatazione termica α = 10×10-6 °C-1 Coefficiente parziale di sicurezza γ c = 1.5 Resistenza caratt. cubica a compressione R ck = 35 MPa Resistenza caratt. cilindrica a compressione f ck = 29.05 MPa Resistenza media cilindrica a compressione f cm = 37.05 MPa Resistenza media a trazione semplice f ctm = 2.83 MPa Resistenza caratteristica a trazione semplice f ctk = 1.98 MPa Resistenza media a trazione per flessione f cfm = 3.40 MPa Resistenza di calcolo a compressione f cd = 16.46 MPa Resistenza di calcolo a trazione f ctd = 1.32 MPa Resistenza tang. Caratteristica di aderenza f bk = 4.45 MPa Resistenza tang. di aderenza di calcolo f bd = 2.97 MPa

• Acciaio da c.a. tipo B450C saldabile (per barre e reti di diametro 6.0mm ≤ Ø ≤ 40.0 mm) Coefficiente parziale di sicurezza γ s = 1.15 Tensione caratteristica di snervamento f yk ≥ 450 MPa Tensione caratteristica di rottura f tk ≥ 540 MPa Allungamento Agt k ≥ 7.5 % Resistenza di calcolo f yd = 391 MPa

• Acciaio per centine e tubi S275

Tensione caratteristica di snervamento f yk ≥ 275 MPa Tensione caratteristica di rottura f tk ≥ 430 MPa Modulo elastico Es = 210.000 MPa

• Acciaio per bulloni classe 8.8 Tensione di snervamento per trazione f yk ≥ 649.00 MPa

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1. INTRODUZIONE

Nella presente relazione si descrivono le problematiche progettuali, geotecniche e

strutturali, relative alla realizzazione delle gallerie naturali Cernicchiara – S.Leo e

Poseidon-Ligea, previste nell’ambito del Progetto “Porta Ovest” da realizzare nel comune

di Salerno.

In particolare, dopo avere illustrato la metodologia di sviluppo della progettazione ed

analizzato il quadro geologico-geomeccanico di riferimento - descritto in dettaglio nella

Relazione geologica e idrogeologica (Rif.a) e nella Relazione geotecnica: caratterizzazione dei materiali

(Rif. i) - si descrivono le sezioni tipo previste, considerando per ciascuna di esse il campo

di applicazione, le fasi costruttive, gli interventi da eseguire; inoltre vengono

sinteticamente delineati i monitoraggi da effettuare in corso d’opera.

Una parte significativa della relazione è dedicata alla presentazione dei risultati di alcune

analisi numeriche, svolte con il codice di calcolo commerciale PLAXIS V8.5, condotte al

fine di verificare l’adeguatezza delle soluzioni progettuali adottate, e tese, in particolare, a

valutare le deformazioni del cavo e della galleria e il comportamento delle strutture

provvisorie e definitive nelle fasi esecutive previste. Infine, si riportano le verifiche dei

rivestimenti di prima fase e definitivi, effettuate a partire dalle sollecitazioni ottenute dalle

analisi numeriche.

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2. DESCRIZIONE DELLE GALLERIE NATURALI

Il progetto prevede la riconnessione dello svincolo di Salerno con il porto e la S.S. 18

verso la costiera Amalfitana. Nell’ambito del progetto è prevista la realizzazione di n° tre

gallerie naturali, Cernicchiara–San Leo, Poseidon-Ligea e Seminario, e dei relativi

imbocchi.

Il progetto della galleria Seminario è illustrato nella relazione Galleria Diramazione A3-

Seminario – Galleria Naturale - Relazione generale e di calcolo (Rif l.), che forma parte integrante

del progetto definitivo e alla quale si rimanda per una descrizione dettagliata.

Oggetto della presente relazione è il progetto delle Gallerie:

• Cernicchiara - San Leo : a doppia fornice una per ogni senso di marcia, costituita

ognuna da due corsie, che collega il tratto di strada tra via Frà Generoso e Piazzale San

Leo, per una lunghezza della singola canna pari a circa 900 m.;

• Poseidon – Ligea : a doppia fornice, una per ogni senso di marcia costituita da due

corsie, che collega il tratto di strada tra via Gatto (Località Poseidon) e l’ultimo tratto del

viadotto Gatto a quota circa 14.0 m s.l.m., per una lunghezza della singola canna pari a

circa 1300 m.

Le coperture, misurate rispetto alla chiave di calotta della galleria, sono comprese tra un

minimo di 5÷20 m in corrispondenza degli imbocchi, ed un massimo di 170 m circa per la

Galleria Poseidon - Ligea.

Se si eccettuano alcuni brevi tratti, le gallerie insistono per quasi tutta la loro lunghezza

su terreni scarsamente edificati per cui l’interferenza con insediamenti abitativi o

produttivi non è particolarmente significativa; ciò rende poco rilevanti, per la maggior

parte del percorso, eventuali problematiche legate al controllo dei cedimenti in superficie

ed alla limitazione delle vibrazioni prodotte dallo scavo.

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La sezione tipo in galleria naturale ha raggio interno di calotta pari a 5.90 m ed un’area

di scavo pari a circa 130 m2. Per quanto riguarda l’interasse tra le gallerie è stato adottato,

ad esclusione delle zone di imbocco, un valore – funzione delle litologie attraversate e

delle coperture – tale da evitare che le sollecitazioni indotte dagli scavi possano indurre

eccessive plasticizzazioni del setto-nucleo d’avanzamento. Si prescrive, inoltre, di attaccare

le gallerie da un unico fronte. Nelle zone di imbocco è indispensabile che l'avanzamento

dello scavo nei due fornici adiacenti sia effettuato in modo tale che il rivestimento

definitivo di una delle due canne sia sempre presente e collaborante al momento dello

scavo della seconda; quindi, la distanza dei fronti di scavo tra le due canne non dovrà

essere inferiore a 8 volte il diametro e comunque regolata in funzione della risposta

deformativa dell'ammasso e delle fasi di lavorazione (getto di conci, maturazione del

calcestruzzo, ecc) effettivamente realizzata in cantiere.

Le sezioni tipo d’avanzamento previste per le gallerie verranno descritte nei capitoli

seguenti e sono riportate in dettaglio nei relativi elaborati grafici.

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3. FASI PROGETTUALI

La metodologia di lavoro è stata sviluppata secondo l’approccio del metodo ADECO-

RS (Lunardi, 2000), al quale si fa riferimento anche per la terminologia delle Fasi adottata

di seguito, e può essere riassunta nei seguenti tre steps progettuali:

Fase conoscitiva

Vengono definiti l’inquadramento geologico ed idrogeologico, e le caratteristiche geo-

meccaniche degli ammassi interessati dalle gallerie. Tale caratterizzazione è

dettagliatamente descritta nella Relazione geotecnica: caratterizzazione dei materiali (Rif. i), che

forma parte integrante del progetto definitivo, alla quale si rimanda anche per una

descrizione puntuale delle campagne di indagini effettuate (v. Rif. b, c). Ai fini del

presente documento, vengono brevemente riassunte le principali caratteristiche geo-

meccaniche dell’area di interesse.

Fase di diagnosi (assenza di interventi)

Tale fase prevede l’individuazione di tratte a comportamento geo-meccanico

omogeneo lungo il tracciato, a ciascuna delle quali può essere associata la relativa categoria

di comportamento (A, B, C) in assenza di interventi.

Per le gallerie in esame, in base alla geometria della sezione, alle coperture e alle

caratteristiche geomeccaniche, è possibile ipotizzare un comportamento:

di tipo “A” per la parte del tracciato associabile alla formazione della Dolomia nelle

porzioni di ammasso sano, in cui i materiali attraversati presentano buone

caratteristiche geomeccaniche;

di tipo “B” per la parte del tracciato associabile alla formazione del Calcare Marnoso e

in corrispondenza delle zone di faglia e dei contatti tettonici, ove si può riscontrare un

contesto geomeccanico più scadente che si riflette in una condizione di fronte stabile a

breve termine;

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di tipo “B/C” per quelle zone, in corrispondenza degli imbocchi, che interessano la

formazione del Calcare Marnoso con scadenti caratteristiche meccaniche, nei quali si

evidenziano condizioni di instabilità del fronte di scavo.

Fase di terapia (interventi)

Per le diverse categorie di comportamento omogenee individuate in fase di diagnosi si

sono individuati gli interventi rivestimento, presostegno e preconsolidamento ritenuti più

appropriati; in particolare si sono individuate quattro Sezioni Tipo che verranno

ampiamente descritte nel seguito.

L’adeguatezza delle scelte progettuali adottate dovrà essere verificata in fase costruttiva;

in tale fase è infatti stabilito un sistema di monitoraggio delle gallerie al fine di procedere

ad una “back-analysis” del comportamento del cavo, verificando le ipotesi progettuali

assunte unitamente ai comportamenti deformativi previsti.

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4. CARATTERIZZAZIONE GEOMECCANICA DELLE LITOLOGIE ATTRAVERSATE

Le caratteristiche geomeccaniche dei terreni presenti lungo il tracciato della galleria

sono descritte dettagliatamente nelle pertinenti relazioni geologiche e geotecniche (Rif. a –

i).

L’analisi critica e l’interpretazione delle prove effettuate ha consentito di suddividere il

tracciato in zone litologiche distinte, come mostrato nelle Sezioni geologiche nei Profili geologici

e geomeccanici allegati al progetto (v. Rif. g, h), e ha consentito di individuare - anche in base

alla copertura e alla geometria della sezione – le zone a comportamento geomeccanico

omogeneo lungo le gallerie.

Da un punto di vista squisitamente geomeccanico, le principali litologie interessate dal

tracciato delle gallerie sono:

- Dolomie (DBS- DB);

- Calcari Marnosi (CMA)

La caratterizzazione geo-meccanica è stata eseguita con la metodologia Geomechanics

Classification – Geological Strenght Index, correlando il valore atteso di RMR con l’indice GSI.

I parametri delle caratteristiche di resistenza e deformabilità dell’ammasso roccioso sono

stati definiti mediante le correlazioni empiriche proposte da Hoek (Hoek-Brown failure

criterion – 2002 edition) e sono presentati nell’ipotesi di :

- D=0: condizioni pressoché indisturbate dell’ammasso roccioso;

- D=0.5: disturbo arrecato alla roccia per gallerie scavate con metodo tradizionale

con mezzi meccanici.

Si segnala inoltre che la caratterizzazione è stata effettuata riferendosi a valori della

resistenza a compressione uniassiale pari a 16 MPa e a 10MPa, rispettivamente per le

Dolomie e i Calcari Marnosi.

Nella Tabella 4.1 si riportano i parametri utilizzati nelle analisi numeriche svolte per le

gallerie; tali valori, che rappresentano valori caratteristici, coincidono - a meno delle

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approssimazioni sull’ultima cifra significativa - con quelle desunte dalla caratterizzazione

geomeccanica riportata nel Rif. i. Si noti che i range riportati nella Tabella tengono conto

della variabilità delle condizioni d’ammasso in funzione delle effettive coperture.

Tabella 4.1 – Parametri fisici e meccanici adottati per il dimensionamento delle gallerie naturali

Legenda: H = Copertura

σci= Resistenza a compressione uni assiale RMR=Rock Mass Rating GSI=Geological Strength Index D = Grado di disturbo γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso ck =Coesione dell’ammasso roccioso φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso

Litotipo H σci RMR GSI D γ ck φk E (m) (Mpa) (m) (kN/m3) (kPa) (°) (MPa)

0 25 41-141 52-43 3442-6681DBS <40 16 29-43 28-38

0.5 25 25-101 46-36 1926-3266

0 25 141-634 43-38 6681-30322DBS 40-170 16 43-70 38-65

0.5 25 101-511 36-35 3266-16923

0 25 30-84 46-33 2090-2523CMA <40 10 29-35 27-30

0.5 25 18-59 39-26 1191-1364

0 25 84 - 241 33-31 2523-8415CMA 40-110 10 35-53 30-48

0.5 25 59-183 26–26 1364 - 3996

0 25 241-286 31-28 8415 CMA 110-140 10 53 48

0.5 25 183-219 26-24 3996

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5. FASE DI DIAGNOSI: PREVISIONE DEL COMPORTAMENTO DEFORMATIVO DEL CAVO IN ASSENZA DI INTERVENTI

La valutazione dell’evoluzione dello stato tensionale nella roccia a seguito della

realizzazione di una galleria viene condotta attraverso l’analisi dei fenomeni deformativi

del mezzo attraversato, che forniscono informazioni sul comportamento della cavità nei

riguardi della stabilità a breve e a lungo termine.

Il comportamento del cavo e del fronte è infatti funzione, oltre che delle caratteristiche

meccaniche dei materiali attraversati, delle caratteristiche geometriche della cavità stessa,

delle coperture, e dei carichi litostatici cui è soggetta.

Il comportamento del fronte di scavo, al quale è legato quello della cavità, può essere

sostanzialmente ricondotto alle seguenti tre categorie di comportamento, in accordo alla

classificazione proposta dal metodo ADECO-RS (Lunardi, 2000):

Categoria A: Galleria a fronte stabile.

Se il fronte di scavo è stabile, lo stato tensionale al contorno della cavità in

prossimità del fronte si mantiene in campo prevalentemente elastico, e i fenomeni

deformativi osservabili sono di piccola entità e tendono ad esaurirsi rapidamente. In

questo caso anche il comportamento del cavo sarà stabile, mantenendosi

prevalentemente in campo elastico, e non si rendono necessari interventi preventivi

di consolidamento, se non localizzati e in misura molto ridotta. Il rivestimento

definitivo costituirà allora il margine di sicurezza per la stabilità a lungo termine.

Categoria B: Galleria a fronte stabile a breve termine.

Questa condizione si verifica quando lo stato tensionale indotto dall’apertura della

cavità approssima la resistenza del materiale al fronte, che si allontana

progressivamente da un comportamento di tipo elastico per passare ad un

comportamento di tipo elasto-plastico. I fenomeni deformativi connessi con la

ridistribuzione delle tensioni risultano più accentuati che nel caso precedente, e

possono produrre nell’ammasso al fronte una riduzione delle caratteristiche di

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resistenza con decadimento verso i parametri residui. La decompressione indotta

dallo scavo può essere opportunamente controllata e regimata con adeguati

interventi di preconsolidamento al fronte e/o al contorno del cavo. In tal modo si

fornisce l’opportuno contenimento all’ammasso, che manterrà un comportamento

stabile. Nel caso non si prevedano opportuni interventi, lo stato tensio-deformativo

può evolvere verso situazioni di instabilità con il procedere dell’avanzamento.

Ancora il rivestimento definitivo costituirà il margine di sicurezza a lungo termine.

Categoria C: Galleria a fronte instabile.

L’instabilità progressiva del fronte di scavo è attribuibile ad una accentuazione dei

fenomeni deformativi, che risultano immediati e più rilevanti, manifestandosi prima

ancora che avvenga lo scavo, oltre il fronte stesso. Tali deformazioni producono un

incremento dell’estensione della zona dell’ammasso decompressa in corrispondenza

del fronte, dove si sviluppa un progressivo e rapido decadimento delle

caratteristiche meccaniche del materiale. L’espansione della fascia di materiale

decompresso al contorno del cavo deve essere contenuta prima dell’arrivo del

fronte di scavo, e richiede pertanto interventi di preconsolidamento sistematici in

avanzamento, che consentano di creare artificialmente l’effetto arco capace di far

evolvere la situazione verso configurazioni di equilibrio stabile.

L’individuazione delle classi di comportamento del fronte è stata effettuata nell’ipotesi di

scavo libero (Fase di Diagnosi, in assenza di interventi) attraverso modelli di calcolo agli

elementi finiti utilizzando il codice di calcolo PLAXIS V8.5. Le analisi svolte sono descritte

nel Capitolo 8, al quale si rimanda per una trattazione dettagliata. In questo Capitolo si

riportano i risultati più significativi; in particolare, la tabella 5.1 mostra i valori delle

convergenze massime attese rispettivamente al fronte (C,F) e lontano dal fronte1 (C), al

variare delle coperture e delle caratteristiche meccaniche della roccia. Nelle stesse tabelle si

riporta il rapporto tra il raggio plastico e il raggio dello scavo al fronte (Rp,F/R), e lontano

dal fronte (Rp/R).

1 Le convergenze riportate in Tabella sono le massime tra la convergenza orizzontale e verticale (Capitolo 8)

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Nelle suddette analisi, in favore di sicurezza, si sono adottati i parametri di resistenza

corrispondenti ad un disturbo arrecato alla roccia, D=0.5.

