Scavi e opere in sotterraneo è un insegnamento caratterizzante del settore Geotecnica, inserito nel corso di Laurea Magistrale in Infrastrutture Viarie e Trasporti. Il principale obiettivo del corso di studio consiste nel formare un ingegnere civile ad alta qualificazione professionale in grado di operare nei settori delle infrastrutture viarie e dei sistemi di trasporto.
Nell’ambito del percorso di studio della laurea magistrale, l’insegnamento di Scavi e opere in sotterraneo intende fornire agli studenti elementi di conoscenza fondamentali 1) sulla caratterizzazione geotecnica degli ammassi rocciosi (valutazione dei parametri di deformabilità e resistenza); 2) sulle metodi di scavo sia di tipo tradizionale sia di tipo altamente meccanizzato e industrializzato, in particolare, macchine di scavo “TBM“ per gallerie in roccia, “Slurry-shield” e scudi EPB; 3) sui metodi analitici e numerici per la previsione dello stato di sforzo e deformazione nel terreno e nei sistemi di rivestimento di una galleria profonda scavata a foro cieco; 4) sui metodi di scavo di gallerie superficiali e sul dimensionamento delle opere di sostegno.
Al termine dell’insegnamento gli studenti saranno in grado di: 1) selezionare i metodi di indagine per la caratterizzazione geotecnica delle rocce; 2) valutare gli indici di qualità di un ammasso roccioso sulla base delle condizioni di fratturazione e delle caratteristiche delle discontinuità; 3) effettuare analisi di previsione degli spostamenti e degli sforzi intorno ad una galleria con modelli elastici ed elasto-plastici; 4) valutare le condizioni di stabilità di pendii naturali e scavi superficiali con metodi di equilibrio limite.
Nell’ambito del percorso di studio della laurea magistrale, l’insegnamento di Scavi e opere in sotterraneo intende fornire agli studenti elementi di conoscenza fondamentali 1) sulla caratterizzazione geotecnica degli ammassi rocciosi (valutazione dei parametri di deformabilità e resistenza); 2) sulle metodi di scavo sia di tipo tradizionale sia di tipo altamente meccanizzato e industrializzato, in particolare, macchine di scavo “TBM“ per gallerie in roccia, “Slurry-shield” e scudi EPB; 3) sui metodi analitici e numerici per la previsione dello stato di sforzo e deformazione nel terreno e nei sistemi di rivestimento di una galleria profonda scavata a foro cieco; 4) sui metodi di scavo di gallerie superficiali e sul dimensionamento delle opere di sostegno.
Al termine dell’insegnamento gli studenti saranno in grado di: 1) selezionare i metodi di indagine per la caratterizzazione geotecnica delle rocce; 2) valutare gli indici di qualità di un ammasso roccioso sulla base delle condizioni di fratturazione e delle caratteristiche delle discontinuità; 3) effettuare analisi di previsione degli spostamenti e degli sforzi intorno ad una galleria con modelli elastici ed elasto-plastici; 4) valutare le condizioni di stabilità di pendii naturali e scavi superficiali con metodi di equilibrio limite.
scheda docente materiale didattico
• Sforzi totali e efficaci, storia tensionale di un elemento di terra.
• Caratteristiche di permeabilità, condizioni drenate e non drenate.
• Comportamento sforzo-deformazione di un elemento di terra.
• Caratteristiche di rigidezza e resistenza di un elemento di terra.
2 – Elementi di meccanica delle rocce
• Definizione di materiale roccioso e ammasso roccioso, superfici di discontinuità (giunti, faglie).
• Rilievo e rappresentazione delle caratteristiche di giacitura e spaziatura delle discontinuità.
• Comportamento meccanico del materiale roccioso e delle discontinuità.
• Indici di qualità degli ammassi rocciosi (in particolare, indice GSI).
• Caratteristiche di rigidezza, resistenza e permeabilità di un ammasso roccioso.
3 – Metodi di scavo e sistemi di sostegno per opere in sotterraneo
• Tipologie di opere in sotterraneo: gallerie superficiali e profonde, caverne, pozzi.
• Metodi di costruzione per gallerie superficiali e profonde.
• Scavo in tradizionale, con mezzi meccanici o con esplosivo, sistemi di sostegno tipici.
• Scavo meccanizzato con TBM (Tunnel Boring Machine), sistemi di sostegno tipici:
o Caratteristiche tipiche di TBM (“Scudi”) per scavo di gallerie in roccia e in terra.
o Scudi a fronte chiuso per terre e rocce tenere: sistema “EPB” (Earth Pressure Balance) e “Slurry Shield”.
• Interventi di consolidamento dei terreni (iniezioni, drenaggi, congelamento) per lo scavo di gallerie.
4 – Analisi (progettazione) statica di scavi e gallerie superficiali
• Analisi di stabilità di scavi superficiali e pendii naturali:
o Metodi di analisi all’equilibrio limite: metodi dei cunei piani e delle strisce.
o Condizioni a breve e lungo termine, influenza delle pressioni interstiziali e delle azioni sismiche.
• Dimensionamento di paratie (diaframmi in c.a. e in acciaio) per gallerie superficiali “cut and cover”:
o Paratie a mensola e paratie ancorate (con puntoni o tiranti).
o Verifiche di stabilità (SLU), previsione delle deformazioni e degli spostamenti (SLE).
