ESAME DEGLI ASPETTI ESECUTIVI DI UNA GALLERIA STRADALE

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1 POLITECNICO DI MILANO Facoltà di Ingegneria Civile, Ambientale e Territoriale Corso di Laurea in Ingegneria Civile ESAME DEGLI ASPETTI ESECUTIVI DI UNA GALLERIA STRADALE Relatore: Chiar.mo Prof. GIANCARLO GIODA Tesi di Laurea Magistrale di: Ilario Speziali Davide Vismara matricola matricola Anno Accademico

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3 Indice della relazione Abstract INTRODUZIONE INQUADRAMENTO GEOLOGICO INDAGINI GEOTECNICHE PARAMETRI GEOTECNICI DI PROGETTO PROGETTO DEI SOSTEGNI PROVVISORI E DEFINITIVI PIANO DI MONITORAGGIO REALIZZAZIONE DELLE OPERE IN PROGETTO PROBLEMATICHE EMERSE IN FASE DI ESECUZIONE OSSERVAZIONI SULLE SCELTE PROGETTUALI CASE HISTORY INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO ALTERNATIVI RIFLESSIONI CONCLUSIVE Appendici BIBLIOGRAFIA Speziali Ilario, Vismara Davide. 1

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5 Indice delle figure 1. INTRODUZIONE Figura 1.1 Inquadramento aereo della Variante all abitato di Zogno INQUADRAMENTO GEOLOGICO Figura 2.1 Sezione geologica della zona di imbocco della Galleria Inzogno e legenda delle unità litologiche INDAGINI GEOTECNICHE Figura 3.1 Sondaggio S1 verticale in corrispondenza dello Svincolo Sud 19 Figura 3.2 Sondaggio S3 verticale a circa 90 m dall imbocco 19 Figura 3.3 Sondaggio S2 suborizzontale in direzione dell asse della galleria 19 Figura 3.4 Grafico pressione-deformazione diametrale della prova dilatometrica effettuata sulle Argilliti 21 Figura 3.5 Andamento della velocità di propagazione delle onde sismiche con la profondità PARAMETRI GEOTECNICI DI PROGETTO Figura 4.1 Curve inviluppo di resistenza per il Calcare di Zu 27 Figura 4.2 Curve inviluppo di resistenza la Transizione Zu-ARS 27 Figura 4.3 Curve inviluppo di resistenza per l Argillite di Riva di Solto 28 Figura 4.4 Linearizzazione dell inviluppo di resistenza dell ammasso roccioso PROGETTO DEI SOSTEGNI PROVVISORI E DEFINITIVI Figura 5.1 Profilo longitudinale della galleria con indicazione degli interventi di consolidamento e sostegno 31 Figura 5.2 Sezione trasversale della galleria con indicazione degli interventi di consolidamento e sostegno 32 Figura 5.3 Schema di valutazione della pressione verticale al fronte della galleria, con teoria del silo 32 Figura 5.4 Schema di valutazione della pressione orizzontale sul fronte della galleria 33 Figura 5.5 Schema di valutazione della pressione verticale sulla galleria lontano dal fronte, con teoria del silo 34 Figura 5.6 Schema per la valutazione della pressione radiale sulla galleria lontano dal fronte 34 Figura 5.7 Schema di calcolo strutturale del rivestimento, elementi di trave vincolati a terra con carrelli 35 Figura 5.8 Andamento del momento flettente e dell azione assiale nel rivestimento per carico simmetrico 35 Figura 5.9 Diagramma di interazione M-N per la sezione di rivestimento adottata 36 Figura 5.10 Discretizzazione e pressione agente sul rivestimento provvisorio nel caso di carico asimmetrico 36 Figura 5.11 Andamento del momento flettente e dell azione assiale nel rivestimento, per carico asimmetrico PIANO DI MONITORAGGIO Figura 6.1 Planimetria delle sezioni e dei punti di monitoraggio 39 Figura 6.2 Sezione di monitoraggio con chiodi di convergenza, estensimetri verticali e estensimetro al fronte REALIZZAZIONE DELLE OPERE IN PROGETTO Figura 7.1 Realizzazione dei fori per i micropali 45 Figura 7.2 Armatura e casseratura per la trave di coronamento 45 Figura 7.3 Vista della berlinese dopo lo scavo del secondo ribasso, realizzazione secondo ordine di i tiranti 45 Figura 7.4 Dettagli esecutivi della berlinese: fasi di ribasso, posizione dei tiranti, schema della dima d attacco 46 Figura 7.5 Realizzazione dei fori per l inserimento dei tubi in vetroresina tramite posizionatore 47 Figura 7.6 Cavità creatasi in seguito a precipitazioni, coperta e in seguito riempita con spritz beton 47 Figura 7.7 Posa della prima centina costituente la dima d attacco che viene saldata ai micropali 48 Figura 7.8 Tubi metallici utilizzati per realizzare gli infilaggi in calotta 48 Figura 7.9 Realizzazione dei fori in calotta per gli infilaggi metallici 49 Speziali Ilario, Vismara Davide. 3