Le analisi condotte in questa fase, in condizioni di cavo libero, evidenziano i

comportamenti di seguito descritti per i due litotipi:

a) Per la parte del tracciato che interessa la formazione delle Dolomie (DBS):

per coperture maggiori di 35-40 m e fino alla massima copertura presente lungo il

tracciato, si osserva un comportamento di tipo A, “stabile”. I fenomeni

deformativi osservabili sono di piccola entità con valori delle convergenze massime

minori del cm, sia al fronte (convergenza max. = 0.21 cm) che lontano dal fronte

(convergenza max. = 0.86 cm). Lo stato tensionale al contorno della cavità si

mantiene in campo elastico al fronte e prevalentemente elastico lontano dal fronte,

ove si osserva la formazione di zone plasticizzate di limitate estensioni.

per le condizioni geomeccaniche presenti in corrispondenza degli imbocchi, si

osservano deformazioni maggiori sebbene ancora limitate; le convergenze stimate al

fronte sono ancora inferiori al cm (convergenza max. = 0.29 cm) mentre i valori

massimi osservati lontano dal fronte sono del’ordine di 1-2 cm. Lo stato tensionale

è prevalentemente elastico con la formazione, lontano dal fronte, di zone

plasticizzate più significative che nel caso precedente. Il comportamento è di tipo

A/B, “stabile/stabile a breve termine”.

b) in corrispondenza dei Calcari Marnosi::

per coperture intermedie si evince un comportamento di tipo B, “stabile a breve

termine” che si allontana progressivamente da un comportamento di tipo elastico

all’aumentare della copertura. Le deformazioni al fronte risultano maggiori che nel

caso in DBS, seppure ancora modeste, con convergenze minori del cm. Lontano

dal fronte le deformazioni diventano significative con convergenze massime

comprese tra 9 e 12 cm;

all’aumentare della copertura si osservano incrementi modesti delle convergenze al

fronte, ancora inferiori al cm. Lontano dal fronte le convergenze diventano

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significative, con valori compresi tra 12 e 15 cm, e si osserva la formazione di zone

plasticizzate di elevata estensione (Rp,F/R=3.2). Il comportamento è ancora di

tipo B “stabile a breve termine ”;

per le condizioni geomeccaniche attese in corrispondenza degli imbocchi, si

osserva un comportamento di tipo B/C “stabile a breve termine /instabile”,

nel quale al fronte si evidenziano formazioni di zone plastiche limitate

(Rp,F/R=1.2), mentre lontano dal fronte si raggiungono condizioni di instabilità

del cavo.

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6. FASE DI TERAPIA: DEFINIZIONE DELLE SEZIONI TIPO

In funzione delle caratteristiche fisiche e meccaniche dell’ammasso si è associata a

ciascuna delle categorie di comportamento (A, B, C) - individuate nella fase di diagnosi –

la sezione tipo che prevede gli interventi di consolidamento, preconsolidamento e

rivestimento ritenuti più idonei.

Tutte le sezioni individuate - come viene specificato in dettaglio di seguito, e riportato

dettagliatamente negli elaborati grafici di progetto - prevedono la realizzazione delle

gallerie con scavo a piena sezione, preceduto da eventuali interventi di precontenimento

del fronte e/o del cavo, seguito dalla realizzazione del rivestimento provvisionale e dei

rivestimenti definitivi (arco rovescio, murette e calotta) eseguiti ad una prefissata distanza

dal fronte. Inoltre è prevista la posa in opera dell’impermeabilizzazione, composta da uno

strato protettivo di tessuto non tessuto e da un telo impermeabilizzante in PVC.

Per le gallerie in oggetto si sono adottate le seguenti sezioni tipo:

- Sezione 1: sezione prevista in corrispondenza delle formazioni delle Dolomie (DBS),

con assetto strutturale massivo e basso grado di fratturazione;

- Sezione 2: sezione prevista per coperture intermedie in corrispondenza delle

formazioni del Calcare Marnoso (CMA), con grado di fatturazione e di alterazione

medio-basso;

- Sezione 3: sezione prevista in corrispondenza

delle formazioni del calcare marnoso, con alte coperture;

di zone di faglia e di contatti tettonici tra le due diverse formazioni;

- Sezione 4: sezione prevista in corrispondenza degli imbocchi sia in CMA che in

DBS, per una lunghezza generalmente pari a 36 m (n.3 campi). La lunghezza del tratto

in cui è prevista questa sezione deve essere aumentata qualora in fase esecutiva si

riscontri un eccessivo stato deformativo al fronte (estrusione) e del cavo

(convergenze).1

1 Si precisa che tale sezione è stata adottata cautelativamente anche in DBS in corrispondenza degli imbocchi, nonostante le analisi numeriche abbiano previsto un comportamento”stabile/stabile a breve termine”, in quanto si evidenzia lo concreta possibilità di trovare l’ammasso in uno stato di elevata alterazione.

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La Tabella 6.1 riassume, per le sezioni tipo individuate, i campi di applicazione e le

principali caratteristiche, mentre la descrizione completa delle sezioni tipo è riportata nei

Paragrafi 6.2 - 6.5.

6.1 Previsione del comportamento deformativo del cavo

La validità delle sezioni tipo adottate è stata verificata attraverso numerose simulazione

numeriche condotte con il codice di calcolo agli elementi finiti PLAXIS V8.5, illustrate in

dettaglio nel Capitolo 8.

La tabella 6.2 riassume i principali risultati in termini di convergenze massime lontano dal

fronte2, C, e del rapporto Rp/R tra il raggio plastico e il raggio della galleria ancora

lontano dal fronte. Per quanto riguarda il grado di disturbo (D) assunto in suddette analisi

si precisa che (v. capitolo 8):

• nell’intorno del cavo, per uno spessore di circa 15 m, si sono adottati i parametri

di resistenza corrispondenti ad un disturbo arrecato alla roccia D = 0.5; al di fuori

di tale zona, si è assunto un trascurabile disturbo (D = 0).

• nelle sezioni ove sono presenti interventi di pre-sostegno al contorno si è

ipotizzato D=0 ovunque, in quanto tali interventi consentono efficacemente di

limitare il disturbo della roccia all’intorno del cavo.

In sintesi, le analisi svolte hanno indicato i seguenti comportamenti:

a) per gli scavi nelle porzioni di ammasso con caratteristiche geomeccaniche migliori

(Dolomia, DBS),

per tutte le coperture indagate (basse, intermedie e alte), un comportamento

prevalentemente elastico (Rp/R=1.2) con convergenze massime inferiori al

centimetro (valore max. = 0.6cm). La sezione tipo 1 impiegata risulta pertanto

adeguata;

in corrispondenza degli imbocchi, l’adozione della sezione tipo 4 consente di

limitare gli spostamenti a valori molto bassi, inferiori al cm. 2 La convergenza C riportata in tabella è la massima tra la convergenza orizzontale, Ch, e verticale, Cv, calcolate secondo quanto riportato in dettaglio nel capitolo 8.

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b) dove lo scavo attraversa materiali più scadenti (formazione Calcare Marnoso, CMA),

per le coperture intermedie, ove si è adottata la sezione tipo 2, le convergenze

ottenute risultano significative ma comunque accettabili, con valori massimi

dell’ordine di 5- 6 cm;

per le coperture alte, l’adozione della sezione tipo 3 , che prevede il pre-

contenimento del fronte, ha consentito di limitare le deformazioni; i valori delle

convergenze stimate risultano infatti modeste, e comprese tra 1 e 4 cm.

in corrispondenza degli imbocchi, ove si è impiegata una sezione tipo 4, le

convergenze stimate sono accettabili e inferiori a 3 cm.

Va comunque evidenziato che, non potendo tenere conto di fattori difficilmente

schematizzabili e modellabili - quali anisotropia, a-simmetria, condizioni geomeccaniche

particolari e localizzate, effetti tridimensionali significativi - i valori delle convergenze

stimate in questa fase progettuale sono da intendersi quale indicazione qualitativa dei

livelli di deformazione attesi.

In corso d’opera, sulla base delle misure e dei rilievi geostrutturali regolarmente effettuati

durante l’avanzamento, e del comportamento deformativo monitorato in corrispondenza

del fronte (estrusione) e del cavo (convergenze) in rapporto alle lavorazioni condotte

secondo le fasi e le cadenze prestabilite, potrà essere verificata l’adeguatezza delle sezioni

progettate.

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____________________________________________________________________________________________________________________ Gallerie Via Frà Generoso-Via Paesano e Ligea Gallerie naturali – Relazione generale e di calcolo

Tabella 5.1 – Fase diagnosi : valori di convergenza del cavo stimati con analisi numeriche nel caso di scavo libero

Legenda: H= Copertura Ψ =Dilatanza D = Grado di disturbo Ko = Coefficiente di spinta in quiete γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso C,F = Convergenza al fronte ck =Coesione dell’ammasso roccioso C = Convergenza lontano dal fronte φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso Rp,F =Raggio plastico al fronte E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso Rp =Raggio plastico lontano dal fronte ν=Coeffiente di Poisson R =Raggio della galleria

Parametri geomeccanici di calcolo Fase diagnosi H D γ ck φk E ν ψ Ko C,F Rp,F/R C Rp/R

Lit.

(m)

Analisi

(Kn/m3) (kPa) (°) (MPa) (°) (cm) (cm)

Categoria

DBS 30 I1_S4_30_0 (Imbocco)

0.5 25 74 37.1 2595 0.3 φ/2 0.7 0.29 1 1.54 1.8 A/B

DBS 30 I3_S4_30_0 (Imbocco)

0.5 25 79 38.0 2903 0.3 φ/2 0.7 0.25 1 1.28 1.8 A/B

DBS 45 S1_45_0 0.5 25 131 36.2 4187 0.3 φ/2 0.7 0.20 1 0.68 1.5 A DBS 80 S1_80_0 0.5 25 246 37.0 9120 0.3 φ/2 0.7 0.19 1 0.68 1.5 A DBS 170 S1_170_0 0.5 25 511 35.0 16923 0.3 φ/2 0.7 0.21 1 0.86 1.6 A

CMA 20 I4_S4_20_0 (Imbocco)

0.5 25 32 30.9 1191 0.3 φ/2 0.7 0.45 1.2 / / B/C

CMA 30 I2_S4_30_0 (Imbocco)

0.5 25 45 27.8 1244 0.3 φ/2 0.7 0.58 1.2 / / B/C

CMA 75 S2_75_0 0.5 25 133 26.4 2883 0.3 φ/2 0.7 0.56 1.01 9.40 2.6 B CMA 110 S2_110_0 0.5 25 183 25.9 3996 0.3 φ/2 0.7 0.58 1.01 11.80 2.9 B

CMA 125 S3_125_0 0.5 25 201 24.6 3996 0.3 φ/2 0.7 0.66 1.03 12.00 3.2 B CMA 140 S3_140_0 0.5 25 219 23.6 3996 0.3 φ/2 0.7 0.74 1.03 15.20 3.2 B

20


Tabella 6.1 – Sezioni tipo

Legenda: H= Copertura

Sezione tipo

Tratte di applicazione Interventi di precontenimentio/

presostegno

Rivestimento definitivo

Sezione tipo prevista LIT. H (m)

Infilaggi al contorno

Infilaggi al fronte

Rivestimento provvisorio

spessore, s (cm)

1 in corrispondenza delle formazioni delle dolomie, con assetto strutturale massivo e basso grado di fratturazione

DBS 40 -170 Assenti assenti 1HEB140/150+ (10+15) cm spritz

Arco rovescio s=50cm Calotta s=50cm

2 in corrispondenza delle formazioni del calcare marnoso con basso grado di fratturazione e copertura intermedia

CMA 40 -110 Assenti assenti 2IPN160/125+ (10+20) cm spritz

Arco rovescio s=60cm Calotta s=60cm

in corrispondenza delle formazioni del calcare marnoso con alta copertura CMA 110-140

3 in corrispondenza di zone di faglia, e di

contatti tettonici tra le diverse formazioni

CMA DBS /

presenti

assenti

2IPN180/100+ (10+20) cm spritz

Arco rovescio s=80cm Calotta s=50-120cm

4 nelle tratte di imbocco sia in calcare marnoso che in dolomia

CMA DBS <30-40 Presenti presenti 2IPN180/100+

(10+20) cm spritz Arco rovescio s=90cm Calotta s=60-130cm

21


Tabella 6.2 – Fase di terapia : valori di convergenza del cavo stimati con analisi numeriche

Legenda: H= Copertura φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso Ko = Coefficiente di spinta in quiete D = Grado di disturbo E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso C = Convergenza lontano dal fronte

γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso ν= coefficiente di Poisson Rp =Raggio plastico ck =Coesione dell’ammasso roccioso Ψ =Dilatanza R =Raggio della galleria

Parametri geomeccanici di calcolo Fase terapia H

D γ ck φk E ν ψ Ko Sez. Tipo C Rp/R

Lit.

(m)

Analisi

(Kn/m3) (kPa) (°) MPa (°)

Categoria

(cm) DBS 30 I1_S4_30

(Imbocco) 0 25 105 43.7 5087 0.3 φ/2 0.7 A/B 4 0.37 1.2

DBS 30 I3_S4_30 (Imbocco)

0 25 112 44.3 5827 0.3 φ/2 0.7 A/B 4 0.33 1.2

DBS 45 S1_45 0/ 0.5

25 179/ 131

41.8/ 36.2

8782/ 4187

0.3 φ/2 0.7 A 1 0.60 1.2

DBS 80 S1_80 0/ 0.5

25 323/ 246

41.3/ 37.0

18572/ 9120

0.3 φ/2 0.7 A 1 0.48 1.2

DBS 170 S1_170 0/ 0.5

25 634/ 511

38.2/ 35.0

30322/ 16923

0.3 φ/2 0.7 A 1 0.57 1.2

CMA 20 I4_S4_20 (Imbocco)

0 25 48 38.0 2090 0.3 φ/2 0.7 B/C 4 0.70 1.5

CMA 30 I2_S4_30 (Imbocco)

0 25 66 34.9 2323 0.3 φ/2 0.7 B/C 4 3.00 1.6

CMA 75 S2_75 0/ 0.5

25 179/ 133

31.8/ 26.4

6068/ 2883

0.3 φ/2 0.7 B 2 6.20 1.9

CMA 110 S2_110 0/ 0.5

25 241/ 183

30.7/ 25.9

8415/ 3996

0.3 φ/2 0.7 B 2 7.40 1.9

CMA 125 S3_125 0 25 264 29.4 8415 0.3 φ/2 0.7 B 3 1.18 1.6 CMA 140 S3_140 0 25 286 28.3 8415 0.3 φ/2 0.7 B 3 3.60 1.7

22


6.2 Sezione tipo 1


Questa tipologia di sezione è prevista per le situazioni geologiche e geomeccaniche

abbastanza favorevoli, quali quelle riscontrabili nella formazione delle Dolomie. Le

caratteristiche principali dell’ammasso a cui può essere applicata questa sezione sono:

- assetto geostrutturale stratificato, con banchi di potenza pluridecimetrica, grado di

fratturazione medio;

- assenza di elementi di disturbo di natura tettonica (pieghe, faglie) rilevabili alla scala

del fronte.

Si ha in tali casi un comportamento allo scavo di tipo A “a fronte stabile”, con fenomeni

deformativi in campo elastico di modesta entità. Non sono necessari interventi di

confinamento del fronte di scavo, ma unicamente un confinamento del cavo mediante la

posa in opera di centine metalliche e di uno strato di spritz-beton.


La sezione tipo 1 è costituita dai seguenti principali interventi:

- Esecuzione eventuale di drenaggi in avanzamento;

- Centine metalliche 1 HEB 140, passo 1,50 m;

- spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata al contorno sp. 25,0 cm

(10,0 + 15,0);

- spritz-beton fibrorinforzato al fronte di scavo sp. 5,0 cm a fine sfondo (profondità

massima pari a 3,00 m);

- Arco rovescio in CLS spessore minimo 0,50 m;

- Calotta del rivestimento definitivo in CLS spessore 0,50 m;

- Impermeabilizzazione della calotta e delle murette con teli in PVC.

23


6.2.3 Fasi esecutive

Verrà eseguito lo scavo a piena sezione tramite mezzi meccanici o esplosivo, con sfondi di

profondità massima di 3,00 m; dopo ogni sfondo verrà realizzato uno strato di spritz-

beton fibrorinforzato, con spessore 10 cm, in corrispondenza della tratta appena scavata e

disgaggiata, si procederà quindi alla messa in opera delle centine 1 HEB 140 a passo 1,50

m e verrà realizzato uno strato di spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete

elettrosaldata con spessore pari a 15 cm al contorno dello scavo.

Al termine di ogni sfondo di avanzamento verrà inoltre eseguito sul fronte di scavo uno

strato di spritz-beton fibrorinforzato con spessore pari a 5 cm.

Il getto delle murette e dell’arco rovescio verrà eseguito ad una distanza massima di 3.0 Ø

dal fronte; infine, ad una distanza dal fronte variabile in funzione del comportamento

deformativo del cavo, verrà messa in opera l’impermeabilizzazione e verranno eseguiti i

getti del rivestimento definitivo di calotta.

6.3 Sezione tipo 2


Questa tipologia di sezione è prevista per le situazioni geologiche e geomeccaniche da

buone a mediocri, quali quelle riscontrabili nella formazione del Calcare Marnoso. Le

caratteristiche principali dell’ammasso a cui può essere applicata questa sezione sono:

- assetto geostrutturale stratificato, con banchi di potenza pluridecimetrica, grado di

fratturazione medio-elevato;

- assenza di elementi di disturbo di natura tettonica (pieghe, faglie) rilevabili alla scala

del fronte.

Il comportamento allo scavo è di tipo B “a fronte stabile a breve termine”, con

fenomeni deformativi al fronte in campo elasto-plastico di entità non rilevanti e

convergenze contenute. Gli interventi sono mirati al contenimento delle deformazioni e

delle plasticizzazioni al contorno, secondo le sequenze e le modalità descritte. Non sono

24


necessari interventi di confinamento del fronte di scavo, ma unicamente un confinamento

del cavo mediante centine metalliche inglobate in uno strato di spritz-beton.




