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Innovative monitoring and advanced numerical modelling of a heritage masonry building affected by urban tunnelling

Pascariello Marco Nunzio Bilotta Emilio Acikgoz Sinan Schooling Jennifer Mair Robert
Articolo Immagine
ISSN:
0393-1641
Rivista:
Gallerie e grandi opere sotterranee
Anno:
2023
Numero:
147
Fascicolo:
Gallerie e grandi opere sotterranee N. 147/2023

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Il controllo dell’impatto della realizzazione di opere in sotterraneo su strutture esistenti circostanti sta assumendo sempre maggior rilevanza, specialmente nelle aree densamente urbanizzate e in presenza di edifici storici in muratura. Questo articolo tratta il problema di interazione galleria-terreno-struttura relativo all’edificio di interesse storico (monumento classificato di grado I) St. Mary Abchurch a Londra (UK), durante il complesso processo di realizzazione di nuove opere in sotterraneo nell’ambito del progetto Bank Station Capacity Upgrade. L’effetto degli scavi sulla chiesa è stato monitorato mediante sistemi di monitoraggio sia tradizionali che innovativi. In particolare, l’utilizzo di laser scanner 3D e dei sensori in fibra ottica hanno fornito misurazioni affidabili e dettagliate sia degli spostamenti che delle deformazioni. Allo stesso tempo, il comportamento misurato è stato analizzato mediante analisi FEM tridimensionali adottando un approccio parzialmente disaccoppiato. Al fine di riprodurre la localizzazione degli sforzi e dei danni misurati sono state implementate nel modello semplificato della struttura le fessure preesistenti. Per la caratterizzazione dei terreni è stato utilizzato un modello costitutivo avanzato calibrando le proprietà con le informazioni disponibili dalla campagna geotecnica. I risultati hanno evidenziato come le innovative tecniche di monitoraggio possano essere utilizzate in combinazione con i modelli numerici avanzati come strumento integrativo di controllo del processo realizzativo delle opere in sotterraneo.

Parole chiave: Scavo di galleria in area urbana, Edifici storici, Interazione terreno-struttura, Fibre ottiche, 3D Laser scanner, Elementi Finiti.

The control of the impact of underground construction on nearby existing structures is becoming of increasing importance, especially in densely urbanised areas and in presence of heritage masonry buildings. This paper discusses the tunnel-soil-structure interaction problem affecting the Grade-I listed building of St. Mary Abchurch in London (UK) during the complex construction process of new tunnels for the Bank Station Capacity Upgrade project. The effect of tunnelling on the church was monitored using both traditional and innovative monitoring systems. In particular, 3D laser scanning and fibre-optic sensors provided reliable and detailed displacement and strain measurements. At the same time, the measured behaviour has been analysed by advanced three-dimensional finite element analyses adopting a semi-coupled approach. Pre-existing cracks were modelled in the simplified model of the structure in order to reproduce the localization of the measured strain and damage. An advanced constitutive model was used for the soil and calibrated against the available geotechnical investigations. The results highlighted how the innovative monitoring techniques can be used in combination with advanced numerical modelling as an integrated controlling tool of the process of underground construction.

Keywords: Urban tunnelling, Heritage buildings, Soil-structure interaction, Fibre optics, 3D Laser scanner, Finite Elements.