Nel corso sono trattati i temi inerenti la progettazione e la realizzazione di opere sotterranee in terra e in roccia, in ambito civile e minerario, quali parcheggi sotterranei, passanti stradali e ferroviari in ambito urbano, stazioni di metropolitana, caverne idroelettriche in roccia, cave e miniere sotterranee, pozzi di servizio e accesso alle opere in sotterraneo, rampe di accesso ai vuoti minerari, caverne per l’estrazione del minerale utile, pannelli di coltivazione mineraria, opere di accesso ai pannelli di coltivazione mineraria, opere di tracciamento delle miniere. Vengono, inoltre, impartiti i concetti fondamentali dell’Arte Mineraria, le tecniche di estrazione del minerale utile a giorno ed in sotterraneo, lo schema tipico di una cava a giorno e di una miniera sotterranea.

Il corso si propone di impartire nozioni di base e tecniche pratiche per la pianificazione, progettazione e realizzazione delle principali opere sotterranee civili e minerarie. Gli studenti impareranno a dimensionare le opere in sotterraneo e i loro sostegni, in modo da poter assicurare la loro stabilità. Saranno in grado di valutare i mezzi e le tecniche necessarie alla loro realizzazione. Saranno in grado di definire le strategie più importanti per l’estrazione del minerale utile da una cava a giorno ed una miniera in sotterraneo.

Sono richiesti i fondamenti della geologia applicata, della geomeccanica, della scienza delle costruzioni e dell’ingegneria degli scavi.

1. Introduzione sulle opere in sotterraneo 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. La valutazione economica dei benefici ambientali. 2. Statica dei vuoti sotterranei Gli scavi superficiali di sbancamento in terra per ospitare l’opera sotterranea. La stabilità delle pareti laterali dello scavo in assenza di opere di sostegno. L’impiego delle opere di sostegno per la realizzazione delle opere superficiali in terra. Meccanismo di funzionamento dei diaframmi. Le opere di contrasto dei diaframmi. Definizione dei parametri geomeccanici dell'ammasso roccioso a partire dalle classificazioni geomeccaniche. Flusso delle tensioni intorno ad una cavità sotterranea in roccia. Metodi semplificati di analisi delle tensioni intorno alla cavità sotterranea in roccia. Uso di diagrammi e tabelle per la individuazione dello stato tensionale sul contorno della cavità. Analisi di dettaglio dello stato tensionale intorno ad una cavità 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 Le grandi cavità superficiali nei terreni (parcheggi sotterranei e stazioni della metropolitana). Il Metodo Cut and Cover. Metodi costruttivi delle caverne e delle grandi cavità sotterranee. Le caverne in roccia: attacco di calotta e ribassi a gradino diritto. Metodi costruttivi dei pozzi. 4. Metodi di calcolo della stabilità delle opere sotterranee I metodi degli elementi finiti per la simulazione del comportamento dei diaframmi. Il dimensionamento dei diaframmi (spessore ed armatura). Determinazione degli spostamenti indotti sulla superficie del terreno. Effetti sugli edifici adiacenti. Metodi numerici per la verifica della stabilità di un'opera in sotterraneo: metodi del continuo e del discontinuo. Vantaggi e svantaggi. Il metodo degli 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 Le berlinesi di micropali e di jet-grouting. Aspetti tecnologici e calcoli di dimensionamento. Il concetto della paratia equivalente. L'effetto dei tiranti sul comportamento dei diframmi. I sostegni delle cavità sotterranee. Dimensionamento delle strutture di sostegno in calcestruzzo e in acciaio. 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. 6. Arte Mineraria Principi generali della coltivazione mineraria. Schemi tipici delle cave a giorno e delle miniere sotterranee. I metodi di coltivazione adottati nelle miniere: metodi per vuoti, per frana, con ripiena. Analisi della stabilità dei vuoti minerari. Le opere esplorative e di tracciamento nelle miniere. Le indagini preliminari, la stima della quantità di minerale utile in un giacimento. Lo schema tipico di una cava e di una miniera. Problematiche relative alla coltivazione mineraria: la perdita di minerale utile, la diluizione, il rendimento. La subsidenza della superficie del suolo a seguito della coltivazione mineraria.

Le esercitazioni verteranno su alcuni aspetti affrontati durante il corso e più in particolare sulle analisi di stabilità di grandi cavità in roccia con metodi di calcolo numerici, sul dimensionamento degli interventi di rinforzo in calotta e sulle pareti laterali di una caverna in roccia, sul calcolo e dimensionamento con il metodo degli elementi finiti di un diaframma tirantato in calcestruzzo, sul dimensionamento del bulbo dei tiranti di ancoraggio, sul dimensionamento di una struttura sotterranea in calcestruzzo. Saranno, inoltre, realizzate esercitazioni specifiche sul dimensionamento delle opere minerarie a giorno ed in sotterraneo, sulla valutazione delle risorse utili di un giacimento, sulle problematiche legate alla subsidenza indotta dalle attività minerarie sotterranee.

a) Slide delle presentazioni ed altro materiale documentale utilizzato per le lezioni; b) Testi di approfondimento segnalati man mano per ogni argomento trattato, disponibili nella biblioteca del DIATI-Politecnico di Torino o liberamente sulla rete internet.

Modalita di esame: Prova scritta (in aula); Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Compulsory oral exam; Group essay;

... L'esame è in forma scritta (durata 2 ore). Il successivo orale riguarda la presentazione e discussione delle relazioni relative alle esercitazioni svolte dagli studenti in gruppo durante il corso e la presentazione di una relazione di approfondimento su un tema specifico del programma, svolta anch’essa in gruppo. Il voto verrà definito considerando il risultato dell’esame scritto (con peso 65 %), la valutazione delle relazioni sulle esercitazioni e della loro presentazione e discussione (con peso 25 %) e la valutazione della relazione di approfondimento e della sua presentazione (con peso 10 %).

Gli studenti e le studentesse con disabilita o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unita Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione piu idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.