- Centine metalliche 2 IPN 160, passo 1,25 m;

- spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata al contorno sp. 30,0 cm

(10,0 + 20,0);

- spritz-beton fibrorinforzato al fronte di scavo sp. 5,0 cm a fine sfondo (profondità

massima pari a 2,50 m);


- Calotta del rivestimento definitivo in CLS spessore 0,60 m;



Verrà eseguito lo scavo a piena sezione tramite mezzi meccanici o esplosivo, con sfondi di

profondità massima di 2,50 m; dopo ogni sfondo verrà realizzato uno strato di spritz

beton fibrorinforzato, con spessore 10 cm, in corrispondenza della tratta appena scavata e

disgaggiata, si procederà quindi alla messa in opera delle centine 2 IPN 160 a passo 1,25

m e verrà realizzato uno strato di spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete

elettrosaldata con spessore s= 20 cm al contorno dello scavo.


strato di spritz-beton fibrorinforzato con spessore pari a 5 cm. Il getto delle murette e

dell’arco rovescio verrà eseguito contemporaneamente ad una distanza massima di 3.0 Ø

dal fronte; infine, ad una distanza dal fronte variabile in funzione del comportamento

deformativo del cavo, verrà messa in opera l’impermeabilizzazione e verranno eseguiti i

getti del rivestimento definitivo di calotta.

25


Qualora si verifichino difficoltà nel mantenere il profilo di scavo in calotta – con

formazione di sovrascavi e rilasci - occorrerà passare alla sezione tipo 3, la quale prevede

l’adozione di tubi metallici in calotta.

6.4 Sezione tipo 3


Questa tipologia di sezione è prevista nella formazione del calcare marnoso in

corrispondenza di stati tensionali elevati (alte coperture), ed in contesti geomeccanici tipici

delle zone di faglia e dei contatti tettonici (sovrascorrimenti) tra unità litologiche diverse.

In questi ultimi casi l’ammasso è verosimilmente caratterizzato da intensa fratturazione ed

elevata alterazione, e possono eventualmente essere presenti venute d’acqua concentrate.

La sezione è utilizzabile ogni qualvolta il grado di separazione strutturale dell’ammasso

evidenzi la necessità di prevedere interventi di presostegno in calotta, al fine di mantenere

il profilo di scavo. La sezione sarà anche applicata nei tratti di transizione tra le zone di

faglia e le zone limitrofe con caratteristiche geomeccaniche meno scadenti.

In questo caso la categoria di comportamento allo scavo è di tipo B “a fronte stabile a

breve termine”, con fenomeni deformativi in campo elasto–plastico. Gli interventi sono

mirati al controllo del profilo di scavo in fase di avanzamento mediante tubi metallici; il

confinamento del cavo avverrà mediante la tempestiva posa in opera di centine metalliche

inglobate in uno strato di spritz-beton.




- Presostegno al contorno con n°37 tubi metallici Ø 88,9 mm, sp. = 10 mm, L=18 m

con sovrapposizione 6 m;

- Centine metalliche 2 IPN 180, passo 1m;

26


- spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata al contorno sp. 30 cm (10

+ 20);

- spritz-beton fibrorinforzato al fronte di scavo sp. 10cm a fine sfondo (profondità

massima pari a 1 m);


- Calotta del rivestimento definitivo in CLS spessore 0,50-1,20 m;



Verrà eseguito un intervento di presostegno al contorno del cavo con la posa in opera di

37 tubi metallici Ø 88,9 mm di lunghezza pari a 18 m e con sovrapposizione pari a 6 m.

In seguito si procederà allo scavo a piena sezione tramite mezzi meccanici, con sfondi di

profondità massima di 1 m; dopo ogni sfondo verrà realizzato uno strato di spritz beton

fibrorinforzato, con spessore 10 cm, in corrispondenza della tratta appena scavata e

disgaggiata, si procederà quindi alla messa in opera delle centine 2 IPN 180 a passo 1 m e

verrà realizzato uno strato di spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata

con spessore sp. = 20 cm al contorno dello scavo.



Il getto delle murette e dell’arco rovescio verrà eseguito contemporaneamente ad una

distanza massima di 3,0 Ø dal fronte; infine, entro una distanza dal fronte variabile in

funzione del comportamento deformativo del cavo, verrà messa in opera

l’impermeabilizzazione e verranno eseguiti i getti del rivestimento definitivo di calotta.

Qualora dai rilievi di convergenza e di estrusione si evidenzi un quadro deformativo

maggiore di quello atteso, e in presenza di un grado di separazione strutturale assai

elevato, si dovrà passare alla sezione tipo 4, la quale prevede il confinamento del fronte e

del contorno del cavo, oltre ad una riduzione della lunghezza del campo di avanzamento.

27


6.5 Sezione tipo 4


Questa tipologia di sezione è prevista per i contesti geomeccanici tipici delle zone di bassa

copertura, ed eventualmente in zone di faglia e di contatti tettonici caratterizzati da

intensa fratturazione e alterazione dei litotipi. Rispetto alla sezione tipo 3 descritta in

precedenza, la tipologia di avanzamento assicura un migliore controllo dei distacchi

gravitativi in calotta e soprattutto dei rilasci al fronte, che possono prevedibilmente

assumere dimensioni ragguardevoli in assenza di interventi.

La sezione sarà in particolare applicata nei tratti decompressi in corrispondenza delle zone

di imbocco; in questo caso la categoria di comportamento allo scavo è di tipo B/C “a

fronte stabile a breve termine/instabile”, con fenomeni deformativi in campo elasto–

plastico. Sono necessari interventi sistematici di confinamento del fronte di scavo,

mediante elementi strutturali in VTR, interventi di pre-sostegno in calotta, oltre al

confinamento del cavo ottenuto tramite centine metalliche, spritz-beton ed il getto

ravvicinato dell’arco rovescio.




- Consolidamento al fronte con n°40 tubi in VTR Ø 60 /40 mm, sp. = 10 mm L=18

m sovrapposizione 6 m;

- Presostegno al contorno con n°37 tubi metallici Ø 88,9 mm, sp. = 10 mm L=18 m

sovrapposizione 6 m;

- Centine metalliche 2 IPN 180, passo 1,00 m;

- spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata al contorno sp.

30 cm (10 + 20);

- spritz-beton fibrorinforzato al fronte di scavo sp. 10 cm a fine sfondo (profondità

massima pari a 1 m);

- Arco rovescio in C.A. spessore minimo 0,90 m;

28


- Calotta del rivestimento definitivo in CLS spessore 0,60 -1,30 m;



Verrà eseguito un intervento di preconsolidamento del fronte mediante 40 tubi in VTR Ø

60/40 mm di lunghezza pari a 18 m e con sovrapposizione pari a 6 m e si effettuerà il

presostegno al contorno del cavo con la posa in opera di 37 tubi metallici Ø 88,9 mm di

lunghezza pari a 18 m e con sovrapposizione pari a 6 m.

In seguito si procederà allo scavo a piena sezione tramite mezzi meccanici, con sfondi di

profondità massima di 2 m; dopo ogni sfondo verrà realizzato uno strato di spritz beton

fibrorinforzato, con spessore 10 cm, in corrispondenza della tratta appena scavata e

disgaggiata,si procederà quindi alla messa in opera delle centine 2IPN 180 a passo 1 m e

verrà realizzato uno strato di spritz-beton fibrorinforzato e armato con rete elettrosaldata

con spessore sp. = 20 cm al contorno dello scavo.



Il getto delle murette e dell’arco rovescio verrà eseguito contemporaneamente ad una

distanza massima di 3,0 Ø dal fronte; infine, entro una distanza dal fronte variabile in

funzione del comportamento deformativo del cavo, verrà messa in opera

l’impermeabilizzazione e verranno eseguiti i getti del rivestimento definitivo di calotta.

29


7. PROGRAMMA DEL MONITORAGGIO IN CORSO D’OPERA

Di seguito viene sommariamente delineato il programma di monitoraggio che sarà

necessario adottare per il controllo tensio-deformativo in corso d’opera dell’ammasso

interessato dalla realizzazione delle gallerie.

Il sistema di monitoraggio permetterà di:

- verificare la validità delle ipotesi progettuali;

- assicurare che l’opera sia in grado di esplicare le sue funzioni nel tempo;

- controllare che il campo di deformazioni e di spostamenti sia compatibile con

strutture e manufatti collocati in superficie o in prossimità delle gallerie;

- verificare che lo stato di sollecitazione nei rivestimenti rimanga entro i limiti

prefissati, anche nella fase di esercizio.

Il sistema di monitoraggio sarà installato e gestito dall’Appaltatore fino alla ultimazione

dei lavori, con consegna periodica alla D.L. dei previsti rapporti delle misure. Dopo

l’ultimazione dei lavori la gestione della strumentazione sarà proseguita dall’Ente

Appaltante.

Nelle sue linee generali, da definire compiutamente in sede di progettazione esecutiva, il

monitoraggio si articola nelle seguenti, principali attività :

a) rilievo geologico sistematico dei fronti di scavo;

b) rilievo sistematico delle fasi esecutive, delle cadenze di avanzamento, delle eventuali

portate d’acqua nel cavo;

c) stazioni di misura sistematiche delle convergenze;

d) stazioni principali, prevedenti la misura dello stato tensionale dei rivestimenti di

prima fase e definitivi, dello stato deformativo dell’ammasso al contorno del cavo,

delle eventuali pressioni neutre a tergo dei rivestimenti;

e) eventuali perforazioni in avanzamento al fine di individuare con anticipo passaggi

tettonici imprevisti, zone di faglia, venute d’acqua, etc..

30


Le attività sistematiche (attività a, b, c) saranno cadenzate sulla scorta dei litotipi incontrati

e della classe di comportamento attesa. In particolare, le misure di convergenza diametrale

saranno più distanziate nelle classi di comportamento di tipo A (situazione nucleo-fronte

stabile), ove si può mediamente prevedere una stazione di convergenza ogni 60 - 70 m

circa. Queste misure, come usuale, saranno eseguite su almeno cinque punti per ciascuna

sezione, avvalendosi di mire ottiche traguardate mediante teodolite o distanziometro, alla

stregua delle normali triangolazioni di alta precisione, specificando una accuratezza degli

spostamenti misurati non inferiore a qualche decimo di millimetro.

In presenza delle altre classi di comportamento (classi B/C), le misure di convergenza

diametrale saranno più ravvicinate ed integrate dalle stazioni principali. In questi casi si

può mediamente prevedere una stazione di convergenza ogni 30 – 40 m circa, mentre in

corrispondenza degli imbocchi si suggerisce di installare una stazione per ogni campo

d’avanzamento.

Le attività non sistematiche (punti d, e) saranno concentrate in corrispondenza delle

stazioni principali. Per le gallerie naturali in esame si prevede l’installazione di almeno 10 -

12 stazioni principali; in particolare, sono da prevedere almeno due stazioni per ciascuna

sezione tipo di avanzamento e rivestimento (Sezioni Tipo 1, 2, 3), mentre le rimanenti

stazioni saranno posizionate in corrispondenza degli imbocchi, delle zone di faglia e dei

passaggi tettonici.

In corrispondenza di ciascuna stazione principale sarà installata, di norma, la seguente

strumentazione:

- mire ottiche per le misure di convergenza;

- barrette estensimetriche (strain gauges) a corda vibrante, per la misura dello stato

tensio-deformativo nel rivestimento provvisionale. Le barrette vanno posizionate

in almeno tre punti delle centine metalliche, in corrispondenza dei piedritti e della

chiave delle centine stesse;

31


- n.2 estensimetri multibase a base lunga, aventi lunghezza pari a circa due diametri e

posizionati sulla sommità dei piedritti, per la misura delle deformazioni radiali della

roccia a distanze crescenti dal cavo;

- n.1 estensimetro incrementale, del tipo sliding micrometer o equivalente, avente

lunghezza pari a circa due diametri ed ubicato orizzontalmente in posizione

centrale del fronte di scavo, per le misure di estrusione. Si noti che tale strumento

va installato in modo che la sua lunghezza sia grossomodo a cavallo della

progressiva corrispondente alla stazione principale.

La suddetta strumentazione potrà essere integrata, in alcune delle stazioni principali, da

celle di pressione per il controllo dello stato tensionale nel rivestimento definitivo, e da

celle piezometriche (estensimetriche o a corda vibrante) per la misura di eventuali carichi

idraulici a tergo dei rivestimenti.

Nell’ambito dei controlli e delle indagini conoscitive durante lo scavo va inoltre prevista la

possibilità di effettuare sondaggi in avanzamento a carotaggio continuo, di lunghezza non

inferiore a 30 m; peraltro, nel foro di tali sondaggi orizzontali può efficacemente essere

installato l’estensimetro incrementale su citato.

In sede di progettazione esecutiva, sia le caratteristiche che le modalità esecutive del

programma di monitoraggio dovranno essere dettagliatamente descritte in una apposita

Relazione corredata di specifiche tecniche sulla strumentazione e sulle modalità di raccolta

e di gestione dei dati misurati. L’insieme dei dati di monitoraggio concorrerà inoltre alla

determinazione delle informazioni necessarie per la gestione dell’applicazione delle

Sezioni Tipo, e per la definizione dell’intensità degli interventi e delle cadenze lavorative.

32


8. MODELLAZIONE NUMERICA DELLE GALLERIE NATURALI

Nel presente capitolo vengono descritti con maggior dettaglio i principali risultati

delle analisi numeriche eseguite al fine di valutare il comportamento delle gallerie naturali

in oggetto, e di descrivere l’evoluzione dei fenomeni tensio-deformativi indotti dallo scavo

e costruzione della galleria.

In particolare, le analisi sono state condotte con i seguenti scopi:

• prevedere indicativamente il comportamento tensionale e deformativo del cavo in

assenza di interventi, al fine di individuare le tratte a comportamento geomeccanico

omogeneo lungo i tracciati (analisi in fase di diagnosi);

• verificare l’adeguatezza degli interventi adottati (analisi in fase di terapia) attraverso

la valutazione:

- degli spostamenti e delle deformazioni della galleria e della roccia circostante, in

corrispondenza delle condizioni più gravose;

- delle sollecitazioni sui rivestimenti provvisionali e definitivi.

Per l’esecuzione di tutte le analisi è stato impiegato il codice di calcolo PLAXIS V.8.5;

l’affidabilità di questo codice è stata preliminarmente accertata esaminando la

documentazione a corredo del software contenente informazioni sulle basi teoriche, sugli

algoritmi impiegati e una sezione benchmark con casi svolti e commentati.

8.1 Introduzione alle analisi effettuate

Le analisi sono state condotte in condizioni di deformazione piana (plane strain), ma con

accorgimenti tali da considerare l’effetto tri-dimensionale dell’avanzamento del fronte; in

particolare, lo scavo della galleria viene simulato rimuovendo gli elementi della mesh

all’interno della sagoma di scavo e facendo ricorso ad una pressione fittizia agente sul

contorno di scavo, regolata da un opportuno tasso di rilascio tensionale (stress reduction

method). In questo modo il problema tridimensionale dello scavo della galleria viene

33


ricondotto ad un problema piano con un percorso di sollecitazioni - del problema di

deformazione piana associato - molto simile a quello effettivo.

Nelle analisi è stata applicata una legge di riduzione delle forze di scavo, alquanto nota

nella in letteratura specializzata, proposta da Hanafy & Emery (1980).

Nelle analisi preliminari, relative alla fase di diagnosi, dopo una prima fase geostatica

(fase 0), il cui obiettivo è quello di generare lo stato tensionale iniziale all’interno della

roccia, seguono le fasi di scavo non sostenuto (fasi 1 e 2) per valutare lo stato deformativo

e tensionale in prossimità del fronte e lontano da esso, quando lo scarico tensionale è

completato.

Nelle analisi relative alla fase di terapia, la sequenza temporale delle fasi di analisi

vuole invece simulare l’effettivo susseguirsi delle lavorazioni dell’opera. Più precisamente

dopo una prima fase geostatica (fase 0), seguono le fasi di costruzione vera e propria della

galleria (fasi da 1 a 3) :

- una prima fase di scavo non sostenuto (fase 1);

- la posa del rivestimento provvisionale costituito da centine e spritz-beton (fase 2)

- la posa del rivestimento definitivo (fase 3).

8.2 Programma delle analisi

Per la valutazione del comportamento delle gallerie sono state eseguite numerose

analisi, qui riportate solo parzialmente per motivi di brevità. In effetti, il codice di calcolo

nella fase di diagnosi è stato utilizzato parametricamente, in funzione del tipo di roccia e

della copertura, per individuare le tratte a comportamento geomeccanico omogeneo.

Nella fase di terapia, in corrispondenza delle tratte individuate, si è poi valutata la

adeguatezza delle soluzioni progettuali prescelte, sintetizzate nelle quattro sezioni tipo.

Nel seguito si riportano sinteticamente i risultati di alcune delle analisi numeriche svolte

in fase di diagnosi e più in dettaglio quelli corrispondenti alle analisi in fase di terapia, ritenute

più significative e rappresentative in virtù dei parametri di input adottati. In particolare,

vengono discusse:

34


- tre + tre analisi relative a galleria in dolomia (DBS) con coperture di 45, 80 e 170 m,

corrispondenti approssimativamente alla copertura minima, intermedia e massima

prevista nel progetto. Le prime tre analisi si riferiscono al caso di scavo non sostenuto

(fase di diagnosi), le altre tre sono relative alla sezione tipo 1 (fase di terapia);

- due (diagnosi) + due (terapia) analisi relative a galleria in calcare marnoso (CMA), con

coperture di 75 e 110 m corrispondenti approssimativamente alla copertura

intermedia e massima del campo di applicazione della sezione tipo 2;

- due (diagnosi) + due (terapia) analisi relative a galleria in calcare marnoso (CMA), con

coperture di 125 e 140 m corrispondenti approssimativamente alle copertura

intermedia e massima del campo di applicazione della sezione tipo 3;

- quattro (diagnosi) + quattro (terapia) analisi relative alle sezioni di imbocco, ove è

prevista la sezione tipo 4, svolte per una copertura di 20-30 m.

