Analisi strutturale di gallerie esistenti in muratura: studio e validazione dei metodi storici e analisi non lineare agli elementi finiti = Structural analysis of existing masonry tunnels: study and validation of historical methods and non-linear finite element analysis

Data la sua conformazione geo-morfologica, storicamente il territorio italiano è caratterizzato da un ricco e diffuso patrimonio infrastrutturale rappresentato dalle gallerie. Al 2023 più del 50% delle gallerie stradali risulta essere in esercizio da oltre 30 anni, mentre circa il 65% delle gallerie ferroviarie (di lunghezza superiore a 500 m) da oltre 50 anni. Tuttavia, come tutte le altre opere ingegneristiche anche questa tipologia di infrastruttura è soggetta nel tempo a degrado e perdita di capacità strutturale. Questo è particolarmente vero per le gallerie con rivestimenti in muratura di pietra o mattoni, generalmente realizzate più di 90 anni fa. Inoltre, contrariamente a quanto avvenuto per le gallerie caratterizzate da rivestimenti in calcestruzzo armato, più diffuse e di più recente realizzazione, non sono stati ancora sviluppati e validati specifici strumenti per la valutazione sistematica della sicurezza strutturale. Questa mancanza di strumenti specifici per la classificazione e gestione del rischio, per le gallerie con rivestimento in muratura, comporta non solo un rischio nei confronti della funzionalità di queste opere, ma anche difficoltà nella loro gestione. Il presente lavoro di tesi si concentra in modo specifico sulle gallerie che presentano rivestimenti in muratura e si propone di analizzare e confrontare diversi metodi di modellazione utili alla loro valutazione della sicurezza strutturale. Obiettivo della tesi è la validazione di metodi di modellazione per l’analisi della sicurezza delle gallerie esistenti realizzate con rivestimento in muratura, a partire dai metodi impiegati all’epoca della costruzione, che verranno confrontati e validati con modellazioni non-lineari FEM, opportunamente calibrate con i dati sperimentali provenienti da un caso studio. Per fare ciò la tesi si struttura in diverse parti. Nella prima parte viene illustrato uno stato dell’arte dell’attuale quadro normativo di valutazione della sicurezza e degrado delle gallerie esistenti. Successivamente si descrivono i principali metodi di progettazione e costruzione dei rivestimenti in muratura delle gallerie che venivano applicati in passato, a partire da uno studio e un’analisi della letteratura storica a disposizione. Nella seconda parte, attraverso l’analisi di un caso studio di galleria esistente in muratura, sono stati validati alcuni metodi di modellazione. In primo luogo, la struttura è stata verificata tramite il cosiddetto Metodo di Kommerell, sviluppato nel 1912. Successivamente, il caso di studio è stato analizzato con un modello non-lineare bidimensionale agli elementi finiti. La modellazione FEM è stata eseguita considerando diversi livelli di complessità del comportamento del terreno e della struttura, partendo dal considerare il rivestimento ed il terreno come lineari elastici, fino a considerare la plasticità del terreno secondo la legge di Mohr – Coulomb e la non linearità del rivestimento in muratura con la legge Concrete Damage Plasticity. Infine, è proposto un confronto tra i due approcci di verifica, al fine di valutare la validità dell’approccio storico equi-prestazionale.