Infrastrutture Viarie In Sotterraneo - Progetto

    Università degli Studi di Trieste    Facoltà di Ingegneria  CDLS in Ingegneria delle Infrastrutture e dei Sistemi di Trasporto      Corso di Infrastrutture Viarie in Sotterraneo  Prof. Crisman     

Progetto di una GALLERIA AUTOSTRADALE            Riccardo Gatti  Matricola n. 88600013  e‐mail: [email protected]    a.a. 2008/2009 

 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Indice        Verifica della sezione            Galleria a cielo aperto            Galleria a foro cieco            Impianto di ventilazione            Appendici    Appendice A – Rilievo del fronte di scavo   

 

 

 

 

 

 

 

 

pag. 1 

 

 

 

 

 

 

 

pag. 5 

 

 

 

 

 

 

 

pag. 10 

 

 

 

 

 

 

 

pag. 20 

 

 

 

 

 

 

 

pag. 24 

i 

 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Introduzione    La presente relazione ha lo scopo di illustrare i passi eseguiti per redigere un progetto per la realizzazione di  una galleria stradale. Tale progetto prende in considerazione anche tutte le disposizioni attualmente vigenti in  merito alla sicurezza.   

Verifica della sezione    Caratteristiche della strada:  - Autostrada extraurbana (categoria A) composta da due corsie di marcia e la corsia d’emergenza;  - Lunghezza: 2500m;  - Velocità di progetto massima: 140km/h;  - Velocità di progetto minima: 90km/h.    La sezione tipo è la seguente (quote in metri):   

    Si verifica che essa sia compatibile con la sezione autostradale e nel caso di galleria in curva con raggio 1000m.    Per  calcolare  la  larghezza  della  piattaforma  si  fa  riferimento  ai  moduli  di  corsie  e  banchine  imposti  dal  DM  05.11.2001  “Norme  funzionali  e  geometriche  per  la  costruzione  delle  strade”.  Lo  schema  organizzativo  della  piattaforma stradale per autostrada extraurbane è il seguente:   

   

1 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Nel caso in esame si considera solamente  metà piattaforma perché si ipotizza una galleria monodirezionale,  quindi la larghezza totale delle corsie risulta 7,50m, la banchina di destra 3,00m e quella di sinistra 0,70m.  Per quanto riguarda gli ingombri verticali, il DM 05.11.2001 richiede un franco di 5,00m al di sopra delle corsie  e 4,80m al di sopra delle banchine. 

    Il decreto richiede inoltre che per gallerie di lunghezza superiore a 1000m siano previste piazzole di dimensioni  minime 45x3m con interdistanza di 600m per ogni senso di marcia.  Infine per gallerie a doppio fornice devono essere previsti collegamenti pedonali ogni 300m e collegamenti per  il passaggio di veicoli di soccorso o di servizio ogni 900m.  Sono  invece  rinviati  ad  apposita  normativa  specifica  tutti  gli  apprestamenti  ulteriori  di  sicurezza  attiva  e  passiva  (illuminazione,  ventilazione,  sorveglianza,  impianto  antincendio,  uscite  di  emergenza,  cavedii  di  servizio,…).    Ipotizzando  che  la  galleria  sia  realizzata  con  una  curva  di  raggio  1000m,  è  necessario  calcolare  la  velocità  massima  che  l’utente  potrà  mantenere  all’interno  della  galleria  che  permetta  la  verifica  della  distanza  di  visibilità per l’arresto.  Il DM 05.11.2001 fornisce un grafico in cui è possibile dedurre la distanza di visibilità per l’arresto in funzione  della velocità e della pendenza longitudinale. Considerando una massima pendenza longitudinale pari a ‐2,5%  si ottengono i seguenti valori di visibilità: 

   

2 

Riccardo Gatti 

  Velocità  [km/h]  140  130  120  110  100  90  80 

N. Matricola 88600013  Distanza di visibilità  [m]  240  215  180  160  135  120  95 

  Per ottenere i raggi minimi della curva in funzione delle distanze di visibilità si utilizza la seguente formula:    8·

 

con  n = distanza tra l’asse della corsia e il margine interno della corsia d’emergenza (si ipotizza la presenza di un  mezzo pesante fermo nella corsia d’emergenza): n = 1,875 + 0,401 = 2,275m    Velocità  Distanza di visibilità  Raggio della curva  Verifica  [km/h]  [m]  [m]  140  240  3164,84  F  130  215  2539,84  F  120  180  1780,22  F  110  160  1406,59  F  100  135  998,37  V  90  120  791,21  V  80  95  495,88  V    Dunque la velocità massima sarà 100km/h.    Ne segue una pendenza trasversale in curva pari a 4,25%, ricavata dal diagramma fornito dal DM.   