6 Figura 7.10 Taglio dei micropali della berlinese al di sotto della dima d attacco dello scavo 49 Figura 7.11 Scavo del primo sfondo del primo campo mediante escavatore dotato di martellone demolitore 50 Figura 7.12 Scavo del primo sfondo di un metro 50 Figura 7.13 Porzioni di centine non ancora assemblate 51 Figura 7.14 Centine poste in opera e unite tramite catene 51 Figura 7.15 Attacco per catene di collegamento tra le centine 51 Figura 7.16 Posizionamento della centina tramite escavatore dotato di pinza 51 Figura 7.17 Carro su cui è montato il gruppo pompante per lo spritz beton 52 Figura 7.18 Fronte di scavo ricoperto con spritz beton per evitare distacchi al fronte 53 Figura 7.19 Svuotamento delle reni tamponata con rete metallica e spritz beton 53 Figura 7.20 Rivestimento del fronte con spritz beton prima di realizzare gli infilaggi del campo successivo 53 Figura 7.21 Fase di scavo eseguita per sfondi di un metro, con successiva posa delle centine 54 Figura 7.22 Formazione di fessure nello strato di spritz beton 54 Figura 7.23 Fase di realizzazione del piano di posa dell arco rovescio 55 Figura 7.24 Posa in opera dell armatura metallica dell arco rovescio 55 Figura 7.25 Getto del calcestruzzo preconfezionato 55 Figura 7.26 Il calcestruzzo ha fatto presa e si può procedere allo scavo 55 Figura 7.27 Planimetria dei punti di monitoraggio superficiali, con la posizione delle sezioni di convergenza 56 Figura 7.28 Mire ottiche poste sui prismi di fondazione dei due tralicci dell alta tensione 57 Figura 7.29 Vengono mostrati i due tralicci dell alta tensione presenti in prossimità dell imbocco della 57 galleria 8. PROBLEMATICHE EMERSE IN FASE DI ESECUZIONE Figura 8.1 Cavità creatasi in seguito a precipitazioni, coperta e in seguito riempita con spritz beton 58 Figura 8.2 Distacco di una porzione di terreno al fronte, subito sostenuto tramite spritz beton 59 Figura 8.3 Tirante troppo basso che è finito all interno della sezione di scavo ed è stato tagliato 59 Figura 8.4 Realizzazione tramite posizionatore dei fori per i tubi vtr 60 Figura 8.5 Ciottoli crollati nel foro che impediscono la posa del tubo vtr 60 Figura 8.6 Vista dei tubi in vetroresina durante lo scavo 61 Figura 8.7 Posizionatore in opera posto su di un piano rialzato 62 Figura 8.8 Infilaggi in calotta intercettati dallo scavo e tagliati per consentire la posa delle centine 62 Figura 8.9 Cavità generatasi alle spalle dei piedritti, ricoperta di spritz beton per evitare ulteriori distacchi 63 Figura 8.10 Non perfetto allineamento degli infilaggi, assenza del contatto con la centina 63 Figura 8.11 Piano di posa della centina con materiale rimaneggiato, regolarizzazione con masselli di legno 64 Figura 8.12 Sezione della galleria modificata nei campi 4 e 5 infittendo il numero di infilaggi e tubi vtr CASE HISTORY Figura 10.1 Profilo geologico lungo il tracciato del tunnel collettore a Beirut 69 Figura 10.2 (a) Schema planimetrico delle iniezioni dalla superficie a interasse 0,8 metri 72 Figura 10.2 (b) Sezione trasversale dello schema di iniezione, arco consolidato intorno alla galleria 72 Figura 10.3 Sezione trasversale delle iniezioni dal fronte 73 Figura 10.4 Imbocco della galleria in località Campiolo, sulla linea Udine-Tarvisio 74 Figura 10.5 Profilo longitudinale di scavo nella zona di imbocco in cui si mostrano le colonne in jet grouting 75 Figura 10.6 Vista delle colonne di jet grouting in avanzamento e ai piedritti 75 Figura 10.7 Planimetria, sezione e profilo longitudinale del sottopasso della Tangenziale Est, con la Linea 3 77 Figura 10.8 Profilo di scavo e consolidamento della galleria e sezione finale consolidata 78 Figura 10.9 Planimetria del tracciato della galleria della metropolitana nella zona di Bad-Godesberg 79 Figura Profilo longitudinale della galleria con indicazione della geologia riscontrata 79 Figura Profilo longitudinale della zona al fronte, schema del jet grouting e delle centine 80 Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie per l imbocco nord 81 Speziali Ilario, Vismara Davide. 4

