Modellazione numerica del comportamento dinamico di gallerie superficiali in terreni argillosi

Lo studio del comportamento delle strutture in sotterraneo soggette ad azioni sismiche va affrontato in maniera diversa rispetto a quanto viene fatto comunemente per le strutture in elevazione. Mentre il comportamento di queste ultime è regolato dalle caratteristiche inerziali della struttura stessa, la risposta dinamica delle strutture in sotterraneo è governata dalla risposta deformativa del terreno circostante e dalla loro interazione. Questa differenza è una conseguenza della trascurabile inerzia della costruzione in sotterraneo rispetto a quella del terreno che la circonda. In relazione ai danni prodotti dalle vibrazioni del terreno al passaggio delle onde sismiche, gli stati deformativi che può subire una galleria in seguito ad esso possono essere sintetizzati secondo gli schemi riportati in Figura 1.1 (Owen e Scholl, 1981), dove si assimila la struttura in sotterraneo ad una trave elastica sottoposta alle deformazioni imposte dal terreno circostante. Con riferimento all’asse della galleria risulta quindi necessario analizzare il comportamento dell’opera secondo due direzioni: • direzione longitudinale: la galleria è sollecitata secondo la sua direzione longitudinale dalla deformazioni di compressione ed estensione che si sviluppano secondo il suo asse e dalle deformazioni flessionali che si originano dalle vibrazioni delle particelle di terreno in direzione perpendicolare al suo asse; • direzione trasversale:la galleria è sollecitata nel piano trasversale dall’azione di onde di taglio con direzione di propagazione pressoché perpendicolare al suo asse che portano all’ovalizzazione della sezione strutturale (Wang, 1993). Il comportamento di una galleria in presenza di sisma può essere analizzato sia ricorrendo a soluzioni in forma chiusa basate su approcci di tipo analitico sia effettuando delle analisi dinamiche complete mediante, ad esempio, un codice di calcolo non lineare agli Elementi Finiti (FEM). Nel primo caso gli effetti locali sono tenuti in conto attraverso specifiche analisi di propagazione locale, finalizzate alla definizione delle caratteristiche del sisma alla quota della galleria (approccio disaccoppiato). Le analisi FEM, invece, permettono di valutare il comportamento della galleria tenendo conto in maniera più realistica dell’interazione terreno-rivestimento, del comportamento non lineare del terreno e dell’accelerogramma di progetto nella sua interezza e non solo attraverso parametri sintetici (approccio accoppiato). Il problema della propagazione monodimensionale è stato analizzato adottando l’approccio lineare equivalente implementato nel codice EERA (Bardet et al., 2000). Le sollecitazioni nel rivestimento della galleria sono state calcolate, limitatamente alla sola direzione trasversale, facendo riferimento alle equazioni proposte da Wang (1993) sia per condizioni di full-slip sia per quelle di no-slip tenendo conto della differente rigidezza del terreno e della struttura. Le analisi FEM sono state condotte in condizioni di deformazione piana con il codice PLAXIS. Nell’ottica di un confronto con i risultati ottenuti dall’approccio disaccoppiato, in un primo gruppo di analisi è stato utilizzato per il terreno un modello costitutivo di tipo visco-elastico. In una seconda serie di analisi è stato introdotto come ulteriore ingrediente la plasticità, facendo riferimento al criterio di resistenza di Mohr-Coulomb. Tutte le analisi numeriche sono state condotte in condizioni non drenate e lo smorzamento viscoso è stato introdotto secondo la formulazione di Rayleigh