 

                                                                 1

 

 Ottenuto sottraendo al modulo della banchina la larghezza massima prevista per i veicoli = 2,60m (veicoli per trasporto  di merci deperibili in regime di temperatura controllata, ATP).  3 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Verifica  degli  ingombri  in  rettifilo  e  in  curva  (pendenza  trasversale  del  4,25%  richiesta  per  curve  di  raggio  1000m con velocità di progetto di 100km/h):   

 

                                                               

   

4 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Galleria a cielo aperto    Per calcolare le sollecitazioni a cui è sottoposta la galleria si è utilizzato il programma SAP2000 v.12.0.    Il modello inserito in SAP è composto da:  ‐ aste numerate 201‐213 e 222‐233 di sezione 1,00x1,00m, con le caratteristiche del terreno;  ‐ aste dell’arco di sezione 0,90x1,00m;  ‐ aste del piedritto di sezione 1,00x1,00m.   

    Per quanto riguarda i carichi si sono considerati i seguenti dati a disposizione:    Ricoprimento  R  5 m  Peso specifico  γ  18 kN/m3  Carico verticale  σv = R ∙ γ  90 kN/m2  Coefficiente carichi orizzontali  Ka  0,5 Carico orizzontale  σh = σv ∙ Ka  45 kN/m2  Modulo della molla  Kmolla  1500 kN/m           

5 

 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Le travi risultano quindi caricate in questo modo:      σv  σh  σv  σh  Trave  Trave 2 2 2   kN/m kN/m2 kN/m   kN/m   1  90,0  45,0  22  90,0  45,0    2  90,0  45,0  23  90,0  45,0    3  90,0  45,0  24  90,0  45,0    4  117,0  58,5  25  117,0  58,5    5  129,6  64,8  26  129,6  64,8    6  147,6  73,8  27  147,6  73,8    7  165,6  82,8  28  165,6  82,8    8  183,6  91,8  29  183,6  91,8    9  212,4  106,2  30  212,4  106,2    10  234,0  117,0  31  234,0  117,0    11  255,6  127,8  32  255,6  127,8    12  279,0  139,5  33  279,0  139,5    PRIMO CASO: CERNIERA CEDEVOLE    In prima analisi si è ipotizzato di avere appoggi cedevoli come vincoli dei piedritti, di considerare tutte le aste  che rappresentano la reazione del terreno (lunghezza  1m) e vincolate con molle di modulo Kmolla.    Le sollecitazioni risultanti dall’analisi col SAP sono state:   

          Sforzo normale   

 

 

 

     Momento flettente 

  Elemento  1  2  3  4  5  6  7  8   

N  [kN]  ‐182,35  ‐196,01  ‐221,13  ‐253,89  ‐290,93  ‐330,48  ‐372,32  ‐416,67 

Mf  [kN∙m]  189,95  174,47  130,52  66,35  ‐7,03  ‐81,98  ‐147,34  ‐193,09  6 

e  [m]  ‐1,04  ‐0,89  ‐0,59  ‐0,26  0,02  0,25  0,40  0,46 

 

Riccardo Gatti 

  9  10  11  12  12 

N. Matricola 88600013 

‐462,01  ‐504,89  ‐562,50  ‐615,29  ‐615,29 

‐206,01  168,09  ‐59,79  ‐24,09  0,00 

0,45  ‐0,33  0,11  0,04  0,00 

    SECONDO CASO: INCASTRO CEDEVOLE    Gli appoggi cedevoli che vincolavano i piedritti sono stati sostituiti da incastri cedevoli.    Le sollecitazioni risultanti dall’analisi col SAP sono state:   

         Sforzo normale 

 

 

 

 

     Momento flettente 

 