7 Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie per l imbocco sud 81 Figura Profilo longitudinale della galleria in cui si indicano la litologia presente e i consolidamenti 83 Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie 84 Figura Sezione trasversale finale della galleria che mostra le due fasi di scavo 85 Figura Schema delle colonne in jet grouting in avanzamento a sostegno della calotta 86 Figura Profilo longitudinale geologico della zona interessata dallo scavo della galleria 86 Figura Sezione trasversale dello scavo di calotta con indicazione delle colonne in jet grouting 87 Figura Planimetria e sezione trasversale finale della galleria del passante ferroviario 88 Figura Fasi di scavo della sezione trasversale: iniezioni radiali, scavo in due fasi, posa del rivestimento 89 Figura Sezione trasversale in cui si mostrano le diverse iniezioni, sopra e sotto falda 89 Figura Profilo longitudinale di scavo e sezione trasversale finale 90 Figura Consolidamento del preforo con colonne in jet grouting 90 Figura Iniezioni radiali realizzate dal foro pilota 90 Appendici Figura A.1 Carta geologica dell abitato di Zogno 104 Figura A.2 Carta geologica dell abitato di Zogno: particolare della zona di imbocco della galleria Inzogno 105 Figura B.1 Sezione del carotiere 106 Figura B.2 Tubo carotiere con testa fresante 106 Figura B.3 Teste fresanti 106 Figura B.4 Materiale ricavato da sondaggio, posto in apposite cassette 106 Figura B.5 Scheda di sintesi del sondaggio S1 107 Figura B.6 Scheda di sintesi del sondaggio S2 109 Figura B.7 Scheda di sintesi del sondaggio S3 112 Figura B.8 Correlazione tra numero di colpi Nspt e densità relativa, in funzione della profondità 115 Figura B.9 Correlazione tra densità relativa e angolo d attrito, in funzione del tipo di materiale 115 Figura B.10 Correlazione tra numero di colpi e angolo d attrito, in funzione dello sforzo verticale 115 Figura B.11 Schema della prova dilatometrica 116 Figura B.12 Andamenti della deformazione diametrale e valore del modulo elastico 116 Figura B.13 Schema di una indagine di sismica a rifrazione 117 Figura B.14 Grafico distanza-tempo da cui si ricavano le velocità negli strati 117 Figura B.15 Unità di lettura e registrazione dati 117 Figura C.1 Macchina e strumentazione di prova 118 Figura C.2 Esempio di risultato di una prova monoassiale 118 Figura C.3 Schema di una prova triassiale 119 Figura C.4 Scheda riassuntiva dei risultati della prova triassiale 120 Figura C.5 Schematizzazione dell apparecchiatura per la prova di taglio diretto 121 Figura C.6 Grafico sforzo di taglio-spostamento orizzontale ricavato da una prova di taglio diretto 122 Figura C.7 Inviluppo di rottura nel piano sforzo tagliante-sforzo normale ricavato da una prova di taglio 122 Figura C.8 Schema della prova brasiliana 123 Figura C.9 Apparecchio di prova e provino dopo la prova 123 Figura C.10 Scheda di sintesi della prova di resistenza a trazione indiretta 123 Figura C.11 Schema dell apparecchio edometrico 124 Figura C.12 Apparecchio edometrico 124 Figura C.13 Grafico indice dei vuoti-sforzo verticale per la prova di rigonfiamento 124 Figura C.14 Setacci sottoposti a vibrazione 125 Figura C.15 Setacci aventi maglie quadrate di misure diverse e decrescenti 125 Figura C.16 Sedimentazione per valutare la composizione della porzione a granulometria inferiore a 0, mm Figura C.17 Esempio di curva granulometrica ricavata attraverso setacciatura e sedimentazione 126 Speziali Ilario, Vismara Davide. 5

