Incremental core drilling method in tunnel linings : parametric analysis and experimental issues

The safety assessment of existing tunnels is very difficult due to many uncertainties, such as the stress state in the tunnel linings. Most of the destructive and non-destructive techniques developed by previous researchers may be used for assessing the state of stress in the case of tunnels as long as the stresses do not vary significantly with the depth. However, due to bending effects, the stress state can generally be expected not to be constant along the element thickness. One of the few available methods able to account for non-uniform stress profile along the thickness is the “incremental core-drilling method”. Therefore the applicability of the incremental core-drilling method (ICDM) to tunnel linings is analyzed in the present study. The ICDM is a non-destructive method to assess in-situ stresses in concrete elements. Unlike other methods exist for in-situ stress measurement, the ICDM can estimate stresses that vary through the thickness of the investigated concrete member, such as those due to bending or eccentric prestressing. In this method, a core is drilled into a concrete structure in discrete increments, and the relieved displacements which occur locally on the surface around the perimeter of the core are measured at each increment. The influence function method is then employed to relate such displacements to the in-situ stresses. The current thesis presents the analytical and numerical techniques necessary in the generation of IF matrices for the ICDM. The ability of the technique to accurately measure a variety of different stress distributions is demonstrated via numerical simulations of coring processes under external loading. Furthermore, the influence of the main parameters on the accuracy of the method has been investigated.

La valutazione della sicurezza delle gallerie esistenti è molto difficile a causa di molte incertezze, come ad esempio lo stato di sollecitazione nei rivestimenti delle gallerie stesse. La maggior parte delle tecniche distruttive e non distruttive sviluppate da precedenti ricercatori può essere implementata per valutare lo stato di sforzo nel caso in cui lo stato tensionale sia costante nello spessore. Tuttavia a causa di effetti flessionali, lo stato di sforzo generalmente non è costante lungo lo spessore dell'elemento. Uno dei pochi metodi disponibili per individuare profili di sollecitazione non uniformi lungo lo spessore, è il “metodo di carotaggio incrementale” (incremental core-drilling method - ICDM). Nel presente lavoro di tesi, si studia l'applicabilità di tale metodo nel caso dei rivestimenti di galleria. Il ICDM è un metodo non distruttivo per valutare sollecitazioni in situ in elementi di calcestruzzo. A differenza di altri metodi di misurazione della sollecitazione in situ, il ICDM può stimare sollecitazioni che variano attraverso lo spessore dell'elemento di calcestruzzo, come quelle dovute alla flessione o alla precompressione eccentrica. Il metodo consiste nel carottaggio dell’elemento in oggetto in incrementi discreti e nella misura degli spostamenti superficiali nella regione attorno al carotaggio in corrispondenza di tali incrementi. L’approccio basato sulle funzioni di influenza viene poi impiegato al fine di mettere in relazione tali spostamenti con il profilo di sforzo nelo spessore. La tesi di laurea in oggetto presenta in primo luogo le procedure analitiche e numeriche necessarie nella generazione delle matrici di influenza IF associate all’ICDM. Successivamente si mostra l’affidabilità del metodo confrontando i risultati ottenuti con quelli valutati tramite simulazioni numeriche del processo di carotaggio su elementi caricati. Infine si riporta un’analisi parametrica al fine di sottolineare il ruolo dei principali parametri in gioco.