Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie
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Candidato:
Laura Fantera
Relatore:
Prof. Ing. Sebastiano Rampello
Mitigazione dei cedimenti indotti
dallo scavo di gallerie mediante paratie
gallerie in zona urbana
mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie
metropolitane su edifici / monumenti preesistenti
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 2
Metro C – Tratta T3 – San Giovanni
necessità di ridurre il campo degli spostamenti indotti in corrispondenza
delle Mura Aureliane (270 – 275 d.C.)
• galleria interamente passata
• strutture prive di rigidezza
• installazione ideale della paratia
• asse galleria rettilineo e orizzontale
• paratia parallela alla galleria
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 3
paratia di pali accostati indefinitamente estesa
paratia di estensione limitata
schemi considerati
analisi 3D
analisi 2D paratia continua indefinitamente estesa
4Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 4
• profilo stratigrafico
• regime delle pressioni interstiziali
moto di filtrazione permanente dai riporti verso lo strato di ghiaie,
con perdita di carico concentrata nello strato di limi sabbiosi
modello geotecnico di sottosuolo (zona San Giovanni)
• comportamento non lineare
elasto-plastico a partire da bassi
livelli di deformazione
• rigidezza funzione dello stato
tensionale efficace
• il decadimento della rigidezza
con il livello di deformazione
5Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 5
modello costitutivo
fs
p’
q criterio di resistenza Mohr - Coulomb
s.d.s. a incrudimentodeviatorico
s.d.s. a incrudimentovolumetrico fv
G/G0
1
pic
cole
d
efo
rmaz
ion
i
medie deformazioni
grandi deformazioni
gS10-6 10-3
comportamento meccanico dei terreniriporti R HS
depositi alluvionali LSO – St/Ar HS-SS
6
G0ref da prove CH
c' e j' inviluppo a rottura
pref = 100 kPa
s′3 k0oc·s′v
OCR = 1.3
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 6
G0ref g0.7 m n ur
E0ref Eur
ref E50ref Eed
ref
Mpa % Mpa Mpa MPa MPa
125 0.035 0.8 0.2 300 150 8.21 5.52
prove RC Eur = E0/2
calibrati dalle relazioni q – ea delle prove TX fs fv
calibrazione dei parametri del modello
rigidezza tangenziale iniziale
7Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 7
simulazioni su prove TX – CID
• 3 standard di compressione in carico
• 1 di compressione in scarico
• 1 di estensione in scarico
calibrazione dei parametri del modello
simulazione numericarelazioni empiriche
8Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 8
valutazione conca di subsidenza in free field
perdita di volume
VL = 1 %
d = 0.087 m
• applicazione del campo degli
spostamenti al contorno del
cavo
• rilascio della condizione sugli
spostamenti e attivazione del
rivestimento della galleria.
d
9Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 9
• generazione dello stato tensionale efficace litostatico iniziale
• attivazione del setto
• realizzazione della galleria Nord
• realizzazione della galleria Sud
NS
analisi 2D
12 D
10Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 10
L
z0 = 25 m
z0 + 0.5D = 28.35 m
z0 + D = 31.7 m
z0 + 1.5D = 35.05 m
Rint
0.7
1
0.8D = 5.35 m
1.5D = 10.05 md G0
125 Mpa
62.5 Mpagallerie
Nord
Nord + Sud
Rint
analisi 2D
NS
11Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 11
efficienza locale efficienza integrale
valutazione efficienza intervento
a
b
c
x
12Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 12
analisi 2D – influenza della lunghezza della paratia
D1.5D
2D
(1) (2) (3) (4)(1)/(4) (2)/(4) (3)/(4)
x/D z0 Z0+0.5D Z0+D Z0+1.5D
1.0 0.44 0.60 0.72 0.78 0.56 0.78 0.92
1.5 0.35 0.53 0.65 0.71 0.49 0.74 0.91
2.0 0.27 0.44 0.57 0.63 0.43 0.70 0.90
FF
z0
z0+0.5D
z0+D
z0+1.5D
loc
13Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 13
riduzione rigidezza deposito e passaggio seconda galleria
variazioni poco significative dell’efficienza, ma cedimenti maggiori
analisi 2D – influenza di lunghezza e scabrezza paratia
14Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 14
isolinee della resistenza mobilitata
analisi 2D – modifica campo spostamenti e stato di tensione isolinee dei cedimenti (mm)
0
85
1
0
15Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 15
analisi 2D – tensioni tangenziali al contatto parete-terreno
lato esterno
base
lato galleria
16Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 16
d = 0.8D = 5.35 m
R = 0.7
Lz0 + D = 31.7 m
z0 + 1.5D = 35.05 m
i = D
i = 1
.5D
i = 2
D
0.6 m
analisi 3D – paratia di pali accostati indefinitamente estesa
7.2 m
17Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 17
galleria
analisi 3D – tensioni tangenziali al contatto pali-terreno
paratia continuaparatia di pali
accostati i=1.5D
sez. palo
galleria
R
LSO-
St/Ar
superficie
interna
superficie
esterna
L = z0+D
superficie
interna
superficie
esterna
18Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 18
modellazione paratia di pali accostati – limiti analisi 2D
par_cont
f ila_palic lseq
I
IEE
0.6·Ecls
0.4·Ecls
0.3·Ecls
i = 2D
i = 1.5D
i = DEeq =
modello 2D int = 4 %
modello 3D int = 34 %
zrif = 4.5 m
19Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 19
condizioni
free field
l
bordo paratia
analisi 3D – stima estensione dell’intervento
bordo
paratia
sezione
controllo
condizione
free field
R
LSO-St/Ar
galleria
sezione longitudinale
2l
4l
3l
2l
l
sez. controllo
deformazione piana
pianta
20Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 20
l
l
paratia continua
pali accostati
i = 1.5D
analisi 3D – stima estensione dell’intervento
21Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 21
z = 4.5 m
paratia continua i = 1.5D
l (m) l/D int int/ int piana int int/ int piana
0.61 - 0.51 -
28.8 4.3 0.56 0.92 - -
21.6 3.2 0.55 0.90 - -
14.4 2.1 0.50 0.83 0.42 0.83
7.2 1.1 0.44 0.71 0.34 0.66
free-field
def. piana
isolinee spostamenti verticali
analisi 3D – stima estensione dell’intervento
0
-19
(mm)
22Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 22
aumento efficienza
conclusioni
con la lunghezza e la rigidezza della paratia
con riduzione scabrezza
• maggiori valori di L per minori distanze della paratia dalla galleria
• paratia estesa a profondità con bassi gli spostamenti orizzontali in free field
• la risultante delle tensioni tangenziali che si oppongono all’abbassamento della
paratia cresce con L
• gli spostamenti orizzontali indotti dallo scavo della galleria si riducono con la
rigidezza della paratia
• al decrescere della scabrezza
– si riduce l’azione di trascinamento che il terreno
lato galleria esercita sulla parete interna
– si riduce l’azione di trascinamento che la
paratia esercita sul terreno a monte
23Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 23
paratia di pali accostati
• meno efficiente per la minore rigidezza flessionale e minore capacità di
trasmettere tensioni tangenziali stabilizzanti
• incremento di L confrontabile con valori ottenuti con paratia continua
• interassi consigliati i = D e i = 1.5D
estensione in pianta dell’intervento
• almeno pari a 3D a monte e a valle dell’edificio/monumento da proteggere per
ottenere valori di 3D piana
• alla quota di un ipotetico piano di fondazione, si ottengono riduzioni
significative dei cedimenti (70%50%) per un intervento posto a
d = 0.8D e L = z0+D
conclusioni