Modellazione numerica di una galleria superficiale: analisi delle subsidenze = Numerical modelling of a shallow tunnel: settlements analysis

La realizzazione di un’opera sotterranea è accompagnata da diverse incertezze legate sia ai valori dei parametri del terreno e alla loro variabilità spaziale, sia alla risposta del mezzo durante lo scavo. La previsione accurata del comportamento del terreno è difficoltosa, poiché l'analisi di tutti i possibili meccanismi di interazione terreno-scavo è assai complessa. Lo scavo di una galleria sotto basse coperture induce inevitabilmente un disturbo nel terreno, i cui effetti possono manifestarsi fino in superficie attraverso la formazione di un bacino di subsidenza tridimensionale, più o meno accentuato. La stima dei cedimenti attesi è un elemento di progettazione necessario per la sicurezza, soprattutto in un contesto urbano dove il superamento dei valori ammissibili potrebbe arrecare danni rilevanti a strutture e a persone. L’interesse verso il caso studio proposto in questa tesi è legato alle criticità sorte in corso d’opera durante lo scavo di una galleria ferroviaria a doppio binario, in una tratta di bassa copertura e in un contesto antropizzato. La sezione tipo di scavo è caratterizzata da consolidamenti in avanzamento al contorno, al fronte e sotto il piede delle centine. Il monitoraggio topografico ha mostrato che durante lo scavo della prima tratta, i cedimenti misurati erano coerenti con i valori previsti; tuttavia, man mano che lo scavo procedeva, durante il preconsolidamento del terreno, i cedimenti in superficie superavano i valori di soglia, nonostante l'estrusione del fronte fosse sempre molto limitata. Questo lavoro si propone di investigare, attraverso la modellazione numerica, le possibili cause che hanno generato i cedimenti osservati. Le analisi 2D e 3D agli elementi finiti sono utili nella definizione dei principali parametri del terreno che regolano i cedimenti superficiali. Il fenomeno delle subsidenze verrà trattato prima da un punto di vista teorico e poi mediante la modellazione numerica, relativamente ad una sezione che è significativa per il problema studiato. Nel prima parte, quindi, verranno analizzate le principali problematiche, relative alla stabilità del fronte di scavo e al fenomeno delle subsidenze, che necessariamente si devono affrontare tutte le volte che si progetta una galleria superficiale. La modellazione numerica è un potente strumento che permetterà di esaminare alcune delle possibili cause che possono aver contribuito a scatenare gli elevati cedimenti, consentendo, alla luce dei risultati, di escludere alcuni meccanismi. Si vedrà che i valori di cedimento attesi saranno molto distanti dai valori osservati; i parametri di progetto verranno quindi calibrati, attraverso analisi a ritroso, per ottenere delle curve il più possibile prossime a quelle osservate.