Nelle tabelle 8.1 e 8.2 si riassume il programma delle principali analisi numeriche

effettuate. In aggiunta alle analisi elencate in detta tabella si è anche accertato, tramite

analisi di sensitività omesse per brevità, che i valori delle sollecitazioni e degli spostamenti

ricavati dal calcolo sono poco sensibili a variazioni nei valori assunti da alcune grandezze

fisico-meccaniche della roccia, quali il coefficiente di spinta in quiete (Ko) e l’angolo di

dilatanza (Ψ).

35


Tabella 8.1 – Programma delle principali analisi numeriche svolte in fase di diagnosi e in fase di terapia

Legenda: H= Copertura φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso Ko = Coefficiente di spinta in quiete D = Grado di disturbo E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso

γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso ν= coefficiente di Poisson ck =Coesione dell’ammasso roccioso Ψ =Dilatanza

Parametri geomeccanici di calcolo Fase diagnosi Fase terapia Lit. H D γ ck φk E ν ψ Ko

Analisi Fasi Analisi Sez. tipo

Fasi (m) (Kn/m3) (kPa) (°) (MPa) (°)

S1_45_0 Tab. 8.7 S1_45 1 Tab. 8.8 DBS 45

0/

0.5

25 179/

131

41.8/

36.2

8782/

4187

0.3 φ/2 0.7

S1_80_0 Tab. 8.7 S1_80 1 Tab. 8.8 DBS 80

0/

0.5

25 323/

246

41.3/

37.0

18572/

9120

0.3 φ/2 0.7

S1_170_0 Tab. 8.7 S1_170 1 Tab. 8.8 DBS 170

0/

0.5

25 634/

511

38.2/

35.0

30322/

16923

0.3 φ/2 0.7

S2_75_0 Tab. 8.7 S2_75 2 Tab. 8.8 CMA 75 0/

0.5

25 179/

133

31.8/

26.4

6068/

2883

0.3 φ/2 0.7

S2_110_0 Tab. 8.7 S2_110 2 Tab. 8.8 CMA 110 0/

0.5

25 241/

183

30.7/

25.9

8415/

3996

0.3 φ/2 0.7

S3_125_0 Tab. 8.7 S3_125 3 Tab. 8.8 CMA 125 0/

0.5

25 264/

201

29.4/

24.6

8415/

3996

0.3 φ/2 0.7

S3_140_0 Tab. 8.7 S3_140 3 Tab. 8.8 CMA 140 0/

0.5

25 286/

219

28.3/

23.6

8415/

3996

0.3 φ/2 0.7

36


Tabella 8.2 – Programma delle analisi numeriche svolte in fase di diagnosi e in fase di terapia per gli imbocchi

Legenda: H= Copertura

γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso ck =Coesione dell’ammasso roccioso φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso ν= coefficiente di Poisson Ψ =Dilatanza Ko = Coefficiente di spinta in quiete

Parametri geomeccanici di calcolo Fase diagnosi Fase terapia Lit. H D γ ck φk E ν ψ Ko

IMBOCCO

Analisi Fasi Analisi Sez.tipo

Fasi (m) (Kn/m3) (kPa) (°) MPa (°)

Cernicchiara I1_S4_30_0 Tab. 8.7

I1_S4_30 4 Tab. 8.8

DBS 30

0/

0.5

25 105/

74

43.7/

37.1

5087/

2595

0.3 φ/2 0.7

San Leo I2_S4_30_0 Tab. 8.7

I2_S4_30 4 Tab. 8.8

CMA 30

0/

0.5

25 66/

45

34.9/

27.8

2323/

1244

0.3 φ/2 0.7

Ligea I3_S4_30_0 Tab. 8.7

I1_S4_30 4 Tab. 8.8

DBS 30

0/

0.5

25 112/

79

44.3/

38.0

5827/

2903

0.3 φ/2 0.7

Poseidon I4_S4_20_0 Tab. 8.7

I2_S4_20 4 Tab. 8.8

CMA 20

0/

0.5

25 48/

32

38.0/

30.9

2090/

1191

0.3 φ/2 0.7

37


8.3 Geometria del modello

Il comportamento della generica sezione è stato valutato mettendo a punto un modello

bidimensionale la cui geometria e discretizzazione agli elementi finiti è illustrata a titolo di

esempio in Figura 8.1, per l’analisi con copertura pari a 125m.

Il modello geometrico considerato nelle analisi numeriche ha una estensione di 200 m

in larghezza (direzione x) ed un’altezza (direzione y ) variabile in funzione delle coperture

adottate da un minimo di 70 m a un massimo 230 m; la galleria è collocata all’interno

dell’ammasso ad una distanza dal contorno inferiore di circa 40m.

La larghezza del dominio è sufficiente per escludere eventuali fenomeni di bordo,

mentre la sua altezza (spessore in direzione y) è stata valutata tenendo conto della

tipologia della galleria, delle sue dimensioni verticali, e della modesta influenza della

profondità del limite inferiore della roccia sui fenomeni indotti dallo scavo.

La roccia è stata modellata mediante elementi triangolari a 15 nodi con integrazione

numerica a 12 punti di Gauss (stress point). Gli stessi elementi sono stati utilizzati per

modellare, nelle Sezioni tipo 3 e 4, il presostegno al contorno del cavo mediante i tubi

metallici. In Figura 8.2 sono rappresentati gli elementi utilizzati con l’indicazione dei punti

di Gauss e dei nodi per ciascun elemento.

Il rivestimento provvisorio costituito da centine e spritz beton, e quello definitivo -

costituito da arco rovescio, piedritti e calotta - sono stati discretizzati con elementi trave

(beam) a 5 nodi con integrazione numerica a 8 punti di Gauss (Figura 8.3). Al contatto

roccia–struttura di rivestimento sono stati impiegati dei particolari elementi interfaccia,

riportati in Figura 8.4, con lo scopo di simulare possibili fenomeni di scorrimento plastico.

Utilizzando per la roccia gli elementi a 15 nodi, i corrispondenti elementi all’interfaccia

sono definiti da 5 coppie di nodi e da 5 punti d’integrazione di Newton Cotes.

Le distribuzioni dei nodi e dei punti di Gauss del modello sono rappresentate nella

Figura 8.5, mentre la Tabella 8.3 riassume le caratteristiche salienti della discretizzazione

agli elementi finiti adottata.

38


Tabella 8.3 – Caratteristiche della discretizzazione agli elementi finiti adottata.

Roccia Infilaggi Interfacce Rivestimento

provvisorio e definitivo

Tipo di

elemento 15 nodi 15 nodi 10 nodi beam a 5 nodi

Integrazione

numerica 12 punti Gauss 12 punti Gauss

5 punti di

Newton–Cotes 8 punti Gauss

Figura 8.1 – Geometria e discretizzazione agli elementi finiti del modello utilizzato per l’analisi con una copertura di 125 m.

39


Figura 8.2 – Distribuzione dei nodi e dei punti di Gauss nella roccia.

Figura 8.3 – Distribuzione dei nodi e dei punti di Gauss nell’elemento trave.

Figura 8.4 – Distribuzione dei nodi e dei punti di Gauss nell’elemento interfaccia.

40


Figura 8.5 – Distribuzione dei nodi e dei punti di Gauss (+ nodi, ∗ stress points).

41


8.4 Proprietà e modelli costitutivi dell’ammasso e degli elementi strutturali

In Figura 8.6 è rappresentata un particolare degli elementi trave (beam) e della

suddivisione del dominio in gruppi di volume omogenei per caratteristiche meccaniche.

Essi vengono brevemente descritti di seguito.

Figura 8.6 – Suddivisione del dominio in sets di elementi.

Roccia

Per la roccia è stato adottato il modello costitutivo elastico lineare perfettamente

plastico con criterio di rottura di Mohr-Coulomb.

I parametri fisici e meccanici utilizzati nel calcolo sono riportati - per tutte le analisi

svolte - nella Tabella 8.1 e coincidono con quelli indicati nella Relazione geotecnica:

caratterizzazione dei materiali (Rif. i) per i diversi litotipi.

Per simulare il disturbo arrecato alla roccia dallo scavo si sono adottati i parametri di

resistenza corrispondenti ad un disturbo D = 0.5 nell’intorno del cavo, per uno spessore

di circa 10-15 m (elementi giallo-ocra in Figura 8.6) e D = 0 altrove, lontano dallo scavo

(elementi azzurri in Figura 8.6).

42


Nelle analisi in Fase di diagnosi (assenza di interventi), svolte con il solo scopo di fornire

indicazioni di massima sul comportamento deformativo del fronte, si è assunto in maniera

semplificata – seppur a vantaggio di sicurezza – D= 0.5 ovunque nel dominio analizzato; i

risultati ottenuti in suddette analisi, in termini di deformazioni del cavo e zone

plasticizzate, sono quindi da ritenersi come i massimi attesi.

Pre-sostegno

L’effetto di pre-sostegno al contorno, realizzato con i tubi metallici e previsto per la

sezione tipo 3 e la sezione tipo 4 , è stato modellato - nell’ipotesi che tali opere

limitino il disturbo della roccia all’intorno del cavo – adottando ovunque nel modello i

parametri di resistenza corrispondenti ad un grado di disturbo limitato (D = 0).

Rivestimento provvisorio (Centine e spritz)

Il rivestimento di prima fase è costituito da centine in acciaio e da spritz-beton

fibrorinforzato e armato con rete eletttrosaldata. Il rivestimento è stato modellato

mediante elementi trave adottando un modello costitutivo di tipo elastico lineare ed è

indicato in blu in Figura 8.6. I relativi parametri di calcolo sono riportati in Tabella 8.4.

Rivestimento definitivo

Il rivestimento definitivo è costituito da un getto di calcestruzzo avente classe di

resistenza C28/35 e spessore variabile a seconda della sezione tipo. La modellazione è

stata eseguita con elementi trave adottando un modello costitutivo elastico lineare. I

parametri di calcolo sono riportati in Tabella 8.5, precisando che detti valori sono

comprensivi di quelli del rivestimento di prima fase. Per le sezioni tipo 3 e 4 si è assunto

uno spessore della calotta pari a quello dell’arco rovescio, comunque compreso nel range

di valori di progetto.

43


Tabella 8.4 – Parametri di calcolo del rivestimento di prima fase (centine e spritz).

Sezione Tipo

1 2 3 4

Descrizione 1HeB140/150

+15 cm spritz

2IP160/125+

+20 cm spritz

2IP180/100+

+20 cm spritz

2IP180/100+

+20 cm spritz

Tipo di materiale Elastico Elastico Elastico Elastico

Rigidezza assiale EA

(kN/m) 6.00·106 7.17·106 7.57·106 7.57·106

Rigidezza flessionale EI

(kNm2/m) 1.32·104 2.45·104 2.74·104 2.74·104

Peso w (kN/m/m) 0 0 0 0

Coefficiente di Poisson ν 0 0 0 0

Tabella 8.5 – Parametri di calcolo del rivestimento definitivo.

Sezione Tipo

1 2 3 4

Spessore arco rovescio

(cm) 50 60 80 90

Spessore calotta

(cm) 50 60 80 90

Tipo di materiale Elastico Elastico Elastico Elastico

Rigidezza assiale EA (kN/m) 2.25·107 2.70·107 3.40·107 3.73·107

Rigidezza flessionale EI

(kNm2/m) 3.57·105 6.18·105 1.44·106 2.03.·106

Peso w (kN/m/m) 0 0 0 0

Coefficiente di Poisson ν 0 0 0 0

44


Elementi interfaccia roccia-sostegno

L’interfaccia tra roccia e struttura è stata modellata attraverso l’utilizzo di particolari

elementi connessi agli elementi roccia. Agli elementi interfaccia è stato associato il

modello costitutivo di tipo elasto-plastico perfetto con criterio di rottura Mohr-Coulomb,

con caratteristiche fisico-meccaniche identiche agli elementi di roccia ad essi associati. In

particolare la scabrezza tra roccia e galleria, δ, è stata assunta pari all’angolo di attrito della

roccia.

8.5 Fasi delle analisi

La definizione di ciascuna delle fasi esecutive – ad eccezione della prima, fase

geostatica - è correlata alla definizione di una curva di "rilascio tensionale" in grado di

mettere in conto la tridimensionalità del problema. Nelle analisi è stata adottata la legge

Hanafy & Emery (1980), riportata per punti in Tabella 8.6 e rappresentata in Figura 8.7,

ove:

ξ = distanza tra il fronte di scavo e la sezione di osservazione

ξ/R = rapporto adimensionale tra detta distanza e il raggio del cavo (R)

e λ è il rilascio tensionale nella sezione d’osservazione a cui corrisponde una pressione

fittizia (p), applicata sempre alla sezione, pari a:

0 (1 )p p λ= ⋅ −

ove p0 è la pressione iniziale. Si noti che per λ = 0 il rilascio è nullo e la pressione

applicata al contorno del cavo è pari a quella iniziale, mentre per λ = 1 il rilascio è totale e

la pressione al contorno è nulla. Nell’ambiente PLAXIS v.8.5 il tasso di rilascio λ è

relazionabile al moltiplicatore totale che controlla il processo di costruzione per fasi,

indicato con ΣMSTAGE.

Le varie fasi sono sintetizzate nelle Tabella 8.7 e 8.8 rispettivamente per il caso di scavo

non sostenuto (diagnosi) e sostenuto (terapia), assieme ad una breve descrizione ed ai valori

delle grandezze (ξ/R, λ) che le delimitano, e descritte separatamente di seguito.

45


Tabella 8.6 – Legge di scarico Hanafy e Emery, 1980.

ξ/R λ 1-λ

-5 0.000 1.000

-4 0.007 0.993

-3 0.015 0.985

-2 0.034 0.966

-1 0.093 0.907

0 0.377 0.623

1 0.808 0.192

2 0.938 0.062

3 0.969 0.031

4 0.992 0.008

5 0.995 0.005

6 0.998 0.002

7 1.000 0.000

8 1.000 0.000

Legenda: ξ =Distanza dal fronte di scavo e sezione di osservazione R= Raggio della galleria λ =Rilascio tensionale della sezione di osservazione

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8ξ/R

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1-λ(

ξ)

Figura 8.7 – Legge di scarico di Hanafy e Emery, 1980.

46


Tabella 8.7 – Sintesi delle fasi della modellazione –fase di diagnosi (scavo libero )

Fase Descrizione ξ

(m)

ξ/R λ

1 Inizio dello scavo ξ<0 ξ/R<0 0.377

2 Avanzamento e completamento degli scavi

0<ξ<54 0<ξ/R<8 1

Legenda: ξ =Distanza dal fronte di scavo e sezione di osservazione R= Raggio della galleria =6.8 m, come riportato negli elaborati grafici di progetto λ =Rilascio tensionale della sezione di osservazione

Tabella 8.8 – Sintesi delle fasi della modellazione – simulazione delle reali fasi costruttive (fase di terapia).

Sezione

tipo Fase Descrizione ξ

(m)

ξ/R λ

1 Inizio dello scavo e deterioramento

delle caratteristiche geomeccaniche della roccia intorno allo scavo

ξ<3 ξ/R<0.44 0.56

2 Avanzamento degli scavi e realizzazione

del rivestimento provvisionale a una distanza di 3 m dal fronte

3<ξ<41 0.44<ξ/R<6 0.998 1


del rivestimento definitivo a una distanza dal fronte pari a 3 φ

41<ξ<54 6<ξ/R<8 1

1 Inizio dello scavo e deterioramento

delle caratteristiche geomeccaniche della roccia intorno allo scavo

ξ<2.5 ξ/R<0.37 0.53


del rivestimento provvisionale a una distanza di 2.5 m dal fronte

2.5<ξ<41 0.37<ξ/R<6 0.998 2



41<ξ<54 6<ξ/R<8 1

1 Inizio dello scavo ξ<2 ξ/R<0.29 0.51


del rivestimento provvisionale a una distanza di 2 m dal fronte

2<ξ<41 0.29<ξ/R<6 0.998 3

4



41<ξ<54 6<ξ/R<8 1


47


8.5.1 Analisi in fase di diagnosi

fase 0: fase geostatica

In questa prima fase di calcolo viene generato lo stato tensionale iniziale all’interno

della roccia tramite l’attivazione della forza di gravità. Le condizioni iniziali in termini di

tensioni verticali sono di tipo litostatico ( ' 'v zσ γ= ⋅ ), mentre le tensioni orizzontali sono

ad esse proporzionali tramite il coefficiente di spinta in quiete K0 ( 0' 'h vKσ σ= ⋅ ). Le

pressioni interstiziali sono nulle in tutto il dominio, mentre le condizioni al contorno

riguardo gli spostamenti nodali del sistema prevedono:

− spostamenti nulli nelle due direzioni, orizzontale e verticale, in corrispondenza della

base dello strato roccioso;

− spostamenti nulli in direzione orizzontale lungo i bordi laterali dello strato.

fase 1: inizio dello scavo

In questa fase viene simulato lo scavo a sezione piena. Alla fine di questa fase la

sezione di osservazione coincide con il fronte scavo (ξ=0 m; ξ/R=0), a cui corrisponde

una riduzione delle tensioni al contorno pari al 37.7% .

fase 2: avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento definitivo

Viene simulato l’avanzamento degli scavi fino a quando la distanza del fronte di scavo

dalla sezione di osservazione è pari a 4 volte il diametro della galleria (ξ/R=8)

corrispondente al completamento dello scarico tensionale (λ=100%).

