Interventi di Consolidamento Imbocco SUD: controllo dei possibili danni ad edifici mediante analisi numeriche

Uno studio per individuare la miglior soluzione 

Il progetto esecutivo presenta, per i primi 50 m, una soluzione di consolidamento dalla superficie della calotta della galleria mediante iniezioni.

Le iniezioni (figura 1) del progetto esecutivo prevedono iniezioni sub-orizzontali mediante l’utilizzo di barre autoperforanti andando solamente a consolidare, partendo dai punti indicati in pianta, uno strato di tre metri al di sopra della calotta. Il metodo previsto in sede di progetto presenta le seguenti problematiche:

• scarsa affidabilità del tipo di intervento;
• pochi casi simili presenti in letteratura (un caso simile: Stazione Centrale di Antwerp in Belgio);
• tempo di utilizzo del piazzale del “Nuovo Carcina” eliminando parcheggi e spazio alla collettività.

L’impresa si è movimentata, già dalle prime visioni del progetto, alla ricerca di una diversa soluzione per aumentare la sicurezza dell’intervento in oggetto. Lo studio dei possibili miglioramenti è ancora in fase preliminare e l’obiettivo di questo studio è di fornire un supporto alle diverse soluzioni (figura 2) mediante un’analisi numerica.

Le diverse soluzioni attuabili prevedono l’utilizzo di iniezioni a bassa o alta pressione dalla superficie con la diversificazione gli interventi di presostegno al contorno. Le varie soluzioni numeriche sono state studiate mediante l’utilizzo del software Flac3D, il quale ha permesso un confronto con il progetto esecutivo e un’ottima affidabilità dei risultati.

Cos'è FLAC3D

FLAC è il software più completo per la modellazione, l’analisi e la verifica di opere geotecniche nel settore dell’ingegneria civile. Lo strumento supera tutte le limitazioni in termini di modellazione che di solito si evidenziano nella maggior parte dei software diffusi nel settore del calcolo geotecnico. È ideale per effettuare calcoli per fondazioni, cedimenti, capacità portanti, pendii, paratie, gallerie, filtrazioni, consolidazione e studio dei fenomeni di creep e termici e molto altro ancora.

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Le iniezioni (figura 3) sono rappresentative dei modelli “consolidamenti proposti dall’impresa” e “consolidamenti mediante jet-grouting”.

La soluzione proposta dall’impresa (figura 3) permette di avere:

• maggiore affidabilità dei risultati;
• molti casi presenti in letteratura;
• tempo di utilizzo del “Vecchio Carcina” diminuendo l’utilizzo di suolo pubblico.

I risultati delle analisi sono stati poi confrontati con studi di letteratura per la valutazione dell’entità del danno agli edifici sovrastanti lo scavo. Per il confronto è stata utilizzata la correlazione di Boscardin & Cording (1989) e l’EC7 (figura 4) stimando così i seguenti spostamenti e rotazioni.

Descrizione del modello d'analisi utilizzato

Per la verifica di questo tratto di galleria naturale è stato utilizzato un modello 3D rappresentante una sezione del terreno di 135 𝑚 di larghezza, 60 𝑚 di altezza e 60 𝑚 di profondità del terreno.

Il limite superiore del modello rappresenta il piano campagna. I limiti inferiori e laterali del modello sono fissati alla distanza necessaria per stimare in modo affidabile la deformazione del terreno attorno alla galleria.

Il sistema di coordinate globali del modello numerico (figura 5) è orientato in modo tale che l’asse "x" sia parallela all’asse longitudinale della nuova galleria. L’asse "y" è perpendicolare all’asse longitudinale della galleria e l’asse "z" rappresenta l’asse verticale.

Il carico sulla superficie trasmesso dall’edificio/strada viene simulato applicando un carico uniformemente distribuito aggiuntivo secondo lo schema presentato in figura 5.

Le condizioni al contorno del modello (vincoli) sono state impostate come segue:

• Vincolo fisso dello spostamento verticale nella parte inferiore;
• Vincolo fisso dello spostamento orizzontale nelle parti laterali.

I parametri geotecnici utilizzati in Flac3D

La stratigrafia da adottare è stata ricavata dalla campagna d’indagine tenutasi per la realizzazione del progetto esecutivo e ha permesso la realizzazione del profilo geologico dell’imbocco (figura 6) e l’interpretazione delle prove in sito e in laboratorio, SPT e taglio diretto, per la scelta dei parametri geotecnici da utilizzare all’interno del software Flac3D (figura 7).

Questi parametri sono stati modellati con due diversi modelli costitutivi all’interno del software Flac3D: Mohr-Coulomb e Plastic-Hardening.

Questa scelta è stata utilizzata nel progetto esecutivo ed è stata portata avanti anche in questo studio per:

• un migliore confronto con il progetto esecutivo;
• l’utilizzo di un modello più sofisticato per lo strato preponderante, strato B;
• possibilità di far variare parametricamente la rigidezza e la resistenza del terreno per le iniezioni.

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