Analisi di stabilità al sisma delle volte dei laboratori sotterranei del Gran Sasso

Per dimensioni e ricchezza della strumentazione i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) sono il centro di ricerca sotterraneo più grande e importante al mondo. Essi sono stati progettati e costruiti con lo scopo di sfruttare la protezione dalla radiazione cosmica, ottenuta con gli oltre mille e quattrocento metri di montagna sovrastanti, principale requisito per l’attività scientifica per cui sono stati progettati. Tale caratteristica consente, infatti, ricerche e misure in quasi completa assenza di segnali di fondo: una condizione indispensabile per indagare fenomeni estremamente rari o per studiare le proprietà della componente più penetrante dei raggi cosmici. Agli esperimenti di fisica si affiancano, inoltre, altre attività sperimentali nel campo della geofisica e della biologia. Il “cuore” dei Laboratori del Gran Sasso è all’interno della montagna, coperto da uno strato di roccia dolomitica di oltre 1'400 m. In corrispondenza del Monte Aquila, quasi a metà percorso del tunnel autostradale che collega Teramo a L’Aquila, tre grandi sale sperimentali (la sala A, B e C: tutte alte 20 metri, larghe circa 18 e lunghe circa 100) ospitano imponenti apparati scientifici. Con i raccordi e i cunicoli di emergenza, i laboratori sotterranei occupano un volume pari a 180'000 m3 e un’area di 13'500 m2. Questo lavoro di tesi s’inserisce nello sviluppo di una rete di monitoraggio sismico in continuo dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, in modo che sia possibile determinare immediatamente, in caso di terremoto, quali siano i punti delle volte o delle strutture degli esperimenti soggetti a warning o a danno e, nel caso, l’entità dei danneggiamenti stessi. La necessità di sviluppo di tale rete di monitoraggio sismico rientra nelle richieste da soddisfare descritte dall’istruttoria per la redazione del rapporto di sicurezza sui Laborarori Nazionali del Gran Sasso, il quale richiede una valutazione degli effetti che il terremoto di progetto adottato potrebbe causare sulla volta della sala C. Si chiede se sono note e/o monitorate le caratteristiche meccaniche statiche e dinamiche del sistema roccioso che costituisce il contorno fisico della sala, e che potrebbe quindi produrre effetti sugli impianti ivi presenti (BOREXINO e OPERA) in caso di terremoto, o semplicemente per effetti quasi-statici, generabili dall’ammasso roccioso e/o dalla dinamica dell’acquifero sovrastante i laboratori. La stessa richiesta è stata fatta per la sala A, dove è ubicato l’esperimento LVD. In questo lavoro di tesi si sono dovuti affrontare due problemi principali: la dimensione trasversale della Sala (circa 23 m di diametro), e la presenza accertata di faglie che interessano sia i tunnel autostradali che i laboratori stessi La stabilità sotto azione sismica delle Sale di quelle dimensioni (circa 23 m di diametro), realizzate in caverna, a oltre 1400 m di profondità, non ha alcun precedente in letteratura. La presenza delle faglie non è stata considerata in questo lavoro di tesi poiché mi sono concentrato sull’analisi sismica della stabilità delle volte delle Sale e anche perché sarebbe stato un onere eccessivo. Un’altra problematica consiste nella scelta dell’input dinamico: in precedenza si è dovuto far ricorso a diverse analisi numeriche solo per avere un’accelerogramma da poter applicare al modello. Ad oggi si dispone invece di registrazioni effettuate direttamente in galleria, le quali mi hanno permesso di utilizzare un accelerogramma che non presentasse le inevitabili approssimazioni causate dalle analisi numeriche che necessariamente furono effettuate in precedenza. La rete che ci si propone di sviluppare sarebbe mirata a raccogliere dati sia durante eventi sismici di rilievo, sia durante micro-sismi, ovvero eventi di intensità ridotta, rilevati solo mediante strumenti. La disponibilità di registrazioni raccolte durante micro-sismi è utile per tarare e validare i modelli di calcolo. Una volta validati i modelli di calcolo sarà possibile ridurre al minimo il numero degli strumenti di monitoraggio della rete. Nel mio lavoro di tesi mi sono concentrato soprattutto sulla definizione precisa del comportamento che hanno durante un evento sismico prima i tiranti, e poi l’intera volta.