48


8.5.2 Analisi in fase di terapia

fase 0: fase geostatica

In questa prima fase di calcolo viene generato lo stato tensionale iniziale all’interno

della roccia tramite l’attivazione della forza di gravità. Valgono le stesse considerazioni

svolte nel paragrafo precedente 8.5.1 per la corrispondente fase 0.

fase 1: inizio dello scavo

In questa fase viene:simulato lo scavo a sezione piena (Figura 8.8) ; inoltre per le analisi

relative alle sezioni tipo 1 e 2 – ove non è previsto alcun intervento di

preconsolidamento del cavo – viene modellato il deterioramento delle caratteristiche

geomeccaniche della roccia all’intorno dello scavo (disturbo D = 0.5) per uno spessore di

circa 15 m (roccia giallo-ocra in Figura 8.8 b). Alla fine di questa fase la distanza tra fronte

di scavo e sezione di osservazione coincide con la lunghezza del primo sfondo, variabile

tra ξ=2 - 3 m (ξ/R= 0.29 – 0.44) per le quattro sezioni tipo di progetto, a cui corrisponde

una riduzione delle tensioni al contorno pari al 51-56% (Tabella 8.8).

49


a)

b)

Figura 8.8 – a) Fase 1: inizio dello scavo; b) Fase 1: inizio dello scavo e deterioramento delle caratteristiche meccaniche all’intorno del cavo.

fase 2: avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento provvisionale

Viene simulato il posizionamento delle centine e dello spritz-beton. Tale situazione

perdura fino a una distanza della sezione di scavo dal fronte di osservazione pari a 3 volte

il diametro del cavo (ξ/R=6, v. Figura 8.9), corrispondente alla distanza massima in cui è

previsto il getto dell’arco rovescio e delle murette. La riduzione delle pressioni di scavo è

quasi totale, e pari al 99.8% (Tabella 8.8).

50


Figura 8.9 – fase 2: avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento provvisionale (rappresentato in blu in figura).

fase 3: avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento definitivo

Viene simulato il getto dell’arco rovescio e della calotta (Figura 8.10), a una distanza dal

fronte pari a 3 volte il diametro della galleria (ξ/R=6). Tale situazione perdura fino al

completamento dello scarico tensionale (ξ/R=8, λ=100%).

.

Figura 8.10 – fase 3: avanzamento degli scavi e posizionamento del rivestimento definitivo (rappresentato in blu in figura).

Si precisa che la scelta di simulare il getto del rivestimento definitivo alla distanza

massima prevista nel progetto - e pari a 3 volte il diametro della galleria - rappresenta la

situazione più gravosa sia in termini di deformazione e spostamenti della galleria e della

51


roccia circostante (convergenze) che di sollecitazioni sui rivestimenti provvisionali

(centine + spritz-beton). Sulla scorta di tali considerazioni, i risultati di suddette analisi

sono stati impiegati, in favore di sicurezza, per la stima delle convergenze massime e per

la verifica dei rivestimenti provvisionali.

Viceversa, ai fini della verifica del rivestimento definitivo nelle condizioni

presumibilmente più gravose, sono state svolte ulteriori quattro analisi (una per sezione

tipo, Tabella 8.10 e 8.11) in cui si è simulato il getto dell’arco rovescio ad una distanza dal

fronte sensibilmente minore di quella massima e pari a 1φ, secondo le fasi riportate in

Tabella 8.9.

Tabella 8.9 – Sintesi delle fasi della modellazione – simulazione delle reali fasi costruttive (fase di terapia per la verifica del rivestimento definitivo).

Sez.

tipo Fase Descrizione ξ(m) ξ/R λ

1 Inizio dello scavo e deterioramento delle caratteristiche geomeccaniche della roccia intorno allo scavo

ξ<3 ξ/R<0.44 0.56

2 Avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento provvisionale a una distanza di 3 m dal fronte

3<ξ<14 0.44<ξ/R<2 0.938 1

3 Avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento definitivo a una distanza dal fronte pari a φ

14<ξ<54 2<ξ/R<8 1

1 Inizio dello scavo e deterioramento delle caratteristiche geomeccaniche della roccia intorno allo scavo

ξ<2.5 ξ/R<0.37 0.53

2 Avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento provvisionale a una distanza di 2.5m dal fronte

2.5<ξ<14 0.37<ξ/R<2 0.938 2


14<ξ<54 2<ξ/R<8 1

1 Inizio dello scavo ξ<2 ξ/R<0.29 0.51

2 Avanzamento degli scavi e realizzazione del rivestimento provvisionale a una distanza di 2 m dal fronte

2<ξ<14 0.29<ξ/R<2 0.938 3

4


14<ξ<54 2<ξ/R<8 1


52

53


Tabella 8.10 – Programma delle analisi principali , impiegate nella verifica del rivestimento definitivo

Tabella 8.11 – Programma delle analisi principali , impiegate nella verifica del rivestimento definitivo per la sezione di imbocco

Legenda: H= Copertura φk =Peso dell’unità dell’ammasso roccioso Ko = Coefficiente di spinta in quiete D = Grado di disturbo E = Modulo di Young medio dell’ammasso roccioso

γ =Peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso ν= coefficiente di Poisson ck =Coesione dell’ammasso roccioso Ψ =Dilatanza

Parametri geomeccanici di calcolo Fase terapia Lit. H D γ ck φk E ν ψ Ko

Analisi Sez. tipo

Fasi (m) (Kn/m3) (kPa) (°) (MPa) (°)

S1_170_RD 1 Tab8.9

DBS 170

0/

0.5

25 634/

511

38.2/

35.0

30322/

169230.3 φ/2 0.7

S2_110_RD 2 Tab 8.9

CMA 110 0/

0.5

25 241/

183

30.7/

25.9

8415/

3996 0.3 φ/2 0.7

S3_140_RD 3 Tab8.9

CMA 140 0 25 286 28.3 8415 0.3 φ/2 0.7

Parametri geomeccanici di calcolo Fase terapia Lit. H D γ ck φk E ν ψ Ko

IMBOCCO

Analisi Sez.Tipo

Fasi (m) (Kn/m3) (kPa) (°) (MPa) (°)

San Leo I2_S4_30_RD 4 Tab. 8.9

CMA 30

0 25 66 34.9 2323 0.3 φ/2 0.7

54


8.6 Analisi dei risultati: fase di diagnosi

In questo paragrafo si riportano in maniera sintetica i principali risultati delle analisi

svolte in fase di diagnosi, mirate a valutare il comportamento deformativo e tensionale del

cavo in assenza di rivestimenti e a individuare tratte di caratteristiche geomeccaniche

omogenee lungo le due gallerie.

Nella Figura 8.11 sono definiti alcuni nodi significativi del cavo e della roccia, in

corrispondenza dei quali risulta particolarmente significativo commentare i valori calcolati

degli spostamenti.

Figura 8.11 – Definizioni di alcuni nodi caratteristici A(100;H); B(100;50.13); C(100; 38.99); D(93.23;42.9); E (93.92; 41.34).

Le tabelle 8.12 e 8.13 mostrano per le varie analisi svolte i valori degli spostamenti

verticali nel punto B (in testa allo scavo), del punto C (alla base dello scavo), e gli

spostamenti orizzontali nel punto D. Tutti gli spostamenti sono valutati sia al fronte di

scavo (fine fase 1 , Tabella 8.7) che lontano dal fronte (fine fase 2, Tabella 8.7).

55


Nella tabella 8.14 si riportano i valori delle “convergenze verticali” - ossia

l’accorciamento relativo tra il punto B e il punto C - rispettivamente al fronte (Cv,F) e

lontano dal fronte (Cv), e delle “convergenze orizzontali” - ossia due volte lo

spostamento orizzontale del punto D - ancora valutate al fronte (Ch,F) e lontano dal

fronte (Ch). Nella stessa tabella si riportano i rapporto tra il raggio plastico e il raggio

massimo al fronte (Rp,F/R) e lontano dal fronte (Rp/R).

8.6.1 Comportamento del cavo in Dolomia (DBS) - Analisi S1_45_0; S1_80_0; S1_170_0

Le simulazioni svolte per valutare il comportamento dello scavo nella formazione delle

Dolomie mostrano che per tutte le coperture indagate, e ad eccezione degli imbocchi per i

quali si rimanda al Paragrafo 8.6.4:

- i fenomeni deformativi (Tabella 8.12 e 8.14) sono di piccola entità con valori delle

convergenze massime minori del cm, sia al fronte (ξ/R=0, fase 1) che lontano dal

fronte (ξ/R>8, fase 2). Le iso-linee degli spostamenti verticali e orizzontali del

sistema alla fine della fase 2 sono rappresentate nella Figura 8.12 a) e b) , per l’analisi

con copertura H=170 m (analisi S1_170_0);

- lo stato tensionale al contorno della cavità al fronte si mantiene in campo elastico

(Rp,F/R=1, Tabella 8.14); lontano dal fronte si osserva la formazione di zone

plasticizzate, seppure limitate in estensione (Rp,F/R=1.5, Tabella 8.14). In figura

8.13 si riportano le zone plasticizzate previste per l’analisi S1_170_0 alla fine della fase

2.

Sulla base dei risultati ottenuti si può concludere pertanto che il comportamento della

Dolomia per tutto il range di coperture analizzato, è di tipo “A” stabile a lungo termine.

Per tale tratta si è previsto in fase di progetto la sezione tipo 1.

56


a)

b) Figura 8.12 – Analisi S1_170_0: a) Curve di livello degli spostamenti verticali nell’intorno dello scavo; b) curve di livello delle spostamenti orizzontali nell’intorno dello scavo alla fine della fase 2

57


Figura 8.13 – Analisi S1_170_0 :distribuzione delle zone plasticizzate alla fine della fase 2.

58


8.6.2 Comportamento del cavo in Calcare marnoso (CMA) per coperture medio-basse – Analisi S2_75_0; S2_110_0

Le simulazioni svolte per valutare il comportamento dello scavo nella formazione del

Calcare marnoso mostrano che per medio-basse coperture, e ad eccezione degli imbocchi

per i quali si rimanda al Paragrafo 8.6.4:

- i fenomeni deformativi al fronte (Tabella 8.12 e 8.14) sono di modesta entità con

valori delle convergenze massime minori del cm, mentre lontano dal fronte (ξ/R>8,

fase 2) le convergenze diventano significative e tanto maggiori all’aumentare della

copertura. In particolare i valori massimi delle convergenze - ottenute per l’analisi con

copertura H=110 m (analisi S2_110_0) - risultano pari a 0.58 cm e 11.8 cm,

rispettivamente al fronte e lontano del fronte. Le iso-linee degli spostamenti verticali

e orizzontali del sistema alla fine della fase 2 sono rappresentate nella Figura 8.14 a) e

b), per l’analisi S2_110_0;

- il comportamento della roccia si allontana progressivamente da un comportamento di

tipo elastico, per passare ad un comportamento di tipo elasto-plastico all’aumentare

della copertura. In particolare lontano dal fronte si osserva la formazione di zone

plasticizzate di estensione non trascurabile (Rp,F/R = 2.6 - 2.9, Tabella 8.14), come

mostrato nella figura 8.15 per l’analisi S2_110_0 alla fine della fase 2.

Alle tratte delle gallerie che attraversano i Calcari Marnosi per coperture intermedie si può

pertanto associare un comportamento di tipo B, “stabile a breve termine”. Per tale

tratta si prevede in fase di progetto la sezione tipo 2.

59


a)

b) Figura 8.14 – Analisi S2_110_0: a) Curve di livello degli spostamenti verticali nell’intorno dello scavo; b) curve di livello delle spostamenti orizzontali nell’intorno dello scavo alla fine della fase 2.

60



8.6.3 Comportamento del cavo in Calcare marnoso (CMA) per alte coperture - Analisi S3_125_0; S3_140_0

Le simulazioni svolte per valutare il comportamento dello scavo nella formazione del

Calcare marnoso per le alte coperture mostrano che:

- i fenomeni deformativi al fronte (Tabella 8.12 e 8.14) sono ancora di modesta entità

con valori delle convergenze massime minori del cm, ma lontano dal fronte (ξ/R>8,

fase 2) le convergenze diventano importanti e raggiungono valori massimi pari a 15

cm (analisi S2_140_0). Le Figure 8.16 a) e b) mostrano le iso-linee rispettivamente

degli spostamenti verticali e orizzontali alla fine della fase 2 per l’analisi S3_140_0;

- lontano dal fronte si osserva la formazione di zone plasticizzate di notevole

estensione (Tabella 8.14), come mostrato nella figura 8.17 per l’analisi S3_140_0 alla

fine della fase 2.

Pertanto ai Calcari Marnosi in presenza di elevate coperture si può associare un

comportamento di tipo B“stabile a breve termine”.

61


Per tale tratta si prevede in fase di progetto la sezione tipo 3.

a)

b) Figura 8.16 – Analisi S3_140_0: a) Curve di livello degli spostamenti verticali nell’intorno dello scavo; b) curve di livello delle spostamenti orizzontali nell’intorno dello scavo alla fine della fase 2:

62



8.6.4 Comportamento del cavo in corrispondenza degli imbocchi - Analisi I1_S4_30_0 (Cernicchiara); I2_S4_30_0 (San Leo); I3_S4_30_0 (Ligea); I4_S4_20_0 (Poseidon)

Le simulazioni svolte per valutare il comportamento dello scavo per coperture

estremamente basse, quali quelle osservabili in corrispondenza degli imbocchi, mostrano

che:

- per i due imbocchi in Dolomia, i fenomeni deformativi (Tabella 8.13 e 8.14) sono di

piccola entità sia al fronte che lontano da esso. Parimenti, lo stato tensionale al

contorno della cavità al fronte si mantiene in campo elastico (Rp,F/R=1, Tabella

8.14), mentre lontano dal fronte si osserva la formazione di zone plasticizzate di

dimensioni modeste (Rp,F/R=1.8, Tabella 8.14);

- per i due imbocchi in Calcare Marnoso, in corrispondenza del fronte i fenomeni

deformativi sono ancora modesti, con valori delle convergenze massime pari a 0.58

cm, e le zone plasticizzate hanno dimensioni limitate (Rp,F/R=1.2, Tabella 8.14).

63


Al contrario, lontano dal fronte (ξ/R>8, fase 2) si evidenziano chiare condizioni di

instabilità testimoniate dalla non-convergenza della soluzione numerica.

Sulla scorta dei risultati ottenuti si può ipotizzare per gli imbocchi in Dolomia un

comportamento di tipo “stabile/stabile a breve termine” (A/B), e per gli imbocchi in

calcare marnoso un comportamento di tipo “stabile a breve termine/instabile” (B/C).

Sulla scorta di questi risultati, e considerata la concreta possibilità che in prossimità della

maggior parte degli affioramenti il materiale sia fortemente alterato e fratturato, si è

previsto per tutti gli imbocchi, sia in Calcare marnoso che in Dolomia, di adottare la

sezione tipo 4.

64


Tabella 8.12 – Spostamenti al cavo per i punti indicati in figura 8.11 (fase di diagnosi)

Analisi Fasi

Tab 8.7

Cedimenti

S1_45_0 S1_80_0 S1_170_0 S2_75_0 S2_110_0 S3_125_0 S3_140_0

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B) (cm) -0.09 -0.09 -0.11 -0.27 -0.29 -0.33 -0.37 Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.11 +0.10 +0.10 +0.29 +0.29 +0.33 +0.37 Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale al fronte, Cv,F” (cm) 0.2 0.19 0.21 0.56 0.58 0.66 0.74

Spostamento orizzontale del punto D (cm) 0.04 0.04 0.04 0.11 0.12 0.13 0.15

1

Convergenza orizzontale al fronte“Ch,F” (cm) 0.08 0.08 0.08 0.22 0.24 0.26 0.30

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B) (cm) -0.33 -0.33 -0.39 -3.40 -3.60 -4.60 -6.20 Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.32 +0.30 +0.32 +1.70 +2.10 +2.60 +3.30 Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale, Cv,” (cm) 0.65 0.60 0.71 5.10 5.70 7.20 9.50


2

Convergenza orizzontale “Ch,F” (cm) 0.68 0.68 0.86 9.40 11.80 12.00 15.20

65


Tabella 8.13 – Spostamenti al cavo per i punti indicati in figura 8.11, relative alle analisi nelle sezioni di imbocco (fase di diagnosi)

Analisi Fasi

Tab.8.7

Cedimenti

I1_S4_30_0

Cernicchiara

I2_S4_30_0

San Leo

I3_S4_30_0

Ligea

I4_S4_20_0

Poseidon

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B) (cm) -0.13 -0.26 -0.11 -0.19 Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.16 +0.32 +0.14 +0.26 Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale al fronte, Cv,F” (cm) 0.29 0.58 0.25 0.45

Spostamento orizzontale del punto D (cm) 0.05 0.11 0.05 0.08

1

Convergenza orizzontale al fronte“Ch,F” (cm) 0.1 0.22 0.1 0.16

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B) (cm) -0.61 / -0.50 / Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.50 / +0.44 / Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale, Cv,” (cm) 1.11 / 0.94 /

Spostamento orizzontale del punto D (cm) 0.77 / 0.64 /

2

Convergenza orizzontale “Ch,F” (cm) 1.54 / 1.28 /

66


Tabella 8.14 – Valori di convergenza del cavo attesi e definizioni delle categorie con caratteristiche fisico-meccaniche omogenee.