  Elemento  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  12 

N  [kN]  184,71  198,28  223,38  256,43  294,25  334,98  377,88  422,33  465,68  503,80  564,78  618,04  618,04 

Mf  [kN∙m]  ‐168,20  ‐153,08  ‐110,17  ‐47,71  23,00  93,45  150,89  182,68  172,61  ‐100,38  ‐54,71  ‐149,72  ‐241,55 

e  [m]  ‐0,91  ‐0,77  ‐0,49  ‐0,19  0,08  0,28  0,40  0,43  0,37  ‐0,20  ‐0,10  ‐0,24  ‐0,39 

    TERZO CASO: INCASTRO CEDEVOLE CONSIDERENDO SOLO LE ASTE COMPRESSE    Rispetto al caso precedente l’unica variazione è quella di non aver considerato tutte le aste che rappresentano  la reazione del terreno ma solamente quelle che risultavano compresse nell’analisi precedente.     

7 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Le sollecitazioni risultanti dall’analisi col SAP sono state:   

         Sforzo normale 

 

 

 

 

     Momento flettente 

 

  Elemento  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  12 

Mf  [kN∙m]  230,13  209,43  149,91  61,20  ‐41,30  ‐142,14  ‐217,64  ‐245,26  ‐201,90  102,81  73,94  188,51  299,14 

N  [kN]  ‐136,64  ‐151,77  ‐181,07  ‐222,05  ‐271,35  ‐325,16  ‐379,03  ‐428,42  ‐466,26  ‐500,80  ‐562,68  ‐615,51  ‐615,51 

e  [m]  ‐1,68  ‐1,38  ‐0,83  ‐0,28  0,15  0,44  0,57  0,57  0,43  ‐0,21  ‐0,13  ‐0,31  ‐0,49 

  Per dimensionare le armature della sezione tipo, si sono considerate 2 coppie N‐Mf delle tre analisi precedenti,  una in corrispondenza di Nmax e una in corrispondenza di Mf,max, esse sono:    N  Mf  Sezione  Caso  Elemento  [kN]  [kN∙m]  A  3  12  ‐615,51  299,14  B  2  12  618,04  ‐241,55    Per  verificare  lo  spessore  della  struttura  e  dimensionare  le  armature  si  è  utilizzato  il  programma  VCASLU  (scaricabile  gratuitamente  all’indirizzo:  http://dicata.ing.unibs.it/gelfi/software/programmi_studenti.html)  realizzato dal professor Piero Gelfi dell’Università degli Studi di Brescia. Calcoli e verifiche sono stati condotti  con riferimento alle nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni (NTC2008).    Si sono utilizzati per le sezioni:  - Calcestruzzo: classe di resistenza: Rck 30  - Acciaio: barre FeB44k, tensione di snervamento 255N/mm²   

8 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Si è considerato di predisporre l’armatura in modo simmetrico:    Armatura superiore  Armatura inferiore  N  Mf  Sezione [kN]  [kN∙m] N° barre  Φ  N° barre  Φ  A  ‐615,51  299,14 8  18  8  18  B  618,04  ‐241,55 8  18  8  18   

 

 

   

