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Analisi di stabilità di gallerie scavate mediante TBM EPB: "il caso della nuova linea metropolitana di Catania"

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Indice 1. Introduzione .......................................................................................................... 1 1.1. Premessa ........................................................................................................ 1 1.2. Obiettivi del lavoro ........................................................................................ 5 1.3. Organizzazione del lavoro ............................................................................. 5 2. Scavi in galleria: aspetti connessi alla progettazione ............................................ 9 2.1. Potenzialità e sviluppi dell’opere in sotterraneo ............................................ 9 2.2. Aspetti connessi alla progettazione di gallerie sotterrane ............................ 13 2.3. Lo scavo in sotterraneo ................................................................................ 17 2.4. Tecnologie di scavo in sotterraneo ............................................................... 23 2.4.1. Metodo Cut and Cover .......................................................................... 23 2.4.2. Scavo in Tradizionale............................................................................ 26 2.4.3. Scavo Meccanizzato .............................................................................. 35 2.5. Bibliografia e Sitografia ............................................................................... 37 3. Scavo Meccanizzato: Tunnel Boring Machine (TBM) ....................................... 39 3.1. Tunnel Boring Machine (TBM) ................................................................... 40 3.2. Principi di funzionamento di una TBM ....................................................... 43 3.3. Classificazione delle TBM ........................................................................... 49 3.3.1. TMB per scavo in roccia ....................................................................... 50 3.3.2. TMB per scavo in terreni ...................................................................... 59 3.4. Scelta delle modalità di scavo con TBM ..................................................... 72 3.5. Gli elementi “accessori” dello scavo con TBM ........................................... 75 3.5.1. Condizionamento del terreno ................................................................ 75 3.5.2. Grassi di coda ........................................................................................ 77 3.5.3. Backfill .................................................................................................. 78 3.5.4. Conci di rivestimento ............................................................................ 82 3.6. Problematiche economiche connesse alla progettazione dello scavo meccanizzato ....................................................................................................... 84 3.7. Bibliografia e Sitografia ............................................................................... 88 4. Stabilità del fronte nelle fasi di avanzamento dello scavo .................................. 91 4.1. L’analisi di stabilità in ingegneria geotecnica .............................................. 94 4.1.1. Il metodo dell’equilibrio limite ............................................................. 96 4.1.2. Il metodo dell’analisi limite .................................................................. 97 4.1.3. La stabilità del fronte scavo di una galleria ........................................ 101 4.2. Modalità di scavo sotto falda: condizioni drenate e non drenate ............... 104 4.3. Metodi analitici per il calcolo della pressione di supporto ........................ 106 4.3.1. Metodo di Tamez (1985) ..................................................................... 107 4.3.2. Metodo di Anagnostou-Kovari (1996) ................................................ 118 4.3.3. Metodo di Carranza-Torres (2004) ..................................................... 123 4.4. Bibliografia e Sitografia ............................................................................. 137 5. Problematiche connesse alla modellazione numerica delle gallerie ................. 143 5.1. Modelli numerici tridimensionali (3D) ...................................................... 145 5.2. Modelli numerici bidimensionali (2D) ...................................................... 146 5.3. Confronto fra modellazioni bidimensionali e tridimensionali ................... 148 5.4. Metodi di approssimazione bidimensionale: il rilascio di tensione ........... 151 5.5. Simulazione delle fasi di avanzamento di uno scavo meccanizzato .......... 154 5.6. Metodi numerici maggiormente diffusi in campo geotecnico ................... 156 5.6.1. Metodi agli Elementi Finiti (FEM) ..................................................... 157 5.6.2. Modelli Elasto-Plastici in Geotecnica ................................................. 161 5.6.3. Il Fattore di Sicurezza nelle Analisi di Stabilità Geotecnica ............... 165 5.7. Plaxis 3D Tunnel ........................................................................................ 167 5.8. Bibliografia ................................................................................................ 175 6. Effetti indotti in superfice dallo scavo di una galleria ...................................... 177 6.1. Cedimenti generati dallo scavo di una galleria .......................................... 179 6.2. Fattori di influenza del volume perso durante lo scavo ............................. 189 6.3. Effetti prodotti sulle strutture esistenti ....................................................... 192 6.3.1. Analisi empirico-probabilistica per la valutazione dei danni .............. 196 6.3.2. Ammissibilità dei danni prodotti ......................................................... 200 6.4. Piano di Monitoraggio ............................................................................... 202 6.5. Bibliografia e Sitografia ............................................................................. 