Dinamica delle opere in sotterraneo

Le opere in sotterraneo in generale ed i tunnel in particolare, rientrano tra le infrastrutture di trasporto meno vulnerabili ai sismi. Ciò è dovuto in parte all’elevato grado di confinamento dei tunnel, in parte all’elevata capacità statica di accettare cerniere plastiche nei rivestimenti. Nonostante ciò, abbiamo una serie di danneggiamenti importanti riportati in letteratura: anche in tunnel profondi.
Queste case histories evidenziano la necessità di adottare criteri antisismici evoluti nella progettazione di queste opere in particolar modo nelle vicinanza delle grandi faglie ed al crescere dell’importanza dell’opera stessa specialmente nel caso in cui è da considerarsi strategica e, quindi, essere fruibile anche a seguito di un evento sismico.

Figura 1 - Due differenti tipologie strutturali di opere sotterranee

Infatti, il collasso o danneggiamento di un tunnel, oltre ad essere, in generale, difficilmente ripristinabile, può causare difficoltà per i soccorsi in caso di emergenza.
Il comportamento delle strutture in sotterraneo soggette ad azioni sismiche va affrontato in maniera diversa rispetto alle strutture in elevazione.
Il comportamento delle strutture in elevazione è regolato dalle caratteristiche inerziali della struttura mentre, la risposta dinamica delle strutture in sotterraneo è governata dalla risposta deformativa del terreno circostante e dalla loro interazione cinematica.

Figura 2 - Schematizzazione del comportamento delle opere in elevazione ed in sotterraneo

La differenza è una diretta conseguenza della trascurabile inerzia dell’opera in sotterraneo rispetto a quella del terreno che la circonda.

Danni causati dal sisma
Cause di danni alle strutture possono essere:
• movimenti di faglia;
• deformazioni del terreno;
• liquefazione;
• frane o DGPV (per opere in aree/versanti instabili);
• diversa rigidezza strutturale tra elementi che costituiscono l’opera interrata (es: collegamento tra tunnel e pozzo di ventilazione).

I danni si verificano per:
• profondità delle opere minori di 50 metri;
• terreni deformabili;
• accelerazioni al suolo di picco (misurate in superficie) maggiori di 0,15 g;
• magnitudo del sisma maggiore di 6;
• un raggio massimo di 50 km dall’epicentro del sisma.

Figura 3 - Metropolitana Dakai, Kobe, 1995

Dirette conseguenze sono:
• tunnel e opere profonde sono meno vulnerabili delle opere in superficie;
• tunnel realizzati in ammassi rocciosi sono meno vulnerabili rispetto a quelli in terreni deformabili;
• il miglioramento del terreno circostante il tunnel riduce la vulnerabilità;
• all’aumentare della durata dello scuotimento sismico aumentano le deformazioni plastiche.

Le opere sotterranee nei pressi di frane indotte da eventi sismici manifestano spesso danni significativi.

Le deformazioni dipendono da:
• propagazione delle onde;
• variazione delle caratteristiche del terreno;
• potenza degli strati;
• variabilità del moto dovuta alla “incoerenza” delle onde sismiche.

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