9 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Galleria a foro cieco    Il  tratto  di  imbocco  della  galleria,  data  la  modesta  altezza  del  ricoprimento  sulla  sommità  della  cavità,  si  è  inteso  totalmente  plasticizzato  e  dunque  gravante  sul  rivestimento  definitivo  dello  scavo,  costituito  dalla  struttura portante ad arco dimensionata con il SAP2000.    Invece per il tratto di galleria realizzato a foro cieco, l’altezza dell’ammasso sovrastante è pari a 90m e quindi  non  si  può  ipotizzare  la  totale  decompressione  dell’ammasso.  Bisogna  valutare  l’effetto  dello  scavo  nei  confronti dello stato tensionale e deformativo all’interno dell’ammasso.    Tale  analisi  ,  per  scavi  di  forma  non  circolare,  può  essere  condotta  con  rapidità  di  calcolo  con  l’ausilio  del  metodo numerico agli elementi finiti, implementato dal programma PHASE2 v.6.0 della Rocscience.    A monte delle operazioni di calcolo svolte dal software, vi è una fase di modellazione del sito oggetto di scavo,  sulla base delle indicazioni; a valle vi è invece una fase interpretativa dei risultati del calcolo numerico, che fa  uso di opportune rappresentazioni grafiche generate dal software.    Questo  schema  concettuale  è  quello  che  si  seguirà  nell’uso  del  PHASE2  caratterizzato,  coerentemente  con  l’ottica esposta, dai seguenti tre moduli:    - Modeller: modellazione dello scavo, del sito interessato dallo scavo, del sostegno di prima fase e del tempo  di applicazione del sostegno;  - Compute: calcolo del modello con il metodo agli elementi finiti;  - Interpreter: analisi, con il supporto di grafici, dei risultati del calcolo numerico con possibilità di editing di  reports relativi ai calcoli svolti.    Sezione normale della galleria  FASE “MODELLER”  - Dal  file  CAD  relativo  alla  sezione  normale  della  galleria,  si  ricava  il  modello  da  importare  nel  PHASE2  mediante  l’inviluppo  della  sezione  stessa,  tenendo  conto  dello  scavo  che  effettivamente  si  ritiene  necessario per realizzare la forma e la dimensioni previste per la sezione della galleria.  - Si  immettono  nel  foglio  del  PHASE2  le  coordinate  dei  punti  che  individuano  la  forma  dello  scavo;  le  coordinate  possono  essere  indicate  sullo  schermo  utilizzando  gli  snap  del  programma,  oppure  possono  essere immesse dalla riga di comando.  - Dalla barra degli strumenti del programma si seleziona:  o BOUNDARIES  –  Add  external  :  si  inserisce  la  parte  di  ammasso circostante  lo  scavo  e  perturbato  dallo  stesso.  Digitando  “t”  nella  riga  di  comando  compare  il  box  di  dialogo  sotto  indicato  in  cui  inserire  le  coordinate dei vertici:   

   

10 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

o MESH ‐ Setup: si imposta la mesh per l’applicazione del metodo degli elementi finiti, usando elementi  triangolari a tre nodi e ponendo come numero di nodi sul contorno 90:   

 

 

MESH – discretize : viene realizzata la mesh a triangoli equilateri.    o LOADING – Field stress : si assegna lo stato tensionale dell’ammasso in sito. Nel nostro caso il campo di  forze è di tipo costante, con tensione principale verticale σ1 pari a:  18 kN/m3 ∙ 90 m = 1620 kN\m2 = 1,62 MPa.  Si osservi che σ1 di default è quella orizzontale, bisogna ruotare l’elemento di 90 gradi per ottenere la  situazione idrostatica.   

 

 

A  questo  punto  si  definiscono  le  proprietà  meccaniche  dell’ammasso  roccioso,  il  quale  deve  essere  schematizzato inizialmente come un materiale elastico.    o PROPERTIES – Define materials : si assegnano all’ammasso le caratteristiche geo‐meccaniche ricavate  dal rilievo del fronte di scavo (Appendice A) e con l’utilizzo del software Roclab.   

 

11 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

 

 

PROPERTIES  –  Assign  properties  :  si  seleziona  Excavate,  si  clicca  all’interno  della  sezione,  e  così  viene  cancellata la parte di roccia che si intenderà scavare.    La  fase  “Modeller”  è  conclusa.  Abbiamo  realizzato  lo  scavo  della  sezione  normale  e  ne  abbiamo  creato  il  modello agli elementi finiti, nell’ipotesi di materiale elastico e con le proprietà ricavate dall’analisi al Roclab. 

  FASE “COMPUTE”     Lanciata tramite l’icona posta sulla barra degli strumenti del programma.     FASE “INTERPRETER”    Lanciata cliccando sull’icona apposita.    Ora  è  possibile  indagare,  in  tutta  la  porzione  di  ammasso  interessata  dallo  scavo  e  con  il  grado  di  approfondimento desiderato, i vari aspetti che possono interessare nell’analisi tenso‐deformativa.      ANALISI ELASTICA    È  sicuramente interessante analizzare l’andamento del fattore di sicurezza intorno allo scavo: più estese sono  le  zone  dove  il  fattore  di  sicurezza  è  inferiore  a  1,  tanto  più  sarà  avanzata  la  plasticizzazione  della  roccia  attorno alla cavità. In figura è riportata la grafica rappresentante l’andamento del fattore di sicurezza attorno  allo scavo.   

