Guida ACI 533.5R sugli aspetti principali della progettazione, produzione e costruzione di segmenti di tunnel prefabbricati in calcestruzzo

Di Mehdi Bakhshi e Verya Nasri

Lo scavo meccanizzato mediante TBM è stato il metodo di scavo più diffuso negli ultimi dieci anni in varie condizioni di terreno come terreno soffice, roccia debole e roccia dura fratturata. I segmenti prefabbricati in calcestruzzo vengono installati dietro una TBM per supportare lo scavo, resistere ai carichi permanenti del terreno e delle acque sotterranee e garantire l'impermeabilità. Inoltre, i conci prefabbricati sono progettati per i carichi temporanei derivanti dalla produzione, dal trasporto e dalla costruzione.

Fino alla pubblicazione della guida ACI 533, le autorità locali o internazionali avevano fornito pochissime indicazioni a progettisti e appaltatori. La pubblicazione di ACI 533.5R, guidata dagli autori di questo articolo, come prima guida al mondo pubblicata da un'agenzia di codifica internazionale, ha affrontato questa esigenza e copre tutti gli aspetti principali della progettazione, produzione e costruzione dei segmenti insieme in un'unica pubblicazione. Questa guida fornisce le procedure necessarie per il concetto strutturale e la progettazione di dettaglio, la progettazione di tenute e guarnizioni, la progettazione delle connessioni, la progettazione della durabilità e le tolleranze di assestamento e monitoraggio. Questo documento è stato redatto sulla base della cooperazione mondiale, dell’esperienza nel tunneling e delle raccomandazioni nazionali e internazionali disponibili. Oltre agli aspetti generali della progettazione, vengono presentati i più recenti sviluppi progettuali e le ultime tecnologie legate alle tecnologie di rivestimento dei tunnel con TBM.

I conci di tunnel prefabbricati in calcestruzzo devono essere progettati utilizzando il metodo Load and Resistance Factor Design (LRFD). La Tabella 1 presenta i casi di carico determinanti e le combinazioni di carico fattorizzate per le quali sono progettati i segmenti di tunnel prefabbricati in calcestruzzo. I fattori di riduzione della resistenza in ACI 318-19 e ACI 544.7R-16 sono richiesti rispettivamente per la progettazione del cemento armato e del cemento fibrorinforzato (FRC).

Le esigenze di spazio interno in funzione della destinazione d'uso della galleria e delle esigenze del cliente determinano la dimensione dell'intradosso della galleria. ACI 533.5R classifica i tunnel in quattro categorie principali: tunnel ferroviari e metropolitani, stradali, di servizio e per l'acqua e le acque reflue. I requisiti di spazio interno per ciascuna categoria sono spiegati nella "Guida". La Figura 1 presenta schematicamente una disposizione tipica delle gallerie stradali. La norma ACI 533.5R fornisce intervalli tra il rapporto del diametro interno (ID) e lo spessore del rivestimento per diverse dimensioni di gallerie. Ciò include una gamma di 15-25 pollici per tunnel con ID di 13-18 piedi e una gamma di 18-25 pollici per tunnel con ID superiore a 18 piedi. Per diametri di tunnel di 19-23 piedi, si consiglia una lunghezza dell'anello di 5 piedi che aumenta fino a una lunghezza dell'anello di 6,5 piedi per tunnel di diametro superiore a 30 piedi.

Figura 1: Schemi dello spazio interno delle gallerie stradali: a) sezione nella stazione di pompaggio nel punto più basso, a) sezione tipica.

Anelli paralleli, anelli paralleli con anelli correttivi, anelli conici destra/sinistra e sistemi di anelli universali (vedere Figura 2) rientrano tra i diversi sistemi di anelli segmentali. Gli anelli paralleli (Figura 2(a)) non sono intrinsecamente adatti alle curve. Negli anelli destro/sinistro (Figura 2(b)) generalmente una faccia circonferenziale di ciascun anello è rastremata perpendicolarmente all'asse del tunnel e l'altra faccia è inclinata rispetto all'asse del tunnel. L'alternanza di anelli conici a destra e a sinistra in una sequenza produce una trasmissione diritta. Con questo tipo di anello è possibile garantire l'impermeabilità, ma la necessità di diversi tipi di casseforme costituisce uno svantaggio. Attualmente, il sistema ad anello universale (Figura 2(c)) è il sistema più convenzionale, in cui spesso due facce circonferenziali di ciascun anello sono inclinate rispetto all'asse del tunnel e l'allineamento può essere negoziato attraverso la rotazione dell'anello segmentale. Il vantaggio principale di questo sistema è che è necessario un solo tipo di cassaforma [3].

Figura 2: Diversi sistemi di anelli, schemi di rastremazione e negoziazione della curva: a) anelli paralleli, b) anelli destro/sinistro, c) anelli universali.

Gli anelli generalmente contengono un numero di segmenti che producono un rapporto di snellezza del segmento di 8-13. La raccomandazione generale per tunnel con diametro fino a 20 piedi è di dividere l'anello in 6 segmenti e utilizzare configurazioni 5+1 o 4+2 (quest'ultimo numero rappresenta il numero di segmenti chiave). Quando il diametro del tunnel è compreso tra 20 e 26 piedi e tra 26 e 36 piedi, è possibile adottare rispettivamente un anello a 7 segmenti e un anello a 8 segmenti. Per diametri di tunnel compresi tra 36 e 46 piedi può essere adottato un anello a 9 segmenti. Infine, per tunnel più grandi di 46 piedi, la configurazione 9+1 è la configurazione più comune.