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Numerical prediction of the seismic behavior of a tunnel: influence of depth and near faults

Canetta Giovanni Castellani Alberto Martella Paolo Cardella Nicola
Articolo Immagine
Rivista:
Gallerie e grandi opere sotterranee
Anno:
2021
Numero:
138
Fascicolo:
Gallerie e grandi opere sotterranee N. 138/2021

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Calcolo numerico del comportamento sismico di una galleria: influenza della profondità e delle faglie limitrofe 


Alcune gallerie realizzate in profondità entro massicci montani ospitano Laboratori di Fisica, per le favorevoli condizioni ambientali di schermatura dai raggi cosmici. È il caso della galleria del Gran Sasso, che alloggia i Laboratori Nazionali di Fisica Nucleare, LNGS, a circa 1400 m di profondità. Il loro comportamento sotto sisma è oggetto del presente studio. Si distingue fra eccitazione sismica di Normativa e massimo terremoto credibile. La prima, definita nel quadro normativo (ad es., Eurocodice 8) è l’azione di progetto cogente per tutti gli impianti del Laboratorio. Si illustra, riportando risultati sperimentali e di calcolo, che il moto alla profondità del Laboratorio è molto attenuato, rispetto al moto in superficie, per il “deep tunnel effect”, ovvero che la presenza di superfici riflettenti (pavimento, volta) non produce apprezzabili amplificazioni. Il massimo terremoto credibile, utilizzato per valutare la sicurezza delle volte dei Laboratori, tiene conto delle faglie attive limitrofe (“near field”) attraverso uno studio sismologico specifico. Se ne illustrano effetti, valutati con una modellazione numerica, sul sistema di supporto delle volte. 


Parole chiave: Gallerie, Gallerie profonde, Sismi, Faglie, Giunti, Faglie limitrofe, Sicurezza delle volte, Rivestimento della galleria. 

The Tunnels in the Gran Sasso massif (Italy) host the Laboratories of Nuclear Physics at a depth of approximately 1400 m, a favorable condition for sheltering from cosmic rays. The studies dedicated to the seismic safety of the Labs are reported, both for hosted equipment and for the vaults of the Tunnels. Two design actions are considered: the Code seismic action and the Maximum Credible Earthquake. The former, defined in the mainframe of the Seismic Code (e.g., Eurocode 8), is valid for safety considerations related to hosted equipment. Experimental results and calculations are reported showing the deep tunnel effect, i.e., the amplitude attenuation of the seism with depth, not impaired by wave reflections at tunnel floor and walls. The latter, valid as seismic loading for the structural safety of the vaults, is defined locally as triggered by active faults in the near field, through a specific seismologic study. Effects – as evaluated with numerical modelling - are reported, with reference to the concrete lining and systematic bolting provided at construction time. 


Keywords: Tunnels, Deep tunnels, Earthquakes, Faults, Joints, Near Faults, Safety of vaults, Tunnel lining.