Nella progettazione di gallerie superficiali, gli spostamenti legati alla realizzazione dell’opera rappresentano un parametro estremamente vincolante. I cedimenti superficiali indotti dallo scavo delle gallerie, infatti, possono provocare il danneggiamento o la perdita di funzionalità delle costruzioni preesistenti. Nella valutazione del danno, entra in gioco la stima della sensibilità della struttura soggetta alle deformazioni prodotte dalla realizzazione della galleria, parametro stimato in base non solo all’importanza strategica della costruzione ma anche in base al suo valore monumentale. Da questo quadro emerge l’importanza che assume lo sviluppo di interventi di mitigazione degli effetti prodotti dallo scavo di una galleria, con i quali si può pensare o di conferire al terreno maggiore rigidezza così da ridurre le deformazioni indotte dallo scavo o di modificare con degli elementi strutturali il campo degli spostamenti indotti. A questa seconda categoria di intervento appartiene la soluzione analizzata in questa tesi: l’idea è quella di realizzare, prima del passaggio della galleria, una paratia parallela all’asse del cavo, interposta tra questo e la struttura da proteggere, producendo così una riduzione degli spostamenti che la interessano e quindi di limitare i danni connessi alla realizzazione dell’opera in sotterraneo . Questo studio trova un’immediata applicazione ad un caso reale, rappresentando uno dei tipi di interventi di mitigazione previsti per la realizzazione della linea C della metropolitana di Roma nelle zone più centrali della città. L’obiettivo comune a tutti è quello di riuscire a garantire lo sviluppo e la vivibilità della Capitale nel pieno rispetto del suo vastissimo patrimonio storico-artistico. La zona oggetto dello studio è quella di San Giovanni, le Mura Aureliane sono il bene da proteggere dai cedimenti indotti dalle due gallerie di linea. Trattandosi di ambiente urbano, la tecnica di scavo, ormai consolidata, è quella meccanizzata con TBM. Il funzionamento dell’intervento ipotizzato dipende dall’interazione tra il campo dei cedimenti indotti dallo scavo della galleria ed il setto precedentemente costruito. La riduzione dei cedimenti indotti dipende da numerosi fattori. È quindi necessario individuare quelli che influenzano maggiormente la modifica del campo di spostamenti, per arrivare ad una progettazione ottimale dell’intervento e capire i meccanismi principali che stanno alla base del funzionamento dell’intervento. Le analisi sono state svolte in condizioni di deformazione piana assimilando la paratia ad un diaframma continuo, parallelo alla paratia e di estensione indefinita, e in condizioni tridimensionali che permettono di simulare con maggiore accuratezza il comportamento di paratie di pali accostati e di tenere conto dell’estensione limitata in pianta del setto.

1. Candidato:
Laura Fantera
Relatore:
Prof. Ing. Sebastiano Rampello
Mitigazione dei cedimenti indotti
dallo scavo di gallerie mediante paratie

2. gallerie in zona urbana
mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie
metropolitane su edifici / monumenti preesistenti
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 2
Metro C – Tratta T3 – San Giovanni
necessità di ridurre il campo degli spostamenti indotti in corrispondenza
delle Mura Aureliane (270 – 275 d.C.)

3. • galleria interamente passata
• strutture prive di rigidezza
• installazione ideale della paratia
• asse galleria rettilineo e orizzontale
• paratia parallela alla galleria
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 3
paratia di pali accostati indefinitamente estesa
paratia di estensione limitata
schemi considerati
analisi 3D
analisi 2D  paratia continua indefinitamente estesa

4. 4Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 4
• profilo stratigrafico
• regime delle pressioni interstiziali
moto di filtrazione permanente dai riporti verso lo strato di ghiaie,
con perdita di carico concentrata nello strato di limi sabbiosi
modello geotecnico di sottosuolo (zona San Giovanni)

5. • comportamento non lineare
elasto-plastico a partire da bassi
livelli di deformazione
• rigidezza funzione dello stato
tensionale efficace
• il decadimento della rigidezza
con il livello di deformazione
5Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 5
modello costitutivo
fs
p’
q criterio di resistenza Mohr - Coulomb
s.d.s. a incrudimento
deviatorico
s.d.s. a incrudimento
volumetrico fv
G/G0
1
piccole
deformazioni
medie
deformazioni
grandi
deformazioni
gS10-6 10-3
comportamento meccanico dei terreni
riporti R  HS
depositi alluvionali LSO – St/Ar HS-SS

6. 6
G0
ref da prove CH
c' e j' inviluppo a rottura
pref = 100 kPa
s′3  k0
oc·s′v
OCR = 1.3
Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 6
G0
ref g0.7 m n ur
E0
ref Eur
ref E50
ref Eed
ref
Mpa % Mpa Mpa MPa MPa
125 0.035 0.8 0.2 300 150 8.21 5.52
prove RC Eur = E0/2
calibrati dalle relazioni q – ea delle prove TX  fs fv
calibrazione dei parametri del modello
rigidezza tangenziale iniziale

7. 7Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 7
simulazioni su prove TX – CID
• 3 standard di compressione in carico
• 1 di compressione in scarico
• 1 di estensione in scarico
calibrazione dei parametri del modello