8 Figura D.1 Schematizzazione per il calcolo del carico sul rivestimento di una galleria 127 Figura E.1 Perforatrice idraulica in funzione per la realizzazione dei micropali della berlinese 129 Figura E.2 Realizzazione tramite perforatrice idraulica dei fori per i tiranti 129 Figura E.3 Perforatore che realizza gli infilaggi in calotta 131 Figura E.4 Dettaglio del braccio e della guida per le aste di perforazione 131 Figura E.5 Perforatore che realizza i tubi in vetroresina al fronte 131 Figura E.6 Dimensioni del perforatore e area di lavoro raggiungibile 131 Figura E.7 Dimensioni massime del perforatore 132 Figura E.8 Carro con sistema pompante per spritz beton al lavoro sul fronte della galleria 133 Figura E.9 Operazione di rivestimento del fronte con spritz beton 134 Figura E.10 Il rivestimento del fronte è completato 134 Figura E.11 Carro con sistema pompante per spritz beton a riposo 134 Figura E.12 Braccio di distribuzione snodato 134 Figura E.13 Il cemento e gli additivi acceleranti di presa vengono miscelati durante il getto 134 Figura E.14 Escavatori con pinza e martellone usati per la posa delle centine 135 Figura E.15 Escavatore con martello demolitore usato per lo scavo della galleria 135 Figura E.16 Escavatore con benna per lo scavo del terreno e il carico dei camion 136 Figura E.17 Escavatore con pinza per sollevare e posizionare le centine 136 Figura E.18 Martello demolitore usato per lo scavo 136 Figura E.19 Escavatore con benna 136 Figura E.20 Pala caricatrice: vista frontale 137 Figura E.21 Pala caricatrice: vista laterale 137 Figura E.22 Piattaforma telescopica usata per il taglio dei micropali della berlinese 139 Figura E.23 Piattaforma telescopica usata nella fase di collegamento delle centine tramite catene 139 Figura E.24 Piattaforma telescopica usata nella fase di saldatura della dima d attacco ai micropali 139 Figura E.25 Stazione totale per rilievi geodetici e topografici 140 Speziali Ilario, Vismara Davide. 6

9 Indice delle tabelle 3. INDAGINI GEOTECNICHE Tabella 3.1 Classificazione della roccia in base all indice RQD 18 Tabella 3.2 Valori dell indice RQD determinati dal materiale ricavato dai sondaggi a diverse profondità 18 Tabella 3.3 Prove effettuate all interno dei sondaggi e campioni prelevati 20 Tabella 3.4 Risultati delle prove SPT effettuate all interno dei fori di sondaggio 21 Tabella 3.5 Valori di velocità delle onde e moduli elastici ricavati dall indagine sismica a rifrazione 23 Tabella 3.6 Prove di laboratorio effettuate sulle diverse litologie 23 Tabella 3.7 Risultati delle prove di laboratorio effettuate su Calcare di Zu 25 Tabella 3.8 Risultati delle prove di laboratorio effettuate su Argillite di Riva di Solto 25 Tabella 3.9 Risultati delle prove di laboratorio effettuate sui Depositi di versante PARAMETRI GEOTECNICI DI PROGETTO Tabella 4.1 Valori degli indici RMR e GSI ottenuti per gli ammassi rocciosi presenti in sito 26 Tabella 4.2 Valori caratteristici medi dei parametri meccanici degli ammassi rocciosi 29 Tabella 4.3 Valori caratteristici medi dei parametri meccanici dei depositi sciolti 29 Tabella 4.4 Valori di progetto dei parametri meccanici degli ammassi rocciosi e dei depositi sciolti PROGETTO DEI SOSTEGNI PROVVISORI E DEFINITIVI Tabella 5.1 Caratteristiche dei materiali che costituiscono il rivestimento provvisorio 36 Speziali Ilario, Vismara Davide. 7

