Gallerie realizzate in ammassi rigonfianti e/o spingenti

Nella progettazione di gallerie, è essenziale tenere debitamente conto dell’evoluzione del campo tensionale e deformativo nel terreno attorno al fronte di scavo durante l’avanzamento.

Nel caso di scavo eseguito mediante TBM, i cedimenti durante lo scavo, sono localizzati nel settore dello scudo (se presente). Un altro esempio, è quello dello scavo di gallerie in ammasso spingente. Scavando la galleria con una TBM scudata, convergenze dell’ordine di alcuni centimetri non causano problemi grazie alla differenza di diametro esistente tra il profilo di scavo e lo scudo. Al contrario, se le convergenze sono sufficientemente grandi da chiudere questo spazio libero, l’ammasso esercita una pressione sullo scudo. In questo caso, l’avanzamento della TBM può essere ostacolato o addirittura impedito. Naturalmente, più velocemente si sviluppano le convergenze, maggiore è il rischio di blocco dello scudo. La velocità di deformazione nei pressi del fronte di scavo è importante anche nel caso di scavo tradizionale. Uno sviluppo rapido delle convergenze può rallentare considerevolmente l’avanzamento in quanto la messa in opera delle misure di sostegno necessarie al controllo della risposta dell’ammasso interferisce con i lavori di scavo.

L’utilizzo di un sistema statico bidimensionale in condizioni di deformazione piane per la determinazione delle deformazioni e delle pressioni del terreno in prossimità del fronte di scavo introduce una serie d’incertezze. Infatti, in questo caso è necessario fare delle assunzioni in merito allo sviluppo delle deformazioni e delle tensioni in senso longitudinale. Inoltre, i modelli bidimensionali non tengono conto d’importanti informazioni concernenti la risposta del terreno allo scavo della galleria.
Un approccio geotecnico dettagliato nella progettazione di un’opera importante come una galleria è fondamentale. Le soluzioni tecnologiche e il calcolo numerico disponibili per lo studio dell’evoluzione del comportamento del terreno in fase di scavo, rendono la progettazione particolareggiata ed approfondita attraverso l’elaborazione di modelli in 3 dimensioni che simulano il comportamento al fronte di scavo ed al contorno della galleria.

In condizioni geologiche dove in fase realizzativa il comportamento del terreno è pronunciatamene tempo-dipendente (ad esempio gallerie superficiali in argille o gallerie profonde in rocce deboli), la velocità d’avanzamento influenza notevolmente lo sviluppo delle deformazioni (e, rispettivamente, delle pressioni) dell’ammasso in prossimità del fronte di scavo. Infatti, in questo caso le deformazioni dovute a “creep” o consolidazione sono sovrapposte a quelle risultanti dalla ridistribuzione tridimensionale delle tensioni dovuta allo scavo della galleria.

I modelli di calcolo basati su sistemi statici piani considerano una sezione trasversale della galleria situata lontano dal fronte di scavo e assumono condizioni di deformazione piane. In presenza di simmetria rotazionale, dal punto di vista matematico il problema è unidimensionale. La cosiddetta “linea caratteristica dell’ammasso”, chiamata anche “curva di risposta del terreno” (Panet e Guenot, 1982), esprime il rapporto tra la pressione radiale agente sul rivestimento e lo spostamento radiale del terreno al profilo di scavo. Assumendo equilibrio e compatibilità tra ammasso e rivestimento, la linea caratteristica dell’ammasso può essere utilizzata in combinazione con quella del rivestimento per determinare la convergenza radiale che deve verificarsi affinché la pressione dell’ammasso si riduca ad un valore ammissibile per il rivestimento scelto.

Un problema fondamentale di questo tipo di approccio è che tutte le soluzioni basate su condizioni di deformazione piane (sia quelle in forma chiusa sia quelle risultanti da una soluzione numerica che considera un rilascio parziale delle tensioni prima dell’attivazione del rivestimento), presuppongono che la tensione radiale al contorno del cavo diminuisca monotonamente dal suo valore iniziale (che prevale nell’ammasso ad una certa distanza davanti al fronte di scavo) alla pressione di sostegno (che si sviluppa ad una certa distanza dietro il fronte di scavo).

Tuttavia, il reale percorso di carico comporta un completo scarico del contorno del cavo in direzione radiale lungo il settore di galleria non supportato e un suo successivo ricarico a partire dal momento in cui le misure di sostegno sono installate.  

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