Numerical and experimental behaviour of modular steel slider arches used a temporary supports

A numerical and experimental study concerning the employment of an innovative temporary support is herein presented, which consists of modular steel arches characterized by special slipping joints. The application field of these steel structures regards mainly the mining engineering context, thus combining their mechanical properties and their assembly process with the essential features needed to face all the peculiarities related to the underground tunnelling procedures. The steel arches are analyzed from the numerical point of view with the scope of reproducing main key behaviour features through a finite elements model, focusing the attention on the relative displacements (slipping) of their internal joints. The numerical simulation results are then critically compared with the available experimental data. Afterwards, on the basis of the acquired knowledge and competence, a simplified model of the excavation process is briefly presented, aiming at verifying the actual benefits associated with the employment of the considered steel supports.

Il presente lavoro di tesi concerne lo studio di un’innovativa tipologia di supporto temporaneo composto da archi modulari in acciaio caratterizzati dall’impiego di giunti scorrevoli. La descrizione e l’analisi del comportamento di tali strutture metalliche sono affrontate sia mediante un approccio numerico sia facendo uso di risultati sperimentali. Il principale campo di applicazione di tali supporti temporanei in acciaio riguarda in particolar modo il settore minerario; tale specifico utilizzo ne influenza sia le proprietà meccaniche sia il processo di assemblaggio, garantendone le essenziali caratteristiche necessarie per far fronte alle peculiari problematiche tipiche della realizzazione di scavi sotterranei per gallerie. Dal punto di vista numerico, i supporti ad arco sono studiati tramite modelli ad elementi finiti in grado di riprodurne tutti gli aspetti fondamentali focalizzando in particolare l’attenzione sullo scorrimento delle connessioni esistenti tra i vari elementi. I risultati delle simulazioni sono quindi criticamente confrontati con i dati sperimentali a disposizione. In seguito, sulla base delle conoscenze relative alle connessioni scorrevoli e delle competenze acquisite nell’implementazione numerica, è proposto un modello semplificato ad elementi finiti il cui scopo consiste nel verificare l’effettivo beneficio derivante dall’impiego dei supporti modulari in acciaio oggetto di studio.