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11 Abstract L elaborato analizza gli aspetti esecutivi di una galleria stradale, nell ambito della variante all abitato di Zogno in Provincia di Bergamo. Trattasi della realizzazione dell imbocco sud della Galleria Inzogno, posto ai piedi di un pendio costituito da un deposito sciolto di ghiaie e sabbie, con intercalazioni di strati cementati e di lenti di materiali coesivi. La tecnica di costruzione adottata consiste nello scavo a piena sezione, di tipo tradizionale, per campi di avanzamento, preceduto da interventi di presostegno in calotta e di consolidamento del fronte. La prima fase di studio e di comprensione delle ipotesi progettuali e dei metodi di dimensionamento, ha permesso agli autori, durante l esperienza di cantiere, di partecipare in modo attivo alla realizzazione dell opera, valutando e confrontando con la proprie competenze le disposizioni impartite dalla direzione lavori. Le nozioni acquisite vengono riportate nel seguente elaborato con l obbiettivo di valutare in una chiave critica l approccio progettuale con cui è stata gestita la commessa, soffermandoci su considerazioni di tipo teorico-pratico, ed escludendo gli aspetti di tipo economico. Il confronto fra la tecnica di scavo adottata, con altre tecniche alternative di consolidamento riportate in letteratura, ha permesso di apprezzare i pregi ed i difetti di ogni tecnica di scavo, e di proporre una soluzione differente, nata dall esperienza di cantiere e dalla conoscenza della litologia in sito e delle complicazioni nate in fase esecutiva. In conclusione gli autori rimarcano come oggigiorno l approccio progettuale ed esecutivo adottato non sia plausibile, in quanto l assenza di un piano di controllo e di previsione del comportamento della struttura e del terreno, durante la sua realizzazione, ha comportato la mancanza di soluzioni progettuali di tipo alternativo. Si osserva come la progettazione di una qualsiasi opera geotecnica debba essere concepita in modo flessibile, in grado di prevedere immediate modifiche in corso d opera, qualora si verificano o si attendino eventi critici. Il manifestarsi degli eventi viene anticipato in modo preventivo in funzione al raggiungimento di una soglia limite di allerta, la quale è definita simulando per via numerica l evoluzione dell interazione terreno struttura, in corso d opera. Speziali Ilario, Vismara Davide. 9

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13 1. INTRODUZIONE Il presente elaborato viene redatto dagli autori in seguito all esperienza trascorsa in cantiere durante la realizzazione è una galleria inserita nel contesto della riqualificazione del tratto di strada che attraversa l abitato di Zogno in Provincia di Bergamo. Tramite questo intervento di adeguamento l Amministrazione Provinciale si propone l obiettivo di velocizzare e migliorare l interconnessione delle reti di mobilità della Val Brembana. La lunghezza complessiva della variante è di m, che, partendo da sud ha inizio in località Inzogno, all uscita di una piccola galleria esistente posta all estremità nord del viadotto di Sedrina. In tale punto il nuovo asse stradale si stacca dall attuale sede stradale per mezzo di una rotatoria ed attraverso una prima galleria di lunghezza 646 m, denominata Galleria Inzogno, ci si porta, salendo, dallo svincolo sud ad una quota di 328 m, con un dislivello di circa 36 m. Il successivo tratto di circa 350 m è all aperto, in continua salita fino alla seconda galleria, denominata Monte di Zogno. La lunghezza di tale galleria è di m, sempre in salita fino al culmine raggiunto poco prima dell uscita della galleria, a quota 436 m circa. Dall imbocco nord della galleria di Monte di Zogno il tracciato prosegue a cielo aperto a mezza costa in discesa, per poi congiungersi a monte dell abitato di Zogno all esistente sede stradale tramite una rotatoria. In Figura 1.1 è riportata la planimetria del tracciato della nuova Variante all abitato di Zogno. Figura 1.1 Inquadramento aereo della Variante all abitato di Zogno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 11

