Studio del comportamento di gallerie sottoposte ad azioni sismiche mediante approcci numerici avanzati

Il contributo dell’Università di Bologna è indirizzato allo studio del comportamento di gallerie sottoposte ad azioni sismiche mediante approcci numerici avanzati. L’attività di ricerca prevede una parte di lavoro teorico di validità generale, riferito a condizioni geologico, geotecniche e strutturali ideali, ed una parte dedicata all’applicazione della ricerca allo studio di casi reali in contesti sismotettonici diversi con particolare riferimento alle strutture in sotterraneo realizzate nelle formazioni strutturalmente complesse dell’Appennino Settentrionale e Meridionale (argille scagliose del Complesso Caotico, argille varicolori, flysh, ecc..). Gli obiettivi dell’attività di ricerca possono quindi essere sintetizzati nei seguenti punti: (A) ESECUZIONE DI ANALISI DI TIPO DISACCOPPIATO ED ACCOPPIATO ADOTTANDO APPROCCI CARATTERIZZATI DA CRESCENTI LIVELLI DI COMPLESSITA' E LORO CONFRONTO: a1) Definizione di uno o più casi ideali di riferimento in termini di input sismico, distanza bedrock – struttura in sotterraneo, caratteristiche geotecniche dei terreni attraversati e caratteristiche geometriche e strutturali della galleria; a2) Studio dei diversi casi ideali mediante analisi di tipo disaccoppiato e modelli costitutivi per il terreno “semplici”. L’accelerogramma alla quota della galleria verrà valutato mediante l’analisi della risposta sismica locale, adottando il codice di calcolo Eera e schematizzando il terreno come un mezzo mono-fase viscoelastico non lineare. Le azioni sul rivestimento della galleria verranno valutate assimilando la galleria ad una trave elastica sottoposta alle deformazioni imposte dal terreno circostante secondo come indicato nelle sintesi di Wang (1993) e Hashish et al. (2001); a3) Studio dei diversi casi ideali mediante analisi di tipo accoppiato e modelli costitutivi per il terreno “semplici”. Le analisi numeriche verranno realizzate con i codici di calcolo Abaqus e Plaxis in condizioni di deformazione piana, valutando in questa sede le ipotesi dei due programmi circa l’interazione fra lo scheletro solido ed il fluido interstiziale in condizioni dinamiche. Per descrivere il comportamento meccanico dei terreni si adotteranno uno o due modelli costitutivi disponibili nelle librerie dei programmi di calcolo. Questa fase, pur con i limiti rappresentati dall’utilizzo di modelli costitutivi “semplici”, permetterà di approfondire gli aspetti legati all’interazione terreno-galleria in condizioni dinamiche ed alla loro modellazione nell’ambito di analisi agli elementi finiti; a4) Scelta di un modello costitutivo appropriato a descrivere il comportamento dei terreni naturali sotto l’azione di carichi ciclici e dinamici Data la precedente attività del responsabile dell’Unità di Ricerca ed avendo a mente le tipologie di terreni che verranno presi in esame durante l’applicazione della ricerca allo studio di casi reali, verrà preso a riferimento il modello proposto da Kavvadas & Amorosi (2000), apportando a questo lievi modifiche per quanto pertiene alla descrizione del comportamento reversibile secondo quanto proposto recentemente da Houlsby et al. (2005), alla legge di incrudimento isotropo relativa alla componente di destrutturazione in accordo con Amorosi & Boldini (2003), ed eventualmente all’espressione della legge di variazione del modulo plastico per problematiche legate alla sua non facile implementazione secondo una particolare classe di algoritmi di integrazione; a5) Integrazione del modello costitutivo selezionato nel codice di calcolo commerciale Abaqus, e dopo sua messa a punto, nel codice Plaxis di più semplice utilizzo L’implementazione del modello costitutivo sarà realizzata mediante un algoritmo di tipo completamente implicito in grado di assicurare soluzioni accurate del primo ordine, stabilità incondizionata e convergenza asintoticamente quadratica a livello globale, come già dimostrato in precedenti esperienze di integrazioni di versioni più semplificate (i.e.,..