5 – Analisi (progettazione) statica di gallerie profonde
• Stato di sforzo naturale in profondità, influenza della morfologia e storia tensionale dell’area.
• Stato di sforzo e deformazione intorno ad una galleria profonda (condizioni piane):
• Stato di sforzo e deformazione in prossimità del fronte della galleria (condizioni tridimensionali).
• Scavo di gallerie sotto falda, influenza delle pressioni interstiziali e dei moti di filtrazione.
• Analisi delle condizioni di stabilità:
o Meccanismi di collasso al fronte e in condizioni piane.
o Stabilità del fronte di scavo nel caso di impiego di scudi EPB e Slurry Shield.
• Analisi dell’interazione tra terreno e sistemi di sostegno (e rivestimento).
o Metodo convergenza-confinamento; curve caratteristiche della galleria e del sostegno.
o Valutazione dei carichi agenti sui sistemi di sostegno e rivestimento della galleria.
• Previsione dei cedimenti indotti in superficie dallo scavo di gallerie:
o Metodo empirico basato sulla stima del “Volume perso” e sulla curva di subsidenza gaussiana.
o Influenza dei cedimenti sulle strutture presenti (edifici, infrastrutture).
Articoli dalla letteratura tecnica di approfondimento su alcuni argomenti specifici.
Programma
1 – Richiami di meccanica delle terre• Sforzi totali e efficaci, storia tensionale di un elemento di terra.
• Caratteristiche di permeabilità, condizioni drenate e non drenate.
• Comportamento sforzo-deformazione di un elemento di terra.
• Caratteristiche di rigidezza e resistenza di un elemento di terra.
2 – Elementi di meccanica delle rocce
• Definizione di materiale roccioso e ammasso roccioso, superfici di discontinuità (giunti, faglie).
• Rilievo e rappresentazione delle caratteristiche di giacitura e spaziatura delle discontinuità.
• Comportamento meccanico del materiale roccioso e delle discontinuità.
• Indici di qualità degli ammassi rocciosi (in particolare, indice GSI).
• Caratteristiche di rigidezza, resistenza e permeabilità di un ammasso roccioso.
3 – Metodi di scavo e sistemi di sostegno per opere in sotterraneo
• Tipologie di opere in sotterraneo: gallerie superficiali e profonde, caverne, pozzi.
• Metodi di costruzione per gallerie superficiali e profonde.
• Scavo in tradizionale, con mezzi meccanici o con esplosivo, sistemi di sostegno tipici.
• Scavo meccanizzato con TBM (Tunnel Boring Machine), sistemi di sostegno tipici:
o Caratteristiche tipiche di TBM (“Scudi”) per scavo di gallerie in roccia e in terra.
o Scudi a fronte chiuso per terre e rocce tenere: sistema “EPB” (Earth Pressure Balance) e “Slurry Shield”.
• Interventi di consolidamento dei terreni (iniezioni, drenaggi, congelamento) per lo scavo di gallerie.
4 – Analisi (progettazione) statica di scavi e gallerie superficiali
• Analisi di stabilità di scavi superficiali e pendii naturali:
o Metodi di analisi all’equilibrio limite: metodi dei cunei piani e delle strisce.
o Condizioni a breve e lungo termine, influenza delle pressioni interstiziali e delle azioni sismiche.
• Dimensionamento di paratie (diaframmi in c.a. e in acciaio) per gallerie superficiali “cut and cover”:
o Paratie a mensola e paratie ancorate (con puntoni o tiranti).
o Verifiche di stabilità (SLU), previsione delle deformazioni e degli spostamenti (SLE).
5 – Analisi (progettazione) statica di gallerie profonde
• Stato di sforzo naturale in profondità, influenza della morfologia e storia tensionale dell’area.
• Stato di sforzo e deformazione intorno ad una galleria profonda (condizioni piane):
• Stato di sforzo e deformazione in prossimità del fronte della galleria (condizioni tridimensionali).
• Scavo di gallerie sotto falda, influenza delle pressioni interstiziali e dei moti di filtrazione.
• Analisi delle condizioni di stabilità:
o Meccanismi di collasso al fronte e in condizioni piane.
o Stabilità del fronte di scavo nel caso di impiego di scudi EPB e Slurry Shield.
• Analisi dell’interazione tra terreno e sistemi di sostegno (e rivestimento).
o Metodo convergenza-confinamento; curve caratteristiche della galleria e del sostegno.
o Valutazione dei carichi agenti sui sistemi di sostegno e rivestimento della galleria.
• Previsione dei cedimenti indotti in superficie dallo scavo di gallerie:
o Metodo empirico basato sulla stima del “Volume perso” e sulla curva di subsidenza gaussiana.
o Influenza dei cedimenti sulle strutture presenti (edifici, infrastrutture).
Testi Adottati
Dispense fornite dal docente su vari argomenti (statica delle gallerie, tecnica esecutiva delle opere in sotterraneo, stabilità dei pendii, normativa tecnica).Articoli dalla letteratura tecnica di approfondimento su alcuni argomenti specifici.
Modalità Erogazione
Lezioni, anche con utilizzo di presentazioni video.Modalità Valutazione
Esame finale orale.