14 L esperienza di cantiere è stata condotta principalmente nella zona di imbocco, denominata Imbocco Sud Inzogno, la quale si trova su un pendio inclinato con un angolo naturale di ventotto gradi, costituito da depositi sciolti di versante. Come opera preliminare allo scavo della galleria è stata realizzata una berlinese tirantata in micropali, allo scopo di sostenere il terreno prima e dopo lo scavo. La realizzazione della galleria avviene a partire dal portale Sud, dapprima mediante la realizzazione di presostegni e scavo in tradizionale con martello demolitore ed escavatore idraulico, per poi procedere con lo scavo mediante il brillamento di esplosivo nel tratto successivo. Gli interventi di presostegno previsti nel tratto di scavo in materiali sciolti consistono in infilaggi metallici al contorno del cavo, tubi iniettati di vetroresina sul fronte e successivo rivestimento provvisorio costituito da centine e calcestruzzo spruzzato. Nel tratto restante in roccia, si prevede un avanzamento a piena sezione, con messa in sicurezza dello scavo in galleria mediante la posa di bulloni, calcestruzzo spruzzato e centine in funzione della classe di scavo adottata. Per quanto riguarda l interferenza con le strutture esistenti, si rilevano nei primi 50 metri di galleria la presenza di piloni degli elettrodotti in superficie, con coperture comprese tra 12 e 24 m, inoltre a circa 100 metri dallo stesso imbocco, il tracciato sottopassa il canale di scarico in calcestruzzo armato della centrale Enel con una copertura di 32 m. Con il presente elaborato, si vuole descrivere e commentare criticamente sia la progettazione che la fase successiva di realizzazione delle opere di ingegneria riguardanti la realizzazione dell imbocco della Galleria Inzogno. Sarà analizzata nella prima parte del testo la caratterizzazione geotecnica dell area di intervento, per poi proseguire con una descrizione delle fasi di progettazione e dimensionamento delle strutture, e terminare con la descrizione del piano di monitoraggio previsto per la realizzazione dell opera in progetto. Nel seguito, partecipi dell esperienza di cantiere, verranno esposte le modalità di realizzazione della galleria, soffermandoci nella descrizione delle singole fasi costruttive e dei mezzi d opera impiegati, evidenziando inoltre le tematiche di cantiere ed i relativi accorgimenti adottati dal personale tecnico. Nella seconda parte dell elaborato saranno proposte ed analizzate alcune tecniche di consolidamento di tipo alternativo di possibile adozione nel contesto della realizzazione della Galleria Inzogno. Saranno inoltre esposte le condizioni per le quali tali tecnologie sarebbero applicabili nel caso in oggetto, e verranno Speziali Ilario, Vismara Davide. 12

15 esposti sia i vantaggi che gli svantaggi dell adozione di ogni tecnica in relazione al contesto geologico presente nella zona di imbocco. Infine nella parte conclusiva dell elaborato, si vuole valorizzare l esperienza condotta in cantiere, per mezzo della quale si è evidenziato come sia presente oggigiorno ancora una netta separazione fra lo stadio di progettazione e quello di realizzazione dell opera, ponendoci come ulteriore obbiettivo di questo elaborato, quello di rimarcare i benefici che una progettazione di tipo controllata sarebbe in grado di fornire nella gestione complessiva di una commessa. Speziali Ilario, Vismara Davide. 13

16 2. INQUADRAMENTO GEOLOGICO Lo studio geologico si è basato su rilievi e studi originali eseguiti lungo le aree interessate dal tracciato. Operativamente, sono stati eseguiti dei rilevamenti in sede di progettazione preliminare, ed approfondimenti specifici in sede di redazione del progetto definitivo. L inquadramento geologico è stato desunto inizialmente dalle note illustrative della Carta Geologica della Provincia di Bergamo, ed in seguito sulla base dei nuovi rilievi, e delle indagini in sito svolte è stata elaborata una nuova Carta Geologica in scala 1:5.000 dell area, riportata in appendice A. Le unità litologiche che interessano il tracciato della Galleria Inzogno sono costituite da una successione di rocce sedimentarie, prevalentemente carbonatiche, appartenenti alle seguenti unità: - Argillite di Riva di Solto - Facies di transizione Calcare di Zu e ARS - Calcare di Zu Con riferimento allo svincolo sud ed all imbocco della Galleria Inzogno, le opere in progetto interessano i depositi sciolti alluvionali e di versante. Il substrato calcareo è situato ad una profondità di 8-10 metri dal piano campagna e fino alla quota di 15 metri non è stata rinvenuta la falda acquifera. Le opere relative al portale sud ed il primo tratto di galleria per circa 80 m di sviluppo saranno interessate dai depositi sciolti dell unità di Inzogno, costituite da ghiaia e sabbia, con locale presenza di lenti e letti cementati. A partire dalla progressiva 320 sino alla 420 circa, la galleria attraversa le Facies di transizione Calcare di Zu e ARS, aventi caratteristiche geomeccaniche scadenti. A partire dalla progressiva 420 si prevede l entrata nelle rocce Calcaree della formazione di Zu, che si sviluppano fino a 20 metri dal portale nord della galleria. Si tratta di rocce di buona qualità che solo in corrispondenza del nucleo della piega sinclinale, presente fra le progressive m dal portale sud, avranno un maggior grado di fessurazione e potranno essere sede di intensa circolazione idrica. All imbocco a nord della galleria, negli ultimi 20 metri circa, si entra nuovamente nelle Facies di transizione Calcare di Zu e ARS, e nel medesimo tratto è presente la faglia di Val Carubbo caratterizzata da un ampia zona cataclasata. Speziali Ilario, Vismara Davide. 14