12 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

    Si  osserva  che  sulle  pareti  sono  presenti  porzioni  di  roccia  plasticizzate,  sarà  dunque  necessario  prevedere  opere  di  sostegno  impegnative  per  garantire  durante  l’esecuzione  e  l’esercizio  la  stabilità  e  il  contenimento  delle deformazioni.    Il software permette anche di valutare l’entità delle deformazioni del contorno dello scavo fornendo, in scala  opportuna, la deformata dello scavo:   

   

13 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

ANALISI PLASTICA    Si passa ora ad analizzare l’effetto dello scavo nell’ipotesi più realistica di materiale roccioso in condizioni di  plasticità e, in particolare, si ipotizza un legame elasto‐plastico perfetto ossia con valori residui dei parametri di  resistenza identici ai valori di picco (m=mr=mp e s=sr=sp adottando il criterio di Hoek‐Brown).    In  figura  sono  presentati  l’andamento  del  fattore  di  sicurezza  intorno  allo  scavo  e  la  deformata  al  contorno  dello  scavo.  Analizzando  i  risultati  si  osserva  che  il  fattore  di  sicurezza  è  ovunque  superiore  a  1,  come  ci  si  aspettava avendo ipotizzato il materiale plastico.   

    È  possibile  visualizzare  anche  i  punti  dell’ammasso  che  hanno  superato  la  fase  di  resistenza  residua  e  che  dunque non accettano più carichi (Yielded Elements).    In figura è rappresentato anche l’andamento degli spostamenti totali dei punti dell’ammasso. Interrogando il  programma,  si  ottiene  che  il  massimo  spostamento  sul  contorno  dello  scavo  vale  2,22∙10‐2m;  dunque  una  deformazione massima dell’ordine del centimetro.    L’obiettivo  progettuale  non  è  quello  di  eliminare  i  punti  sovraccaricati,  in  quanto  essi  comunque  saranno  presenti,    si  cercherà  invece  di  contenerne  il  numero,  ossia  di  regimare  le  deformazioni  a  bordo  scavo  e  di  mettere in sicurezza lo stesso durante i lavori per evitare il distacco di pezzi dalle pareti e dalla calotta. 

 

14 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

      SOSTEGNO DI PRIMA FASE    Sì è considerato di realizzare un sostegno di prima fase utilizzando spritz beton di spessore 25cm.  Per  fare  ciò  è  necessario  però  fare  un  passo  indietro  e  tornare  alla  fase  “Modeller”  in  cui  inserire  il  rivestimento  di  prima  fase  impostandone  anche  il  momento  di  applicazione:  questo  aspetto,  trattato  con  rigore  matematico  nel  metodo  delle  linee  caratteristiche,  relativamente  però  al  caso  semplice  di  scavo  circolare, può essere inserito tra i dati del calcolo numerico del modello.    Si impone usualmente che l’applicazione dei sostegni di prima fase sul bordo dello scavo intervenga quando sia  avvenuto il 30% della deformazione che si avrebbe nel caso di scavo non sostenuto (con l’ammasso roccioso  ipotizzato a comportamento elasto‐plastico perfetto).    La procedura da seguire al PHASE2 è la seguente:    o ANALYSIS – Project settings ‐:  si imposta il numero di stage pari a due.   

   

15 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

o LOADING – Load split : si attiva il pulsante “Enable Load Split”. Per lo stage 1 si impone il valore 0,30, per lo  stage 2 si impone il valore 0,70. In tal modo si intende che i supporti sono posti sul fronte scavo quando è  già avvenuto il 30% della deformazione totale.   

    Nella schermata del programma, nell’angolo in basso a sinistra, si trovano le caselle stage 1 (in cui lo scavo non  sostenuto si deforma in campo plastico) e stage 2, in quest’ultimo si inserisce lo strato di spritz beton e se ne  assegnano le proprietà.    o SUPPORT – Add Liner: permette di definire se aggiungere un unico strato di spritz beton oppure, spuntando  la voce “Composite”, coppie di strati di spritz beton applicati l’uno sull’altro;   

    o PROPERTIES – Define Liners: si definiscono le proprietà del materiale, si considera uno spessore di 25cm,  modulo di Young E = 36870MPa e ν = 0,2;   

 

 

 

16 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

o PROPERTIES  –  Assign  Properties  :  nel  menù  a  discesa  inferiore  si  seleziona  la  voce  “Spritz‐Beton”  e  si  seleziona l’area in cui si desidera assegnare quelle proprietà, tasto “Invio” per terminare.   