8. simulazione numericarelazioni empiriche
8Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 8
valutazione conca di subsidenza in free field
perdita di volume
VL = 1 % 
d = 0.087 m
• applicazione del campo degli
spostamenti al contorno del
cavo
• rilascio della condizione sugli
spostamenti e attivazione del
rivestimento della galleria.
d

9. 9Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 9
• generazione dello stato tensionale efficace litostatico iniziale
• attivazione del setto
• realizzazione della galleria Nord
• realizzazione della galleria Sud
NS
analisi 2D
 12 D

10. 10Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 10
L
z0 = 25 m
z0 + 0.5D = 28.35 m
z0 + D = 31.7 m
z0 + 1.5D = 35.05 m
Rint
0.7
1
0.8D = 5.35 m
1.5D = 10.05 m
d G0
125 Mpa
62.5 Mpa
gallerie
Nord
Nord + Sud
Rint
analisi 2D
NS

11. 11Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 11
efficienza locale efficienza integrale
valutazione efficienza intervento
a
b
c
x

12. 12Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 12
analisi 2D – influenza della lunghezza della paratia
D
1.5D
2D
(1) (2) (3) (4)
(1)/(4) (2)/(4) (3)/(4)
x/D z0 Z0+0.5D Z0+D Z0+1.5D
1.0 0.44 0.60 0.72 0.78 0.56 0.78 0.92
1.5 0.35 0.53 0.65 0.71 0.49 0.74 0.91
2.0 0.27 0.44 0.57 0.63 0.43 0.70 0.90
FF
z0
z0+0.5D
z0+D
z0+1.5D
loc

13. 13Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 13
riduzione rigidezza deposito e passaggio seconda galleria
variazioni poco significative dell’efficienza, ma cedimenti maggiori
analisi 2D – influenza di lunghezza e scabrezza paratia

14. 14Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 14
isolinee della resistenza mobilitata
analisi 2D – modifica campo spostamenti e stato di tensione
isolinee dei cedimenti (mm)
0
85
1
0

15. 15Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 15
analisi 2D – tensioni tangenziali al contatto parete-terreno
lato esterno
base
lato galleria

16. 16Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 16
d = 0.8D = 5.35 m
R = 0.7
L
z0 + D = 31.7 m
z0 + 1.5D = 35.05 m
i=D
i=1.5D
i=2D
0.6 m
analisi 3D – paratia di pali accostati indefinitamente estesa
7.2 m

17. 17Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 17
galleria
analisi 3D – tensioni tangenziali al contatto pali-terreno
paratia continua
paratia di pali
accostati i=1.5D
sez. palo
galleria
R
LSO-
St/Ar
superficie
interna
superficie
esterna
L = z0+D
superficie
interna
superficie
esterna

18. 18Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 18
modellazione paratia di pali accostati – limiti analisi 2D
par_cont
fila_pali
clseq
I
I
EE 
0.6·Ecls
0.4·Ecls
0.3·Ecls
i = 2D
i = 1.5D
i = DEeq =
modello 2D  int = 4 %
modello 3D  int = 34 %
zrif = 4.5 m

19. 19Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 19
condizioni
free field
l
bordo paratia
analisi 3D – stima estensione dell’intervento
bordo
paratia
sezione
controllo
condizione
free field
R
LSO-St/Ar
galleria
sezione longitudinale
2l
4l
3l
2l
l
sez. controllo 
deformazione piana
pianta

20. 20Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 20
l
l
paratia continua
pali accostati
i = 1.5D
analisi 3D – stima estensione dell’intervento

21. 21Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 21
z = 4.5 m
paratia continua i = 1.5D
l (m) l/D int int/ int piana int int/ int piana
  0.61 - 0.51 -
28.8 4.3 0.56 0.92 - -
21.6 3.2 0.55 0.90 - -
14.4 2.1 0.50 0.83 0.42 0.83
7.2 1.1 0.44 0.71 0.34 0.66
free-field
def. piana
isolinee spostamenti verticali
analisi 3D – stima estensione dell’intervento
0
-19
(mm)

22. 22Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 22
aumento efficienza
conclusioni
con la lunghezza e la rigidezza della paratia
con riduzione scabrezza
• maggiori valori di L per minori distanze della paratia dalla galleria
• paratia estesa a profondità con bassi gli spostamenti orizzontali in free field
• la risultante delle tensioni tangenziali che si oppongono all’abbassamento della
paratia cresce con L
• gli spostamenti orizzontali indotti dallo scavo della galleria si riducono con la
rigidezza della paratia
• al decrescere della scabrezza
– si riduce l’azione di trascinamento che il terreno
lato galleria esercita sulla parete interna
– si riduce l’azione di trascinamento che la
paratia esercita sul terreno a monte

23. 23Mitigazione dei cedimenti indotti dallo scavo di gallerie mediante paratie 23
paratia di pali accostati
• meno efficiente per la minore rigidezza flessionale e minore capacità di
trasmettere tensioni tangenziali stabilizzanti
• incremento di L   confrontabile con valori ottenuti con paratia continua
• interassi consigliati i = D e i = 1.5D
estensione in pianta dell’intervento
• almeno pari a 3D a monte e a valle dell’edificio/monumento da proteggere per
ottenere valori di 3D  piana
• alla quota di un ipotetico piano di fondazione, si ottengono riduzioni
significative dei cedimenti (70%50%) per un intervento posto a
d = 0.8D e L = z0+D
conclusioni