Fase diagnosi

Fronte Lontano fronte

H

Cv,F Ch,F Cv Ch

Analisi Lit.

(m) (cm) (cm)

Rp,F/R(cm) (cm)

Rp/R

Categoria

S1_45_0 DBS 45 0.20 0.08 1 0.65 0.68 1.5 A

S1_80_0 DBS 80 0.19 0.08 1 0.60 0.68 1.5 A

S1_170_0 DBS 170 0.21 0.08 1 0.71 0.86 1.6 A

S2_75_0 CMA 75 0.56 0.22 1.01 5.10 9.40 2.6 B

S2_110_0 CMA 110 0.58 0.24 1.01 5.70 11.80 2.9 B

S3_125_0 CMA 125 0.66 0.26 1.03 7.20 12.00 3.2 B

S3_140_0 CMA 140 0.74 0.30 1.03 9.5 15.20 3.2 B

67


Legenda: H= Copertura Ch,F = Convergenza orizzontale al fronte Ch = Convergenza orizzontale lontano dal fronte Rp =Raggio plastico lontano dal fronte

Cv,F = Convergenza verticale al fronte Cv = Convergenza verticale lontano dal fronte Rp,F =Raggio plastico al fronte R =Raggio della Galleria

Fase diagnosi

Fronte Lontano fronte

H

Cv,F Ch,F Cv Ch

IMBOCCO Analisi Lit.

(m) (cm) (cm)

Rp,F/R(cm) (cm)

Rp/R

Categoria

Cernicchiara I1_S4_30_0 DBS 30 0.29 0.10 1.0 1.11 1.54 1.8 A/B

San Leo I2_S4_30_0 CMA 30 0.58 0.22 1.2 / / / B/C

Ligea I3_S4_30_0 DBS 30 0.25 0.10 1.0 0.94 1.28 1.8 A/B

Poseidon I4_S4_20_0 CMA 20 0.45 0.16 1.2 / / / B/C

68


8.7 Analisi dei risultati: fase di terapia

Di seguito si riportano i principali risultati delle analisi svolte al fine di valutare

l’adeguatezza degli interventi proposti - riassumibili nelle quattro sezioni tipo definite nel

Capitolo 6 - per le diverse tratte a comportamento omogeneo individuate lungo le gallerie.

Per ciascuna delle quattro sezioni tipo si descrivono dapprima i risultati delle analisi

numeriche elencate in Tabella 8.1 e 8.2 (fase di terapia). Tali analisi - nelle quali si simula il

getto del rivestimento definitivo alla distanza massima prevista nel progetto e pari a tre

volte il diametro della galleria - sono state condotte, a favore di sicurezza, per valutare le

convergenze massime attese e per verificare il rivestimento provvisorio (centine + spritz-

beton). Si riportano in particolare i risultati al termine della fase 2, corrispondente ad una

riduzione della pressione del 99.8%. Alla fine di questa fase, infatti, il sostegno dello scavo

è ancora affidato al solo rivestimento provvisionale, e nelle centine si verificano le

massime sollecitazioni flessionali ed assiali da adottare come input per la verifica

strutturale delle centine stesse. Inoltre le deformazioni e gli spostamenti relativi a questa

fase sono praticamente coincidenti con quelli calcolati nella successiva fase 3 -

allorquando, a rilascio tensionale pressoché completo, al rivestimento provvisionale si

aggiunge quello definitivo in calcestruzzo. - e sono quindi da intendersi come gli

spostamenti massimi attesi.

Successivamente vengono sinteticamente presentati i risultati delle analisi riportate nelle

Tabella 8.10 e 8.11 - ove si è simulato il getto dell’arco rovescio ad una distanza dal fronte

pari a solo 1φ − eseguite con l’unico fine di valutare un limite superiore delle sollecitazioni

attese sul rivestimento definitivo in calcestruzzo.

Per comodità del lettore, le tabelle 8.15 - 8.19 riassumono i principali risultati ottenuti.

In particolare le tabelle 8.15 e 8.16 riassumono i valori degli spostamenti verticali e

orizzontali alla fine della fase 2 per alcuni punti del dominio (punti definiti in Figura 8.11),

mentre nella tabella 8.17 si riportano i valori delle “convergenze verticali” (Cv) e delle

69


“convergenze orizzontali” (Ch) massime attese. Nella stessa tabella si riporta inoltre il

rapporto tra il raggio plastico e il raggio della galleria (Rp/R).

Le tabelle 8.18 e 8.19 elencano i valori delle sollecitazioni massime rispettivamente sul

rivestimento provvisionale e definitivo, secondo quanto commentato precedentemente.

70

71


Tabella 8.15 – Spostamenti al cavo per i punti indicati in figura 8.11 alla fine della fase 2 (Tabella 8.8)

Analisi

Sez. Tipo 1 Sez. Tipo 2 Sez. Tipo 3

Spostamenti

S1_45 S1_80 S1_170 S2_75 S2_110 S3_125 S3_140

Cedimento al p.c in asse alla galleria (punto A)

(cm) -0.07 -0.04 -0.04 -0.24 -0.20 -0.10 -0.14

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B)

(cm) -0.28 -0.23 -0.30 -0.94 -1.00 -0.52 -0.68

Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.32 +0.25 +0.29 +1.2 +1.30 +0.60 +0.76 Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale, Cv” (cm) 0.60 0.48 0.59 2.14 2.30 1.12 1.44


Spostamento orizzontale del punto E (cm) 0.21 0.11 0.10 3.10 3.70 0.50 1.8

Convergenza orizzontale massima“Ch” (cm) 0.48 0.34 0.50 6.20 7.40 1.18 3.6

72


Tabella 8.16 – Spostamenti al cavo per i punti indicati in figura 8.11, relativi alle sezioni di imbocco, alla fine della fase 2 (Tabella 8.8)

Analisi

Sez. Tipo 4

Cedimenti

I1_S4_30

Cernicchiara

I2_S4_30

San Leo

I3_S4_30

Ligea

I4_S4_20

Poseidon

Cedimento al p.c in asse alla galleria (punto A)

(cm) -0.16 -0.28 -0.05 -0.14

Cedimento in calotta in asse alla galleria (punto B)

(cm) -0.16 -0.56 -0.14 -0.27

Sollevamento in asse alla galleria (punto C) (cm) +0.21 +0.58 +0.19 +0.42 Accorciamento relativo tra i punti C e B,

“Convergenza verticale, Cv” (cm) 0.37 1.14 0.33 0.69

Spostamento orizzontale del punto D (cm) 0.09 0.9 0.07 0.27

Spostamento orizzontale del punto E (cm) 0.09 1.5 0.06 0.35

Convergenza orizzontale massima“Ch” (cm) 0.18 3.0 0.14 0.70

73


Tabella 8.17 – Valori di convergenza massimi attesi.

Legenda: H= Copertura R =Raggio della Galleria

Cv = Convergenza verticale Rp =Raggio plastico Ch = Convergenza orizzontale

Fase terapia H

Cv Ch

Analisi Sezione tipo

Lit.

(m) (cm) (cm)

Rp/R

S1_45 DBS 45 0.60 0.48 1.2

S1_80 DBS 80 0.48 0.34 1.2

S1_170

1

DBS 170 0.57 0.50 1.2

S2_75 CMA 75 2.14 6.20 1.9

S2_110 2

CMA 110 2.30 7.40 1.9

S3_125 CMA 125 1.12 1.18 1.6

S3_140 3

CMA 140 1.44 3.6 1.7

Fase terapia H

Cv Ch

Analisi Sezione tipo

Lit.

(m) (cm) (cm)

Rp/R

Cernicchiara I1_S4_30 DBS 30 0.37 0.18 1.2

San Leo I2_S4_30 CMA 30 1.14 3.00 1.6

Ligea I3_S4_30 DBS 30 0.33 0.14 1.2

Poseidon I4_S4_20

4

CMA 30 0.69 0.70 1.5

74


Tabella 8.18 – Sollecitazioni nel rivestimento provvisionale alla fine della fase 2 (Tabella 8.8)

Analisi

Sez. Tipo 1 Sez. Tipo 2 Sez. Tipo 3 Sez. Tipo 4

Sollecitazioni

S1_45 S1_80 S1_170 S2_75 S2_110 S3_125 S3_140 I1_S4_30

Imb.

Cernicchiara

I2_S4_30

Imb.

S.Leo

I3_S4_30

Imb.

Ligea

I4_S4_20

Imb.

Poseidon

Mmax (kNm/m) 7.0 9.1 11.7 37.0 46.0 35.1 49.5 4.8 17.0 4.3 4.7 N (kN/m) 606.0 849.0 1504.0 414.0 575.0 1799.9 968 433.0 231.0 374.0 741 T (kN/m) 1.4 3.9 0.1 1.5 0.3 8.4 0.2 1.7 0.7 1.6 0.0

M(kNm/m) 1.1 0.5 0.3 12.9 11.4 2.8 8.0 1.6 9.7 1.1 4.4

Nmax(kN/m) 1050.0 1208.0 1921.0 1900.0 2802.0 3518.0 3450.0 705.0 776.0 648.0 767.0

T (kN/m) 0.1 0.2 0.2 2.3 0.1 0.7 1.9 0.6 2.7 0.5 0.7

M (kNm/m) 2.1 0.0 0.0 6.1 11.0 0.0 0.0 2.0 5.0 0.0 0.0

N (kN/m) 502.0 645.0 1010 207.0 345.0 1483.0 606.0 343.0 145.0 275.8 338.0

Tmax (kN/m) 17.4 39.0 28.0 36.0 57.0 93.9 73.0 14.2 19.2 16.2 13.8

Legenda: M = Momento flettente T = Taglio N= Sforzo assiale

75


8.19– Combinazioni delle sollecitazioni più gravose nel rivestimento definitivo alla fine della fase 3 (Tabella 8.9)

Legenda: M = Momento flettente

T = Taglio N= Sforzo assiale

M N T Analisi Posizione

kNm/m kN/m kN/m Calotta 28,0 3042,0 0,8 Calotta 0,4 3495,0 5,0 Murette 129,0 1370,0 459,0

Arco rovescio 60,0 978,0 13,0

S1_170_RD

Arco rovescio 23,0 845,0 33,0 Calotta 73 440,0 1,18 Calotta 55,0 4786,0 14,8 Calotta 13,0 3574,0 46,0 Murette 311,0 1345,0 507,0


S2_110_RD

Arco rovescio 28,0 1208,0 18,0 Calotta 29,9 7262,0 1,5 Calotta 24,2 7338,0 8,2 Calotta 4,9 6697,0 14,0 Murette 277,0 4285,0 83,0 Murette 259,0 2431,0 1008,0

Arco rovescio 172,6 2037,0 15,0

S3_140_RD

Arco rovescio 129,0 1821,0 74,0 Calotta 33,0 1731,0 1,3 Calotta 32,0 1739,0 3,5 Calotta 19,0 1685,0 10,0 Murette 62,0 558,0 259,0


I2_S4_30_RD


76


8.7.1 SEZIONE TIPO 1

Spostamenti massimi attesi e sollecitazioni sul rivestimento provvisionale

Si riportano i risultati dell’analisi S1_170 alla fine della fase 2 (tabella 8.8), relativa ad

una galleria in Dolomia con una copertura pari a 170 m, coincidente con la massima

copertura prevista. Tale analisi risulta rappresentativa della sezione tipo 1, adottata per

tutti i tratti di galleria in Dolomia. In virtù della copertura adottata, i risultati ottenuti da

tale analisi - sia in termini di spostamenti che di sollecitazioni sul rivestimento

provvisionale - sono da intendersi come i massimi attesi per questo tipo di sezione.

Per quanto riguarda lo stato tensionale, vale la pena evidenziare come il modello

riesca a cogliere “effetti arco” nella ridistribuzione delle tensioni. Nelle Figure 8.18 e 8.19

sono riportati le iso-linee (contours) dei valori assunti rispettivamente dalle tensioni verticali

ed orizzontali. Si noti che, per la convenzione adottata, i valori negativi delle tensioni

indicano stati di compressione. Con riferimento a dette figure, si osserva che:

− le tensioni verticali subiscono una significativa diminuzione (scarico tensionale) in

calotta, e un incremento in corrispondenza dei piedritti ove si raggiungono i valori

massimi. Questo risultato è fondamentalmente dovuto ad effetti arco;

− al disotto dell’arco rovescio si verifica un forte scarico tensionale dovuto alla

rimozione del terreno all’interno del cavo;

− per quanto riguarda le tensioni orizzontali, esse assumono valori massimi in

corrispondenza della calotta e al di sotto dell’arco rovescio.

In Figura 8.20 è riportata la mesh deformata al termine della fase 3 con un fattore di

amplificazione degli spostamenti pari a 500, per evidenziare la subsidenza del piano

campagna - sebbene modesta. Le iso-linee degli spostamenti verticali del sistema sono

rappresentate nella Figura 8.21, dalla quale si osserva che:

− gli spostamenti verticali in asse alla galleria sono piuttosto modesti, e decrescono

all’aumentare della distanza dal cavo;

77


− il cedimento massimo, che si verifica in corrispondenza della calotta della galleria

(punto B), è pari a 0.3 cm;

− al piano campagna si osserva l’andamento tipico degli spostamenti verticali (curva di

subsidenza), con un valore massimo in asse alla galleria (punto A) pari a 0.04 cm.

Tale valore molto modesto è spiegabile dalla elevata copertura. Lo spostamento

decresce ai lati fino ad annullarsi ad una distanza di circa 40 m dall’asse della galleria;

− al di sotto della galleria si hanno sollevamenti, fino ad un massimo di 0.29 cm in asse

all’arco rovescio (punto C).

In Figura 8.22 sono rappresentati i contours degli spostamenti orizzontali del sistema,

dai quali si può notare che:

− gli spostamenti orizzontali sono piuttosto modesti e confrontabili con quelli

verticali;

− tutti gli elementi posti nell’intorno della galleria si spostano verso l’interno del cavo;

− gli spostamenti orizzontali massimi si osservano in corrispondenza dei piedritti

(punto D) ove si osserva uno spostamento pari a 0.25 cm;.

In prossimità della galleria, e principalmente concentrata alla base della centina (punto E),

si genera una zona di deformazioni di taglio (v. Figura 8.23) nella quale si manifestano

deformazioni irreversibili con la formazione di zone plasticizzate (v. Figura 8.24),

diffuse lungo tutto il profilo della galleria (Rp/R=1.2, v. Tabella 8.17).

78


Figura 8.18 – Curve di livello delle tensioni verticali.

Figura 8.19 – Curve di livello delle tensioni orizzontali.

79


Figura 8.20 – Mesh deformata.

80


Figura 8.21 – Curve di livello degli spostamenti verticali.

Figura 8.22 – Curve di livello degli spostamenti orizzontali.

81


Figura 8.23 – Curve di livello delle deformazioni taglio.

Figura 8.24 – Distribuzione delle zone plasticizzate.

82


Per quanto riguarda le sollecitazioni nel rivestimento provvisionale, la tabella 8.18

riassume i massimi valori delle sollecitazioni mentre nelle Figure 8.25 - 8.27 sono riportati

gli andamenti dello sforzo normale (N), del momento flettente (M) e del taglio (T). Le

sollecitazioni nel rivestimento indicano la prevalenza di uno stato di compressione, con

un valore dello sforzo normale massimo pari a 1921 kN/m. I valori del momento

flettente e del taglio sono molto ridotti in calotta e sui piedritti, mentre risultano

relativamente elevati alla base delle centine. In particolare, il valore massimo del momento

(11.7 kNm/m) si osserva tra il punto D e il punto E, mentre il taglio assume il massimo

(28 kN/m) a nel punto E.

Figura 8.25 – Distribuzione dello sforzo assiale, NMax,E =1921 KN/m.

83


Figura 8.26 – Distribuzione del momento flettente: MMax =11.7KNm/m.

Figura 8.27 – Distribuzione del taglio: TMax =28KN/m.

84


Per brevità si omette la descrizione completa dei risultati delle altre analisi svolte per la

sezione tipo 1 , commentandone di seguito solo i principali risultati; dall’analisi delle

Tabelle 8.15, 8.17 e 8.18 si osserva che per le tre analisi svolte per la sezione tipo 1 - in

corrispondenza di una copertura minima, intermedia e massima:

- gli spostamenti nell’intorno del cavo risultano sempre modesti, con valori delle

convergenze minori del cm e comprese tra 0.48 e 0.6 cm al variare della copertura;

- rispetto alle stesse analisi svolte in assenza di interventi si osserva una diminuzione

delle convergenze massime del 30% circa (cfr Tabelle 8.14 e 8.17);

- le sollecitazioni massime del momento flettente, sforzo normale e taglio aumentano

all’aumentare della copertura e in particolare quasi raddoppiano passando dalla

copertura di 45 m a 170 m (v. Tabella 8.18).

Sulla scorta delle considerazioni sopra riportate, i risultati su descritti sono da

intendersi come i massimi attesi per le tratte della galleria in Dolomia ove è prevista la

sezione tipo 1 - sia in termini di deformazioni che di sollecitazioni sul rivestimento

provvisionale.