    In seguito alla realizzazione del sostegno di prima fase si osserva:    o L’aumento del carico porta ad un aumento dello spostamento massimo alla base dello scavo, ciò implica la  progettazione di un sostegno anche per la parte inferiore (arco rovescio);  o L’aumento  del  numero  di  elementi  “overstressed”  nell’ammasso  non  preoccupa  perché  la  loro  entità  numerica  non  è  considerevole,  e  comunque  l’aspetto  da  tenere  sotto  controllo  sono  le  deformazioni,  ampiamente contenute entro limiti accettabili;  o Sulle pareti e in calotta le deformazioni sono contenute.      SOSTEGNO DI SECONDA FASE    Sì  è  considerato  di  realizzare  un  sostegno  definitivo  utilizzando  un  arco  in  calcestruzzo  di  spessore  1m  completato da un arco rovescio di uguale spessore.    Per  fare  ciò  è  necessario  però  fare  un  passo  indietro  e  tornare  alla  fase  “Modeller”  in  cui  inserire  il  rivestimento  definitivo  impostandone  anche  il  momento  di  applicazione  come  visto  per  il  rivestimento  di  prima fase.    Si realizzano quindi altri 3 stage: uno per considerare il momento in cui si realizza lo scavo dell’arco rovescio,  uno  quando  viene  realizzato  il  rivestimento  definitivo  ed  uno  per  considerare  il  momento  finale  con  “split  factor“ nullo.    La situazione finale ottenuta è la seguente:   

 

17 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

    In seguito alla realizzazione del sostegno definitivo si osserva che:    o L’introduzione  dell’arco  rovescio  ha  portato  ad  una  riduzione  dello  spostamento  massimo  alla  base  dello  scavo;  o L’aumento  del  numero  di  elementi  “overstressed”  nell’ammasso  non  preoccupa  perché  la  loro  entità  numerica  non  è  considerevole,  e  comunque  l’aspetto  da  tenere  sotto  controllo  sono  le  deformazioni,  ampiamente contenute entro limiti accettabili;  o Sulle pareti e in calotta le deformazioni sono contenute.      METODI EMPIRICI    Per  ottenere  una  conferma  della  bontà  delle  conclusioni  a  cui  si  è  giunti,  si  considera  la  progettazione  dei  sostegni adoperando i metodi empirici, che si basano sulla classificazione degli ammassi.    Adoperando il metodo empirico basato sulla classifica di Beniawski per un ammasso di classe III (RMR=41‐60),  si ottengono le seguenti indicazioni progettuali:  - scavo parzializzato, perforando prima in calotta e poi nel resto del fronte, avanzando da 1,5 a 3m ad ogni  esplosione;  - inizio dell’installazione del sostegno di prima fase subito dopo l’esplosione, e completamento dello stesso  entro un avanzamento di 10m dall’apertura del fronte;  - bulloni2 sistematicamente disposti ad interasse di 2m in testa e pareti, con lunghezza di 4m;  - strato di spritz beton di 50‐100mm in calotta e di 30mm sulle pareti.    La  classifica  considera  scavi  a  forma  di  ferro  di  cavallo  con  una  larghezza  di  10m,  realizzati  con  la  tecnica  dell’esplosivo  in  ammassi  rocciosi  con  sollecitazione  verticale  minore  di  25MPa  (situazioni  simili  a  quelle  in  esame).                                                               2

 

 Nel caso in esame non sono stati ipotizzati elementi di rinforzo di questo tipo.  18 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Adoperando il metodo empirico di Barton, è necessario innanzitutto calcolare il valore di Q:    1,95    per  un  valore  di  Q  prossimo  a  2,  adottando  ESR  =  1  e  dunque  con  la  dimensione  equivalente  De=  larghezza  effettiva/ESR = 11,3 m, si ottengono le seguenti indicazioni progettuali:    - spritz beton con fibre di rinforzo, in spessore variabile in 50‐100 mm;  - bulloni di lunghezza di circa 3m , ad interasse di circa 2m.                                                                                         

