Nel corso sono trattati i temi inerenti la progettazione e realizzazione di opere sotterranee, quali parcheggi, passanti stradali e ferroviari in ambito urbano, stazioni di metropolitana, caverne idroelettriche in roccia, cave e miniere, pozzi.

Il corso si propone di impartire nozioni di base e metodologie pratiche per la pianificazione, progettazione e realizzazione delle principali opere sotterranee.

L'allievo che accede a questo insegnamento deve conoscere i fondamenti della geologia, geotecnica, scienza delle costruzioni e ingegneria degli scavi.

1. Introduzione sulle opere in sotterraneo (4,5 ore)
Cenni allo sviluppo demografico in ambiente urbano. Tipologia ed utilizzo delle opere in sotterraneo. Caratteristiche e problematiche di un'opera in sotterraneo. Vantaggi e svantaggi di un'opera in sotterraneo. Possibile utilizzo dei vuoti sotterranei. La valutazione economica dei benefici ambientali: cenni all'economia ambientale.
Confronto economico tra opera di superficie e opera sotterranea. Andamento della curva critica e influenza dell'economia ambientale sulla curva critica.

2. Statica dei vuoti sotterranei (16,5)
Definizione dei parametri geomeccanici dell'ammasso roccioso a partire dalle classificazioni geomeccaniche.
Flusso delle tensioni intorno ad una cavità sotterranea. Metodi semplificati di analisi delle tensioni intorno alla cavità sotterranea.
Uso di diagrammi e tabelle per la individuazione dello stato tensionale sul contorno della cavità.
Analisi di dettaglio dello stato tensionale intorno ad una cavita' sotterranea. Il metodo delle curve caratteristiche. Analisi dei carichi indotti sulle opere di sostegno con il metodo delle curve caratteristiche.
Influenza delle opere di sostegno e di rinforzo sulla distribuzione delle tensioni.
Plasticizzazione nella roccia intorno alle cavità. Influenza dello stato tensionale originario sulla statica di una cavità sotterranea.

3. Metodi costruttivi (18 ore)
Metodi costruttivi delle caverne e delle grandi cavità sotterranee. Le caverne in roccia: attacco di calotta e ribassi a gradino diritto. Le grandi cavità superficiali nei terreni (parcheggi sotterranei e stazioni della metropolitana): il Metodo Milano.
Metodi costruttivi dei pozzi.
Metodi di coltivazione adottati nelle miniere (metodi per vuoti, per frana, con ripiena), con particolare riferimento alle coltivazioni per vuoti. Analisi della stabilità dei vuoti minerari.

4. Metodi di calcolo (16,5 ore)
Metodi numerici per la verifica della stabilità di un'opera in sotterraneo: metodi del continuo e del discontinuo. Vantaggi e svantaggi. Il metodo agli elementi finiti (FEM) e alle differenze finite (FDM). Fondamenti matematici dei metodi numerici. Procedura per la costruzione di un modello numerico: le condizioni al contorno, la discretizzazione, l'inserimento dei parametri dell'ammasso roccioso, l'inizializzazione delle tensioni litostatiche, la simulazione delle fasi di scavo.

5. Strutture di rinforzo e sostegno (24 ore)
Le berlinesi di micropali e di jet-grouting e i diaframmi in calcestruzzo per il sostegno delle pareti di scavi delle opere sotterranee superficiali (Metodo Milano). Aspetti tecnologici e calcoli di dimensionamento. Il concetto della paratia equivalente. La valutazione dell'andamento dei momenti flettenti in una paratia libera e contrastata, attraverso l'approccio alla Winkler. L'effetto dei tiranti sul comportamento della paratia.
I sostegni delle cavità sotterranee. Dimensionamento delle strutture di sostegno in calcestruzzo e in acciaio.
Le caratteristiche del calcestruzzo impiegato nelle costruzioni in sotterraneo. Mix design del calcestruzzo.
Caratteristiche tecnologiche delle opere di rinforzo della roccia e dei tiranti di ancoraggio.
Dimensionamento dei bulloni passivi e dei tiranti. Verifiche tensionali all'interno del bullone e allo sfilamento. Dimensionamento del bulbo di ancoraggio e dei trefoli dei tiranti.

Le esercitazioni verteranno su:
confronto economico tra opera in superficie ed opera in sotterraneo, determinazione della curva critica e scelta della tipologia.
analisi di stabilità in grande di una grande caverna con un metodo numerico.
dimensionamento degli interventi di rinforzo sulla calotta e sulle pareti laterali di una caverna.
calcolo e dimensionamento (dello spessore e dei ferri d'armatura) di un diaframma in calcestruzzo tirantato
dimensionamento del bulbo dei tiranti di ancoraggio

a) Appunti e dispense del corso elaborati dal docente;
b) Testi di approfondimento segnalati man mano per ogni argomento trattato, disponibili nella biblioteca del DITAG.

L'esame è in forma scritta e/o orale e riguarda i concetti trattati durante il corso e le esercitazioni svolte.