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Si analizza il comportamento della maggiore delle gallerie che compongono ilLaboratorio Nazionale del Gran Sasso, sotto l’azione del sisma MW 6.3 che ha colpitoL’Aquila nell’aprile del 2009. Si considera lo stato di sforzo e deformazione di unasezione trasversale della galleria e del terreno circostante, indotto da: 1) sollecitazioniprodotte dalla gravità, preesistenti alla costruzione; 2) sollecitazioni prodotte dallacostruzione della struttura, ovvero scavo, messa in opera dei tiranti e costruzionedel manto interno in c.a.; 3) sollecitazioni dovute al rilassamento della roccia; 4)sollecitazioni prodotte dal moto sismico, tenuto conto della preesistente deformazionenella roccia.La procedura di analisi, basata sull’impiego di un codice di calcolo alle differenzefinite, mette in conto, sia pure con un modello di prima approssimazione, ilcomportamento non lineare del terreno e dell’interfaccia tra terreno e strutture inc.a., e la sua evoluzione nel tempo. Nell’analisi dell’effetto sismico il comportamentodel terreno è aggiornato passo – passo, in funzione dello stato di deformazione. Inparticolare si analizza l’evoluzione della connessione tra roccia, manto in c.a. e tiranti.Lo studio è limitato ad una analisi piana bidimensionale. Varie considerazioniconducono a ritenere che tra tutte le direzioni nelle quali si può manifestare laazione sismica, la direzione nel piano trasversale è quella nella quale la strutturamanifesta la maggior debolezza. Si assume nell’analisi che questo sia il piano nelquale si manifesta l’accelerazione sismica.L’analisi s’inserisce in un programma di monitoraggio sismico dei Laboratori, basatosu una rete di accelerometri e su un insieme di modelli di calcolo sviluppati ciascunoper una determinata struttura, mirato a determinare quali possano essere statigli effetti di un evento sismico, anticipando l’evidenza di ispezioni che potrebberorivelarsi lente e incomplete.Preliminarmente, il documento presenta una rassegna di osservazioni sulcomportamento di gallerie profonde, di gallerie poco profonde e di stazionimetropolitane, di dimensioni anche simili a quella in oggetto. In termini di sicurezza,la osservazione saliente è rappresentata dalla registrazione in galleria del sisma del6 aprile 2009: si osserva come il Gran Sasso “protegga” in modo efficace i Laboratoridagli eventi sismici, grazie anche alla qualità dell’ammasso roccioso. Richiamandoquanto già evidenziato qualitativamente in letteratura, la galleria in oggetto,classificabile come tunnel semicircolare profondo in roccia, risponde bene ai terremoti.Lo stato di sforzo preesistente al sisma è indotto dal peso di 1400 m di calcaresovrastante la galleria. A fronte di questo, la sollecitazione prodotta dal sisma apparenon superiore a qualche percento. La indagine sullo stato di sforzo è da questo puntodi vista poco significativa. Un dato più manifesto è la misura della ovalizzazione delprofilo delle Sale, misurata da una variazione di diametri attorno a 8 cm.
The behaviour of the main of the three underground vaulted halls of the Gran Sasso National Laboratory is analyzed, during the MW 6.3 earthquake that struck the city of L’Aquila, Italy, on April 2009. The state of stress and strain of a transversal section of the tunnel and surrounding soil is considered, induced by: 1) gravity-induced stress, pre-existing the structure; 2) stress induced during the building of the structure (e.g. earthworks, installation of structural ties and of the inner r.c. layer); 3) stress due to rock relaxation; 4) earthquake-induced stress, taking into account the pre-existing state of strain in the rock. The analysis, performed with a code relying on Finite Difference method, allows us to take into account, even with a relatively simple model, the time-dependent non-linear behaviour of the soil and of its interface with the r.c. structure. The soil behaviour is updated step-by-step during the seismic analysis, according to the state of strain. A particular focus is devoted to the connection between rock, r.c. layer and ties. The study relies on a two-dimensional, plane stress analysis. It is reasonable to assume that, within the different possible directions of the seismic action, the direction in the transversal plane is the one in which the structure shows the maximum weakness, and, thus, this is the plane where the seismic acceleration acts in the numerical model. The presented work is part of a seismic monitoring program of the Gran Sasso National Laboratory, based on an accelerometric array and on numerical models developed for single structures, aimed to assess the effects of a seismic event, in advance of evidences from inspections, which could be slow and incomplete. At first, the paper presents a bibliographic review of the behaviour of deep tunnels, shallow tunnels and subway stations, similar in size to the studied tunnel. As far as safety is concerned, the main observation is provided by the 6 April 2009 L’Aquila earthquake, recorded in the tunnel. It is possible to notice how efficiently the Gran Sasso mountain “protects” the Laboratory from the seismic events, thanks also to the quality of its rock. Referring to the qualitative evidences in the aforementioned bibliography, the studied tunnel, classifiable as a deep, semi-circular tunnel in rock, has a good response to the seismic action. The state of stress, pre-existing the earthquake, is induced by the weight of the 1,400 m high limestone column above the tunnel. Compared with that, the stress induced by the earthquake is considerably smaller. From this point of view, the study of the state of stress is not meaningful; a more evident element is the measure of the loss of roundness of the halls, expressed by a change in length of the diameters up to 8 cm.
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