19 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Impianto di ventilazione    DATI DI PARTENZA:    - Lunghezza galleria = 2500m;  - Galleria autostradale, composta da due corsie di marcia e la corsia d’emergenza (non influente ai fini dei  calcoli dell’impianto di ventilazione);  - Velocità = 60Km/h;  - Traffico orario (espresso in veicoli equivalenti/ora) = 1800 per corsia;  - Percentuale dei veicoli pesanti sul totale dei veicoli effettivi = 25%.      COMPOSIZIONE DEL TRAFFICO    Il traffico veicolare totale si ottiene attraverso la formula di seguito riportata, indicando con     Tveicoli  traffico effettivo espresso in veicoli/ora;  Tveicoli eq. traffico in veicoli equivalenti/ora (3600);  P  percentuale dei veicoli pesanti (25%);  feq.  fattore di equivalenza per i veicoli pesanti (2).     

.

·

1

100

100

·

.

 

  ne segue quindi Tveicoli = 2880 veicoli/h    In base alla percentuale dei veicoli pesanti  è possibile ricavare i volumi di traffico di veicoli pesanti e leggeri:    2880 · 0,25 720 veicoli/h    .·    

.

· 1

2880 · 0,75

2160 veicoli/h 

    EMISSIONI DI INQUINANTI    Non  essendo  nota  la  composizione  del  traffico  intesa  come  ripartizione  tra  veicoli  a  benzina  e  diesel,  e  nemmeno gli anni  d’immatricolazione  dei veicoli in  circolazione,  si considera  come riferimento la  tabella dei  valori  delle  emissioni  di  automobili  ed  autocarri  (10  t)  con  velocità  60km/h  e  pendenza  longitudinale  nulla,  proposte dal Centre d’Etudes des Tunnels (CETU, Francia).    I valori, riferiti all’anno 2010, sono riportati nella tabella seguente:    CO  NOx  Fumi  Composizione Traffico  3 3 2 [m /veic∙h] [m /veic∙h] [m /veic∙h]  veicoli leggeri (AC+AS)  37,5  10  10  veicoli pesanti (AC)  120  188  78    La capacità della galleria in esame si ottiene come:    ⁄ 3600/60 60 veicoli/km     

20 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Considerando una distribuzione uniforme dei veicoli lungo tutta la lunghezza della galleria, si ha:    · 60 · 2,5 150 veicoli    Moltiplicando i valori di riferimento per la capacità della galleria si ottengono le emissioni globali dei veicoli:    CO  NOx  Fumi  Composizione Traffico  3 3 [m /h]  [m /h]  [m2/h]  veicoli leggeri (AC+AS)  5625  1500  1500  veicoli pesanti (AC)  18000  28200  11700      CALCOLO DELLE EMISSIONI DELLE SINGOLE SOSTANZE INQUINANTI    A) Veicoli leggeri    La Permanent International Association of Road Congress (PIARC) propone, per il calcolo delle emissioni di  monossido di carbonio (CO), ossidi di azoto (NOx) e fumi la seguente espressione:    , · · ·     con  Q x  emissione di inquinante x (CO, NOx, fumi) per i veicoli AS (Benzina) e AC (Diesel);  qx(v,i)  emissione base di inquinante x;  fh  fattore di correzione legato all’altitudine;  fattore che tiene conto della partenza a freddo (cold start) dei veicoli;  fCS  fM  fattore che dipende dall’età dei veicoli dotati di marmitta catalitica.    Nel caso in esame si sono assunti i seguenti valori:    fh = 1 (fino a 700 m sopra il livello del mare);  fCS = 1 (galleria extraurbana);  fM = 1,2 (considerando che le emissioni di CO e NOx aumentano del 60‐75% ogni 100000km).    B) Veicoli pesanti    Per le emissioni dei veicoli commerciali e bus con motori AC (Diesel), la PIARC prevede invece:    , · · ·     con  Q x  emissione di inquinante x (CO, NOx, fumi) per i veicoli AS (Benzina) e AC (Diesel);  qx(v,i)  emissione base di inquinante x;  fh  fattore di correzione legato all’altitudine;  fm  fattore che tiene conto della massa del veicolo;  fe  fattore che del fatto che le emissioni base sono state stimate con riferimento alle direttive pre ‐EURO.    Nel caso in esame si sono assunti i seguenti valori:    fh = 1 (fino a 700 m sopra il livello del mare);  fe = 1 (già considerato nella tabella PIARC delle emissioni francesi);  fm = 2,3 (fattore fm stimato per veicoli di massa 20 e 30t).   