207 7. Metropolitana di Catania: la nuova tratta Nesima-Misterbianco ...................... 209 7.1. Problematiche di mobilità nell’area metropolitana di Catania ................... 209 7.2. La rete metropolitana di Catania: sviluppo e potenziamento ..................... 212 7.3. Il progetto della tratta Nesima-Misterbianco ............................................. 214 7.4. La TBM “Agata” ........................................................................................ 218 7.5. Campagna di indagini ................................................................................ 223 7.5.1. Indagini Geognostiche ........................................................................ 224 7.5.2. Indagini di Laboratorio ....................................................................... 229 7.6. Inquadramento Geologico .......................................................................... 239 7.6.1. Quadro Geologico-Strutturale ............................................................. 240 7.6.2. Stratigrafia e unità litologiche del territorio catanese ......................... 247 7.6.3. Caratteri Geomorfologici .................................................................... 253 7.6.4. Modello Geologico di riferimento ...................................................... 256 7.7. Inquadramento idrogeologico .................................................................... 259 7.7.1. Unità idrogeologiche ........................................................................... 261 7.8. Caratterizzazione geotecnica e geomeccanica ........................................... 262 7.8.1. Caratterizzazione geotecnica dei terreni ............................................. 263 7.8.2. Caratterizzazione geomeccanica delle rocce ....................................... 274 7.9. Bibliografia e Sitografia ............................................................................. 290 8. Analisi di Stabilità del fronte scavo .................................................................. 293 8.1. Piano di avanzamento dello scavo (PAT) .................................................. 294 8.2. Applicazione dei metodi analitici per il calcolo della pressione al fronte . 298 8.2.1. Spinta delle Terre ................................................................................ 302 8.2.2. Metodo di Tamez (1985) ..................................................................... 304 8.2.3. Metodo di Anagnostou-Kovari (1996) ................................................ 306 8.2.4. Metodo di Carranza-Torres (2004) ..................................................... 308 8.2.5. Confronto fra i vari metodi ................................................................. 312 8.3. Modellazione numerica della stabilità del fronte ....................................... 316 8.3.1. Geometria del modello numerico ........................................................ 320 8.3.2. Carichi applicati .................................................................................. 325 8.3.3. Tipologia di vincoli applicati .............................................................. 327 8.3.4. Legame costitutivo .............................................................................. 328 8.3.5. Modellazione dell’interazione fra terreno e TBM .............................. 332 8.3.6. Creazione della mesh .......................................................................... 333 8.3.7. Assemblaggio del modello .................................................................. 334 8.3.8. Analisi eseguite ................................................................................... 335 8.3.9. Modelli prodotti .................................................................................. 337 8.3.10. Risultati dell’analisi FEM ................................................................. 342 8.4. Considerazioni conclusive ......................................................................... 359 8.5. Bibliografia e Sitografia ............................................................................. 362 9. Analisi degli effetti indotti dallo scavo in superficie ........................................ 367 9.1. Calcolo dei cedimenti indotti mediante metodi empirici ........................... 368 9.2. Modellazione 3D delle fasi di avanzamento dello scavo ........................... 372 9.2.1. Simulazione dell’avanzamento dello scavo con TBM EPB................ 373 9.2.2. Risultati prodotti dalla modellazione FEM 3D ................................... 391 9.3. Confronto fra risultati empirici e numerici ................................................ 397 9.4. Analisi qualitativa del danno prodotto alle strutture sovrastanti ................ 399 9.5. Bibliografia e Sitografia ............................................................................. 402 10. Conclusioni e sviluppi futuri ........................................................................... 405 10.1. Considerazioni conclusive ....................................................................... 405 10.2. Sviluppi futuri .......................................................................................... 409 APPENDICE - Il criterio di rottura di Hoek-Brown (2002) ................................. 413 ALLEGATI - Tavola 1: Planimetria della tratta Nesima-Misterbianco - Tavola 2: Dettagli tecnici TBM Agata - Tavola 3: Profilo Geologico - Tavola 4: Andamento della Face Pressure
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Analisi di stabilità di gallerie scavate mediante TBM EPB: "il caso della nuova linea metropolitana di Catania"

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Informazioni tesi

  Autore: Federico Pruiti
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Catania
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Civile
  Relatore: Maria Rossella Massimino
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 447

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Parole chiave

tbm
caratterizzazione geotecnica
metodi analitici
scavo in galleria
pressione al fronte
cedimenti indotti
metropolitana di catania
modellazione fem 3d
plaxis 3d tunnel

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