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