21 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Si ottiene dunque:     Composizione Traffico  veicoli leggeri (AC+AS)  veicoli pesanti (AC)  Totale 

CO  [m3/h]  6750  41400  48150 

NOx  [m3/h]  1800  64860  66660 

Fumi  [m2/h]  1800  26910  28710 

  I limiti imposti dalla normativa sono i seguenti:    COlim  NOx,lim  Fumilim  [ppm]  [ppm]  [m‐1]  70  30  5∙10‐3     CALCOLO DEL FABBISOGNO D’ARIA FRESCA    Si utilizza la seguente formula:    1 10 , · · …· · · ·   3600   con  Qaria  fabbisogno d’aria fresca necessario per garantire in galleria una concentrazione massima  del generico  inquinante x pari a Camm [m3/s];  qi(v,i)  emissione base; di inquinante x;  fi  generico fattore di correzione per tener conto delle diverse situazioni previste;  T  traffico orario [veicoli /ora];  V  velocità media della corrente veicolare [km/h];  L  lunghezza della galleria [km];  Camm  concentrazione ammissibile della generica sostanza inquinante [ppm];  Camb  concentrazione della generica sostanza inquinante dell’ambiente [ppm].    Nel caso di verifica riguardante le emissioni di fumi, la formula diventa:    1 10 , · · …· · · ·   3600   con   qfumi(v,i)produzione di fumi dei veicoli leggeri e commerciali diesel;  Kamm  coefficiente di estinzione ammissibile [m‐1];  Kamb  coefficiente di estinzione dell’aria dell’ambiente esterna alla galleria [m‐1];    Nel progetto si ipotizza che l’aria dell’ambiente esterno alla galleria sia pulita, quindi Camb=Kamb=0.    Si sono ottenuti i seguenti valori:    Inquinante Qaria    3 CO  191071 m /s   NOx  617222 m3/s   Fumi  239250 m3/s    

22 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

La  maggiore  portata  d’aria  fresca  risulta  quindi  essere  quella  legata  al  NOx.  Per  il  progetto  non  viene  però  considerata (porterebbe a velocità di circolazione dell’aria maggiori di 9m/s). L’impianto di ventilazione verrà  dunque progettato in base al valore del fabbisogno di aria fresca di 239250 m3/s.      SISTEMA DI VENTILAZIONE LONGITUDINALE    Si utilizza la seguente equazione:    ·Ω 1 · · · · · · · ∆ ∆   2 2   L’incognita è la spinta F del ventilatore, che serve a garantire una velocità dell’aria sufficiente w nelle peggiori  condizioni di traffico.    Considerando i seguenti valori:    ρ = 1,29   densità dell'aria;  α = 0,6    resistenza localizzata in ingresso;  β = 1    resistenza localizzata in uscita;  λ = 0,025   coefficiente di scabrezza per le gallerie rifinite in cemento grezzo;  L = 2,5km  lunghezza galleria;  Dh = 7,34m  diametro idraulico ( 4 · ⁄ );  ε=1    perché vi > wa;  per i veicoli leggeri;  Cx=0,4    Cx = 1    per i veicoli pesanti;  Ω =2mq   per i veicoli leggeri;  Ω =5mq  per i veicoli pesanti  vi = 16,67m/s  velocità dei veicoli in galleria (60km/h);  ⁄ ), si considererà w = 4m/s.   w = 3,67m/s  velocità dell’aria ventilata (   Considerando  una  velocità  dell’aria  pari  a  4  m/s,  la  forza  F  dei  ventilatori  è  pari  a  13,55MPa,  necessari  a  garantire aria salubre, dissipare i fumi degli incendi e contrastare il vento.                                         

23 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

Appendice A – Rilievo del fronte di scavo   

 

 

 

24 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

 

 

 

25 

Riccardo Gatti 

 

N. Matricola 88600013 

 

           

26