Per le coperture molto basse relative agli imbocchi si rimanda al Paragrafo 8.7.4.

Sollecitazioni sul rivestimento definitivo per la sezione tipo 1

Si riportano i risultati dell’analisi S1_170_RD relativa - come descritto in Tabella 8.10 -

ad una galleria in Dolomia con una copertura pari a 170 m, in termini di sollecitazioni sul

rivestimento definitivo; tali sollecitazioni sono da intendersi quali le massime attese per la

sezione tipo 1.

Nelle Figure 8.28 - 8.30 sono riportati gli andamenti delle sollecitazioni di sforzo

normale, momento flettente e taglio agenti sul rivestimento definitivo in calcestruzzo,

mentre la già citata tabella 8.19 riassume i massimi valori delle sollecitazioni. Le

sollecitazioni nel rivestimento indicano la prevalenza di uno stato di compressione, con

85


un valore dello sforzo normale massimo pari a 3495 kN/m. Il valore massimo del

momento flettente (129 kNm/m) si osserva in prossimità delle murette (punto E), mentre

nell’arco rovescio e in calotta i valori massimi del momento flettente sono rispettivamente

pari a 60 kNm/m e 28 kNm/m.

Le sollecitazioni di taglio sono modeste lungo tutto il cavo tranne che in prossimità delle

murette (nell’intorno del punto E), ove assumono valori relativamente elevati con un

massimo pari a 459 kN/m. In calotta, tra i punti B e D, i valori del taglio sono modesti

con massimi intorno a 5 kN/m, mentre in corrispondenza dell’arco rovescio il taglio

massimo è pari a 33 kN/m.

Figura 8.28 – Distribuzione dello sforzo assiale, NMax=3495 KN/m.

86


Figura 8.29 – Distribuzione del momento flettente: MMax=129KNm/m.

Figura 8.30 – Distribuzione del taglio: TMax =459KN/m.

87



Spostamenti massimi attesi al contorno del cavo e sollecitazioni sul rivestimento provvisionale per la sezione tipo2

Si riportano i risultati dell’analisi S2_110, relativa ad una galleria in Calcare Marnoso

con una copertura pari a 110 m, corrispondente alla copertura massima in cui è prevista la

sezione tipo 2 ; tale analisi può cautelativamente essere ritenuta rappresentativa della

sezione tipo in esame.

Dalle iso-linee delle tensioni verticali ed orizzontali mostrate nelle Figure 8.31 e 8.32 si

evidenzia come anche in questo caso il modello riesce a cogliere “effetti arco” nella

ridistribuzione delle tensioni.

La mesh deformata al termine della fase 2 è riportata in Figura 8.33. Le iso-linee degli

spostamenti verticali del sistema sono rappresentate nella Figura 8.34, dalla quale si

osserva che :

− al piano campagna si osserva la formazione di una curva di subsidenza, con un

valore massimo in asse alla galleria (punto A) pari a 0.2 cm e cedimenti via via

decrescenti fino ad annullarsi ad una distanza di circa 20 m dall’asse della galleria;

− in corrispondenza della calotta della galleria osservano i cedimenti massimi; il punto

B in asse alla galleria subisce un cedimento di 1.0 cm;

− al di sotto della galleria si hanno notevoli sollevamenti, fino ad un massimo di circa 2

cm; in asse all’arco rovescio (punto C) il sollevamento è pari a 1.3 cm.

In Figura 8.35 sono rappresentati i contours degli spostamenti orizzontali del sistema,

dai quali si può notare che tutti gli elementi si spostano verso l’interno del cavo, con

spostamenti massimi pari a 3.7 cm alla base delle centine (punto E).

La Figura 8.36 mostra le deformazioni di taglio; queste si generano in prossimità della

galleria e principalmente alla base delle centine. All’intorno del cavo si osserva la

88


formazione di zone plasticizzate (v. Fig 8.37) di estensione non trascurabile (Rp/R=1.9,

v. Tabella 8.17) seppure minore rispetto alla stessa analisi svolta in assenza di interventi

(Rp/R=2.9, v. Tabella 8.14).

Figura 8.31 – Curve di livello delle tensioni verticali

Figura 8.32 – Curve di livello delle tensioni orizzontali

89


Figura 8.33 – Mesh deformata


90


Figura 8.35– Curve di livello degli spostamenti orizzontali.

Figura 8.36– Curve di livello delle deformazioni taglio.

91


Figura 8.37– Distribuzione delle zone plasticizzate.

Per quanto riguarda le sollecitazioni nel rivestimento, gli andamenti dello sforzo

normale (N), del momento flettente (M) e del taglio (T) sono rispettivamente riportati

nelle Figure 8.38, 8.39 e 8.40. Le sollecitazioni nel rivestimento indicano la prevalenza di

uno stato di compressione, con un valore dello sforzo normale massimo pari a 2802

kN/m. I valori del momento flettente e del taglio risultano piuttosto elevati alla base dei

piedritti (tra i punti D e E) dove assumono i valori massimi rispettivamente a 575

kNm/m e 57kN/m, e sensibilmente minori in calotta.

92


Figura 8.38 – Distribuzione dello sforzo assiale, NMax =2802 KN/m.

Figura 8.39 – Distribuzione del momento flettente: MMax =575KNm/m

93


Figura 8.40 – Distribuzione del taglio: TMax =57 KN/m.

Dai risultati sopra riportati e dall’esame critico delle Tabelle 8.15 e 8.17, che

riassumono gli spostamenti e le convergenze per le due analisi svolte per la sezione tipo

2 - in corrispondenza di una copertura intermedia (H=75m) e massima (H=110 m), si

può osservare che:

- gli spostamenti nell’intorno del cavo risultano significativi e aumentano all’aumentare

della copertura;

- gli spostamenti massimi sono quelli orizzontali che si sviluppano alla base delle

centine, con valori delle convergenze che raggiungono 7.4 cm per la copertura di 110

m ;

- rispetto alle stesse analisi svolte in assenza di interventi si osserva una diminuzione

significativa delle convergenze massime, pari a circa il 37% circa (cfr Tabelle 8.14 e

8.17);

- le zone plasticizzate assumono un’estensione non trascurabile all’aumentare della

copertura, con valori massimi del rapporto Rp/R pari a 1.9. L’adozione della centina

prevista per questa sezione consente comunque di limitare le deformazioni plastiche

con una riduzione del rapporto Rp/R pari al 34% rispetto al caso di cavo libero (cfr

Tabelle 8.14 e 8.17).

94


Sulla scorta delle considerazioni sopra riportate appare pienamente giustificata la scelta

progettuale di adottare - per le tratte della galleria che interessano i Calcari Marnosi con

coperture maggiori di 110 m – la sezione tipo 3 che prevede interventi di pre-sostegno.

Dall’analisi della Tabella 8.18 si osserva che le sollecitazioni massime dello sforzo

normale, momento flettente e taglio aumentano significativamente all’aumentare della

copertura (rispettivamente del 47%, 24% e 58% passando dalla copertura di 75 m a 110

m). Si può pertanto concludere che i risultati ottenuti dall’analisi S2_110 - sia in termini di

deformazioni che di sollecitazioni sul rivestimento provvisionale - sono da intendersi

come i massimi attesi per la tratta della galleria ove è prevista la sezione tipo 2.


Si riportano i risultati dell’analisi S2_110_RD (Tabella 8.10) in termini di sollecitazioni

sul rivestimento definitivo. In particolare le Figure 8.41, 8.42 e 8.43 riportano gli

andamenti delle sollecitazioni di sforzo normale, momento flettente e taglio agenti sul

rivestimento definitivo in calcestruzzo, mentre la già citata tabella 8.19 riassume i massimi

valori delle sollecitazioni.

Le sollecitazioni nel rivestimento indicano la prevalenza di uno stato di compressione,

con un valore dello sforzo normale massimo, in calotta, pari a 4786 kN/m. Lo sforzo

normale risulta inferiore nell’arco rovescio con un valore massimo pari a 1345 kN/m

(punto E). Il valore massimo del momento flettente (311kNm/m) si osserva in prossimità

delle murette (intorno al punto E), mentre in corrispondenza dell’arco rovescio (punto C)

e in calotta (tra i punti B e D) il momento risulta rispettivamente pari a 66 kNm/m e a 73

kNm/m.

Le sollecitazioni di taglio sono modeste lungo tutto il cavo tranne che in prossimità

delle murette (nell’intorno del punto E) ove assumono valori significativi fino a

raggiungere il valore massimo pari a 507 kN/m. In calotta, tra i punti B e D, il taglio

massimo vale 46 kN/m, mentre nell’arco rovescio il valore massimo è pari a 18 kN/m.

95



Figura 8.42 – Distribuzione del momento flettente: MMax =311KNm/m

96



97

__________________________________________________________________________________ Gallerie Via Frà Generoso-Via Paesano e Ligea Gallerie naturali – Relazione generale e di calcolo


Spostamenti massimi attesi al contorno del cavo e sollecitazioni sul rivestimento provvisionale per la sezione tipo 3

Si riportano i risultati dell’analisi S3_140, relativa alla galleria in Calcare Marnoso con

una copertura pari a 140 m, corrispondente alla copertura massima in cui è prevista la

sezione tipo 3. In virtù della copertura adottata, tale analisi si ritiene cautelativamente

rappresentativa della sezione tipo in esame.

Il consolidamento al fronte, previsto per questa sezione tipo, è stato simulato in

maniera semplificata, ipotizzando una limitazione del disturbo della roccia all’intorno del

cavo (D=0).

Nelle Figure 8.44 e 8.45 sono riportati le iso-linee dei valori assunti rispettivamente

dalle tensioni verticali ed orizzontali. Con riferimento a dette figure, si osserva che:

− le tensioni verticali subiscono una significativa diminuzione (scarico tensionale)

nell’intorno del cavo e principalmente in calotta; poco distante dai piedritti si osserva

viceversa un incremento di tensioni verticali, ove si raggiungono i valori massimi.

Questo risultato è fondamentalmente dovuto ad effetti arco (v. Fig.8.44);

− al disotto dell’arco rovescio si verifica un forte scarico tensionale dovuto alla

rimozione del terreno all’interno del cavo (v. Fig.8.44);

− per quanto riguarda le tensioni orizzontali (v. Fig.8.45), esse assumono valori

massimi in corrispondenza della calotta (punto B) e dell’arco rovescio (punto C).

In Figura 8.46 è riportata la mesh deformata. Le iso-linee degli spostamenti

verticali del sistema sono rappresentate nella Figura 8.47, dalla quale si osserva che:

− la curva di subsidenza al piano campagna presenta un cedimento massimo in asse

alla galleria (punto A) pari a 0.14 cm. Tale valore modesto è giustificabile dalle

elevate coperture;

98




− al di sotto della galleria si hanno notevoli sollevamenti, fino ad un massimo di 1.0

cm. In asse all’arco rovescio il sollevamento è pari a 0.76 cm (punto C).

In Figura 8.48 sono rappresentati i contours degli spostamenti orizzontali del

sistema, dai quali si può notare che tutti gli elementi posti all’intorno della galleria si

spostano verso l’interno dello scavo, con spostamenti massimi dell’ordine di 1.8 cm

osservati tra i punti D e E.

In prossimità della galleria, e principalmente in prossimità della base delle centine

(punto E), si osserva una zona di deformazioni di taglio (v. Figura 8.49); dalla Figura

8.50 si assiste inoltre alla formazione di una ampia zona plasticizzata all’intorno del cavo

(R/Rp=1.7 circa, v. Tabella 8.17).

Figura 8.44 – Curve di livello delle tensioni verticali

99


Figura 8.45 – Curve di livello delle tensioni orizzontali

Figura 8.46 – Mesh deformata

100




101




102


Nelle Figure 8.51, 8.52 e 8.53 sono riportate le sollecitazioni nel rivestimento

provvisorio, rispettivamente dello sforzo normale (N), del momento flettente (M) e del

taglio (T).

Le sollecitazioni di sforzo normale sono significative con valori massimi in calotta paria

3450 kN/m. I valori del momento flettente e del taglio sono ridotti in calotta, mentre

risultano elevati in prossimità del punto E, ove raggiungono i valori massimi

rispettivamente pari a 49.5 kNm/m e 73 kN/m.

Figura 8.51 – Distribuzione dello sforzo assiale, NMax 3450 KN/m.

103


Figura 8.52 – Distribuzione del momento flettente: MMax =49.5KNm/m


Dal confronto degli spostamenti e delle convergenze ottenute dalle due analisi svolte

per la sezione tipo 3 - in corrispondenza di una copertura H=125m e della copertura

massima H=140 m (Tabella 8.15 e 8.17), si può osservare che:

- gli spostamenti nell’intorno del cavo aumentano all’aumentare della copertura;

104


- per la copertura di 140 m la convergenza massima è pari a 3.6 cm, significativa ma

comunque accettabile;

Si evidenzia che l’intervento di pre-sostegno in calotta consente di limitare gli spostamenti

e le zone plasticizzate, come è possibile dedurre dal confronto tra i risultati delle analisi

S2_110 (sezione tipo 2) e S3_140 (sezione tipo 3); infatti, passando dalla sezione tipo 2

alla sezione tipo 3 si osserva una diminuzione della convergenza massima pari al 50% ,

nonostante si abbia un incremento di copertura del 27%; ciò testimonianza l’efficacia

dell’intervento adottato. Un ulteriore conferma di questa affermazione si deduce dal

confronto con le analisi svolte in assenza di interventi (fase di diagnosi), rispetto alle quali si

osserva una diminuzione importante delle convergenze massime, pari a circa il 76% (cfr.

Tabelle 8.14 e 8.17).


Si riportano i risultati dell’analisi S3_140_RD (Tabella 8.10) in termini di sollecitazioni

sul rivestimento definitivo. Le Figure 8.54, 8.55 e 8.56 riportano gli andamenti delle

sollecitazioni di sforzo normale, momento flettente e taglio agenti sul rivestimento

definitivo in calcestruzzo, mentre i valori delle sollecitazioni massime sono sintetizzate in

Tabella 8.19.

Le sollecitazioni nel rivestimento indicano la prevalenza di uno stato di compressione,

con un valore dello sforzo normale massimo, osservato in calotta, paria 7338kN/m. I

valori massimi del momento flettente (277kNm/m) si osservano ancora in prossimità

delle murette (punto E). Sensibilmente più bassi sono i valori del momento in calotta (30

kNm/m) e nell’arco rovescio (28 - 173kNm/m).

Le sollecitazioni di taglio sono modeste lungo tutto il cavo tranne che intorno alle

murette (punto E) ove assumono valori elevati con un picco pari a 1008kN/m. In

calotta, tra i punti B e D, il taglio assume valori massimi modesti (14 kN/m), mentre in

corrispondenza dell’arco rovescio il taglio massimo vale 74kN/m.

105



Figura 8.55 – Distribuzione del momento flettente: MMax=277KNm/m

106



107



Spostamenti massimi attesi al contorno del cavo e sollecitazioni sul rivestimento provvisionale per la sezione tipo 4

Analisi I1_S4_30

Si riportano dapprima i risultati dell’analisi I1_S4_30, relativa all’imbocco in Dolomia

per una copertura H=30 m. Le Figure 8.57 e 8.58 riportano i contours rispettivamente delle

tensioni verticali ed orizzontali, dalle quali si traggono le stesse osservazione delle sezioni

tipo precedenti riguardo gli “effetti arco”.

In Figura 8.59 è riportata la mesh deformata. Le Figura 8.60, 8.61 mostrano le iso-

linee degli spostamenti verticali e orizzontali, dalle quali si osserva che:



− al piano campagna l’andamento tipico degli spostamenti verticali (curva di

subsidenza) assume un valore massimo (punto A) pari a 0.16 cm.;

− al di sotto della galleria si hanno sollevamenti, fino a 0.21 cm in asse all’arco rovescio

(punto C);

− tutti gli elementi posti all’intorno della galleria si spostano verso l’interno dello

scavo, con spostamento orizzontale massimo dell’ordine di 0.1 cm tra i punti D e E.

Concentrata in prossimità del punto E, si osserva una limitata zona di deformazioni

di taglio (v. Figura 8.62), nonché la formazione di zone plasticizzate, sebbene di

spessore ridotto (v. Figura 8.63), in corrispondenza del punto E e lungo tutti i piedritti

(Rp/R=1.2, v. Tabella 8.17).

108



Figura 8.58 –Curve di livello delle tensioni orizzontali.

109




110




111



Le Figure 8.64, 8.65 e 8.66 riportano le sollecitazioni nel rivestimento provvisorio

rispettivamente dello sforzo normale (N), del momento flettente (M) e del taglio (T).

Dall’analisi di suddette figure si osserva che le sollecitazioni sul rivestimento sono

notevolmente inferiori rispetto al caso con coperture superiori; in particolare:

− il valore massimo del momento (4.8 kNm/m) si verifica alla base della centina (tra i

punti D e E);

− il taglio risulta modesto e raggiunge un valore massimo pari a 14.2 kN/m in

prossimità del punto E;

− lo sforzo normale massimo risulta pari a 705 kN/m.

112



Figura 8.65 – Distribuzione del momento flettente: MMax= 4.8kNm/m

113


Figura 8.66 – Distribuzione del taglio: TMax =14.2 KN/m.

Analisi I2_S4_30

Si riportano ora i risultati per la stessa sezione tipo 4, relativa all’imbocco in Calcare

Marnoso per una copertura H=30 m (analisi I2_S4_30).

Le Figure 8.67 e 8.68 riportano le iso-linee rispettivamente delle tensioni verticali ed

orizzontali. Con riferimento a dette figure, si osserva che le tensioni verticali subiscono

una significativa diminuzione nell’intorno del cavo e principalmente in calotta e al di sotto

dell’arco rovescio; viceversa ad una certa distanza del cavo in corrispondenza dei piedritti

si osserva un incremento delle tensioni verticali ove si raggiungono i valori massimi (v.

Fig.8.66). Si osserva inoltre che le tensioni orizzontali (v. Fig.8.67) aumentano sia in

calotta che nell’arco rovescio ove assumono valori massimi; in corrispondenza dei

piedritti si osserva invece una diminuzione delle tensioni orizzontali. La mesh deformata

è riportata in Figura 8.69. Le iso-linee degli spostamenti verticali sono riportati in

Figura 8.70, dalla quale si osserva che:

114



(punto B), è pari a 0.6cm;

− al piano campagna il cedimento massimo in asse alla galleria (punto A) risulta pari a

0.3 cm.;

− al di sotto della galleria si verificano sollevamenti, fino ad un massimo di 0.6 cm in

asse all’arco rovescio (punto C).

In Figura 8.71 sono rappresentati i contours degli spostamenti orizzontali del

sistema, dai quali si può notare che tutti gli elementi posti all’intorno della galleria si

spostano verso l’interno dello scavo, con spostamento massimo dell’ordine di 1.5 cm

osservato alla base delle centine (punto E). Inoltre gli spostamenti orizzontali sono

significativamente superiori, anche se sicuramente accettabili, a quelli ottenuti dall’analisi

I1_S4_30.

Si genera, in prossimità della galleria e principalmente al disotto dell’arco rovescio e alla

base dei piedritti (punto E), una zona di deformazioni di taglio (v. Figura 8.72). La

Figura 8.73 mostra la formazione di una zona plasticizzata, nell’intorno del cavo con un

valore Rp/R massimo pari a circa 1.6 (Tabella 8.17).


115


Figura 8.68 –Curve di livello delle tensioni orizzontali.


116




117



Figura 8.73– Distribuzione delle zone plasticizzate.

118


Le sollecitazioni nel rivestimento provvisionale rispettivamente dello sforzo

normale (N), del momento flettente (M) e del taglio (T) sono riportate nelle Figure 8.74,

8.75 e 8.76, dalle quali si nota che:

− le sollecitazioni sul rivestimento sono superiori rispetto al caso di imbocco in

Dolomia (analisi I1_S4_30), ma comunque modeste;

− le sollecitazioni di sforzo normale sono massime in calotta, tra i punti B e D, ove

assume un valore pari a 776 kNm/m;

− il massimo del momento flettente e del taglio si osserva alla base delle centine, tra il

punti D e E, ove assume valori rispettivamente pari a 17 kNm/m e 19 kN/m.

Figura 8.74– Distribuzione dello sforzo assiale, NMax =776 KN/m.

119


Figura 8.75 – Distribuzione del momento flettente: MMax= 17.0kNm/m

Figura 8.76 – Distribuzione del taglio: TMax =19.20 KN/m.

Dall’analisi critica dei risultati sopra riportati e delle Tabelle 8.16 e 8.17, che

riassumono gli spostamenti e le convergenze per le quattro analisi svolte in

corrispondenza dei quattro imbocchi (sezione tipo 4 ), si può osservare che:

120


- gli spostamenti nell’intorno del cavo sono modesti e accettabili per tutte le analisi

svolte;

- gli spostamenti maggiori si osservano, come è lecito attendersi, per gli imbocchi in

Calcare Marnoso ove si raggiungono le convergenze massime pari a 3 cm;

- nei calcari marnosi si evidenzia la presenza di zone plasticizzate non trascurabili con

valori massimi del rapporto Rp/R pari a 1.6 (analisi I2_S4_30). Tale estensione delle

zone plasticizzate è verosimilmente lontana da condizioni di instabilità e collasso, le

quali si erano invece manifestate nel caso delle analisi in assenza di interventi di

consolidamento (Tabella 8.14).

- le sollecitazioni massime dello sforzo normale, momento flettente e taglio, si

ottengono per gli imbocchi in Calcare Marnoso.


Si riportano i risultati dell’analisi I2_S4_30_RD (Tabella 8.10) - relativa all’imbocco in

CMA - in termini di sollecitazioni sul rivestimento definitivo.

Le Figure 8.77, 8.78 e 8.79 riportano gli andamenti delle sollecitazioni di sforzo

normale, momento flettente e taglio agenti sul rivestimento definitivo, mentre nella

Tabella 8.19 sono sintetizzati i valori delle sollecitazioni massime. Le sollecitazioni sono

significativamente minori rispetto a quelli ottenuti con le coperture maggiori. In

particolare:

- il valore dello sforzo normale massimo, osservato in calotta, è pari a 1739kN/m; in

corrispondenza dell’arco rovescio lo sforzo normale massimo è pari a 558kN/m;

- i valori massimi del momento flettente si osservano nell’arco rovescio ove

M=65kNm/m. In calotta il valore massimo del momento è pari a 33kNm/m.

- le sollecitazioni di taglio sono modeste lungo tutto il cavo tranne che in prossimità

delle murette (intorno al punto E) ove assumono un valore massimo pari a 259kN/m.

Il valore massimo del taglio in calotta è pari circa a 10kN/m, mentre nell’arco rovescio

è pari a 25kN/m.

121



Figura 8.78 – Distribuzione del momento flettente: MMax=65KNm/m

122


Figura 8.79 – Distribuzione del taglio: TMax =259 KN

123


9 VERIFICHE STRUTTURALI DEL RIVESTIMENTO PROVVISORIO E DEFINITIVO

9.1 Generalità

Le norme tecniche utilizzate per le verifiche dei rivestimenti provvisori e definitivi

sono quelle approvate con decreto 14/01/2008 dal Ministero delle Infrastrutture e

denominate “Norme Tecniche per le Costruzioni” (NTC08).

Le verifiche si sicurezza sono state eseguite nei confronti degli stati limite ultimi (SLU)

adottando l’Approccio 1 – Combinazione 1, previsto dalle NTC08.

Le sollecitazioni sui rivestimenti sono state determinate dai risultati delle analisi

numeriche condotte con il codice di Calcolo PLAXIS v8.5 e valutate - secondo quanto

descritto nel Capitolo 8 – a partire dai valori caratteristici dei parametri di resistenza del

terreno. Le sollecitazioni così ottenute sono da intendersi come valori caratteristici, Ek, e

sono state quindi moltiplicate per i coefficienti parziali per le azioni - prescritti nelle

NTC08 - al fine di determinarne i corrispondenti valori di progetto, Ed .

Le verifiche di sicurezza sono state effettuate per tutte le sezione tipo previste nel

progetto, nelle condizioni di carico più gravose. Quest’ultime generalmente si verificano

(v. paragrafo 8.7) in corrispondenza delle coperture massime del campo di applicazione di

ciascuna sezioni tipo.

Per ogni stato limite ultimo, negli elementi più sollecitati, si è quindi accertato che:

Ed/Rd < 1

dove il rapporto Ed/Rd rappresenta il coefficiente di sfruttamento della sezione e Ed e Rd

sono rispettivamente le azioni e le resistenze di progetto.

Le verifiche degli elementi strutturali sono state eseguite mediante una procedura

numerica computerizzata, implementata nel codice di calcolo Preflex, prodotto da

En.Ex.Sys. s.r.l.

124


9.2 Verifiche del rivestimento provvisorio

Il rivestimento provvisorio costituito da centine metalliche e spritz-beton è stato

verificato come una sezione mista acciaio-calcestruzzo. Per le caratteristiche di resistenza

dei materiali si rimanda al Capitolo II. Le tabelle 9.1 e 9.2 riassumono le verifiche

rispettivamente a presso-flessione e a taglio degli elementi maggiormente sollecitati

condotte per le diverse sezioni tipo e per le varie coperture investigate. Tutte le

verifiche risultano soddisfatte con Coefficienti di Sfruttamento della sezione a

pressoflessione e a taglio minori dell’unità.

9.3 Verifiche del rivestimento definitivo

La Tabella 9.3 riassume le verifiche a presso-flessione e a taglio del rivestimento

definitivo in calcestruzzo non armato, mentre le caratteristiche di resistenza dei materiali

sono riportate nel Capitolo II.

Le verifiche degli elementi maggiormente sollecitati sono state condotte per tutte le

sezioni tipo previste nel progetto, nelle condizioni di carico più gravose. Anche in questo

caso tutte le verifiche risultano soddisfatte con Coefficienti di sfruttamento a a

pressoflessione e a taglio minori dell’unità.

125


Tabella 9.1– Verifica a pressoflessione nel rivestimento provvisorio

Legenda: M,k = Valore caratteristico del momento flettente M,d = Valore di progetto del momento flettente N,k = Valore caratteristico dello sforzo assiale

N,d = Valore di progetto dello sforzo assiale

M,k M,d N,k N,d Sez.

tipo

Rivestimento

Provvisorio

Analisi

(kNm/m) (KNm/m) (kN/m) (kN/m)

Coefficiente Sfruttamento

7,0 9,1 606,0 787,8 0,305S1_45 1,1 1,4 1050,0 1365,0 0,4489,1 11,8 849,0 1103,7 0,422S1_80 0,5 0,6 1208,0 1570,4 0,509

11,7 15,1 1504,0 1955,2 0,714

1 1HeB140/150

+15 cm spritz

S1_170 0,3 0,4 1921,0 2497,3 0,805

37,0 48,1 414,0 538,2 0,363S2_75 12,9 16,8 1900,0 2470,0 0,65346,0 59,8 575,0 747,5 0,453

2 2IPN160/125

+20 cm spritz S2_110 11,4 14,8 2802,0 3642,6 0,93135,1 45,6 1799,9 2339,9 0,634S3_125 2,8 3,6 3518,0 4573,4 0,996

49,5 64,4 968,0 1258,4 0,4753

2IPN180/100

+20 cm spritz S3_140 8,0 10,4 3450,0 4485,0 0,9974,8 6,2 433,0 562,9 0,139I1_S4_301,6 2,1 705,0 916,5 0,204

17,0 22,0 231,0 300,3 0,138I2_S4_309,7 12,6 776,0 1008,8 0,2534,3 5,6 374,0 486,2 0,121I3_S4_301,1 1,4 648,0 842,4 0,1864,7 6,1 741,0 963,3 0,225

4 2IPN180/100

+20 cm spritz

I4_S4_304,4 5,7 767,0 997,1 0,231

126


Tabella 9.2– Verifica a taglio nel rivestimento provvisorio

Legenda: T,k = Valore caratteristico del Taglio T,d = Valore di progetto del Taglio

T,k T,d Sez.

tipo

Rivestimento

Provvisorio

Analisi

(kNm/m) (KNm/m)

Coefficiente Sfruttamento

S1_45 17,4 22,6 0,172

S1_80 39,0 50,7 0,385 1 1HeB140/150

+15 cm spritz S1_170 28,0 36,4 0,276

S2_75 36,0 46,8 0,179 2

2IPN160/125

+20 cm spritz S2_110 57,0 74,1 0,283

S3_125 93,9 122,1 0,302 3

2IPN180/100

+20 cm spritz S3_140 73,0 94.9,0 0,235

I1_S4_30 14,2 18,5 0,046

I2_S4_30 19,2 24,9 0,062

I3_S4_30 16,2 21,0 0,052 4

2IPN180/100

+20 cm spritz

I4_S4_30 13,8 18,0 0,045

127


Tabella 9.3– Verifica a pressoflessione e a taglio nel rivestimento definitivo

Legenda: N,k = Valore caratteristico dello sforzo assiale M,k = Valore caratteristico del momento T,k = Valore caratteristico del taglio N,d = Valore di progetto dello sforzo assiale M,d = Valore di progetto del momento T,k = Valore caratteristico del taglio

s M,k M,d N,k N,d T,k T,d Sez. tipo Analisi Posizione (cm) (kNm/m) (kNm/m) (kN/m) (kN/m) (kN/m) (kN/m)

Coef. Sfruttamentoa presso-flessione

Coef.Sfruttamento a taglio

Calotta 50 28,0 36,4 3042,0 3954,6 0,8 1,0 0,524 0,001 Calotta 50 0,4 0,5 3495,0 4543,5 5,0 6,5 0,573 0,006 Murette 50 129,0 167,7 1370,0 1781,0 459,0 596,7 0,37 0,357 Arco rovescio 50 60,0 78,0 978,0 1271,4 13,0 16,9 0,218 0,017

1 S1_170_RD

Arco rovescio 50 23,0 29,9 845,0 1098,5 33,0 42,9 0,159 0,045 Calotta 60 73 94,9 440,0 572,0 1,18 1,5 0,138 0,002 Calotta 60 55,0 71,5 4786,0 6221,8 14,8 19,2 0,688 0,015 Calotta 60 13,0 16,9 3574,0 4646,2 46,0 59,8 0,496 0,047 Murette 60 311,0 404,3 1345,0 1748,5 507,0 659,1 0,823 0,397 Arco rovescio 60 66,0 85,8 1235,0 1605,5 0,5 0.7 0,211 0,001

2 S2_110_RD

Arco rovescio 60 28,0 36,4 1208,0 1570,4 18,0 23,4 0,183 0,019 Calotta 80 29,9 38,9 7262,0 9440,6 1,5 2,0 0,754 0,001 Calotta 80 24,2 31,5 7338,0 9539,4 8,2 10,7 0,76 0,006 Calotta 80 4,9 6,4 6697,0 8706,1 14,0 18,2 0,687 0,011 Murette 110 277,0 360,1 4285,0 5570,5 83,0 107,9 0,538 0,046 Murette 110 259,0 336,7 2431,0 3160,3 1008,0 1310,4 0,349 0,578 Arco rovescio 80 172,6 224,4 2037,0 2648,1 15,0 19,5 0,272 0,011

3 S3_140_RD

Arco rovescio 80 129,0 167,7 1821,0 2367,3 74,0 96,2 0,233 0,058 Calotta 90 33,0 42,9 1731,0 2250,3 1,3 1,7 0,167 0,001 Calotta 90 32,0 41,6 1739,0 2260,7 3,5 4,6 0,167 0,003 Calotta 90 19,0 24,7 1685,0 2190,5 10,0 13,0 0,159 0,007 Murette 110 62,0 80,6 558,0 725,4 259,0 336,7 0,069 0,204 Arco rovescio 90 65,0 84,5 434,0 564,2 1,8 2,3 0,061 0,002

4 I2_S4_30_RD

Arco rovescio 90 29,0 37,7 392,0 509,6 25,0 32,5 0,044 0,025

128


10. CONCLUSIONI

Nella presente relazione si sono individuate le sezioni tipo e le tecniche

d’avanzamento previste per l’esecuzione delle gallerie naturali Cernicchiara–S.Leo e

Poseidon–Ligea previste nell’ambito del Progetto “Porta Ovest” da realizzare nel comune

di Salerno.

Per ciascuna sezione tipo si è definito il campo di applicazione, gli interventi di

consolidamento, pre-consolidamento e rivestimento ritenuti più idonei, e le fasi

costruttive; sono inoltre delineate le attività di monitoraggio da effettuare in corso

d’opera.

La validità delle sezioni tipo adottate è stata appurata attraverso numerose simulazione

numeriche condotte con il codice di calcolo agli elementi finiti PLAXIS V8.5. Dai risultati

di tali analisi numeriche si può concludere che adottando le soluzioni progettuali previste

per le diverse tratte, realizzando a perfetta regola d’arte tutti gli interventi di

consolidamento e sostegno, e seguendo scrupolosamente le varie fasi esecutive:

− non si manifestano cinematismi di collasso, e si garantisce adeguata sicurezza nei

confronti di fenomeni instabilità durante tutte le fasi esecutive;

− le sollecitazioni agenti sui rivestimenti sono compatibili con la resistenza dei

rivestimenti stessi;

− le convergenze massime stimate risultano accettabili per tutte le sezioni tipo

adottate, con valori massimi dell’ordine di 5-6 cm;

− i cedimenti verticali assoluti che si manifestano al piano campagna sono

estremamente modesti, e sempre minori del cm. Tenendo conto che i cedimenti

differenziali che possono verificarsi in corrispondenza di un manufatto esistente in

superficie sono ben minori di quelli assoluti, i valori delle subsidenze previste

appaiono decisamente compatibili con la funzionalità delle strutture pre-esistenti.

Va comunque evidenziato che, non potendo tenere conto di fattori difficilmente

schematizzabili e modellabili - quali anisotropia, a-simmetria, condizioni geomeccaniche

129


particolari e localizzate, effetti tridimensionali significativi - i valori delle convergenze

stimate in questa fase progettuale sono da intendersi quale indicazione qualitativa dei

livelli di deformazione attesi.

In corso d’opera, sulla base delle misure e dei rilievi geostrutturali regolarmente

effettuati durante l’avanzamento, e del comportamento deformativo monitorato in

corrispondenza del fronte (estrusione) e del cavo (convergenze) in rapporto alle

lavorazioni condotte secondo le fasi e le cadenze prestabilite, dovrà essere verificata

l’adeguatezza delle sezioni progettate.

130

Documents

CERNICCHIARA LIGEA PARTE1 - Porto di Salerno...(per spritz beton e rivestimento definitivo) Modulo elastico E c = 32588 MPa Coefficiente di Poisson ν = 0.20 ... minimo di 5÷20 m