17 Si riporta, in Figura 2.1, la sezione geologica delle aree in prossimità dell imbocco sud della galleria Inzogno con la relativa descrizione di dettaglio delle unità litologiche presenti. Figura 2.1 Sezione geologica della zona di imbocco della Galleria Inzogno e legenda delle unità litologiche. Il Calcare di Zu è costituito alla base da un alternanza ciclica di calcari compatti, talvolta laminati a marne e calcari marnosi organizzati in strati piani paralleli. La parte centrale è caratterizzata da banchi calcarei bioclastici, e la porzione superficiale è caratterizzata da una ripresa delle intercalazioni cicliche marnosocarbonatiche. La Facies di transizione Calcare di Zu e Argillite di Riva di Solto (ARS), è invece caratterizzata dall alternanza di strati calcarei, calcarei marnosi alterati con strati argillitici che rendono l ammasso di qualità scadente. Questa unità è stata introdotta considerando le diverse caratteristiche geomeccaniche della Facies di transizione sia rispetto al Calcare di Zu che rispetto alla Argillite di Riva di Solto. Si prevede di incontrare Speziali Ilario, Vismara Davide. 15

18 questa unità a circa 90 m dall imbocco. In riferimento al sondaggio S3, verticale, lo spessore dell unità è di circa 5,00 m, ed al di sopra di tale strato si trovano i depositi sciolti quaternari. Le Argilliti di Riva di Solto sono di qualità scadente sia perché sono scagliose e facilmente degradabili sia perché, localmente, risultano rigonfianti. Nella formazione si possono distinguere uno strato inferiore prevalentemente argilloso ed uno strato più superficiale caratterizzato da un alternanza ciclica di litotipi argillosi marnosi e carbonatici, che definiscono un limite transizionale al Calcare di Zu. Sempre con riferimento al sondaggio S3, la formazione si trova a 36 m dal piano campagna, e circa a 4,00 m dal piano di posa dell arco rovescio della galleria. Oltre alle unità lapidee ora descritte, nell area sono presenti depositi sciolti quaternari prevalentemente grossolani con lenti cementate e, localmente, depositi più fini di tipo alluvionale la cui frazione fine è sempre subordinata a quella ghiaiosa-sabbiosa. Fra i depositi sciolti possiamo distinguere due unità: I Depositi Eluvio-Colluviali sono costituiti da brecce monomittiche localmente cementate da cementi carbonatici, la cui matrice è prevalentemente ghiaioso-sabbiosa, con ciottoli localmente abbondanti. La porzione cementata del deposito è tipicamente presente nella porzione centrale, mentre più in profondità si presentano come depositi sciolti. Inoltre sono presenti frequenti cavità dovute alla dislocazione dei cementi carbonatici ad opera delle acque di ruscellamento. I Depositi di Versante Sciolto sono costituiti da depositi caotici poligenici con granulometria compresa tra i massi ciclopici e le ghiaie, con abbondante matrice sabbiosa e localmente limoso argillosa. Speziali Ilario, Vismara Davide. 16

19 3. INDAGINI GEOTECNICHE Lo studio geotecnico si è basato su rilievi, studi, indagini geognostiche e prove di laboratorio eseguite sia in fase di redazione del progetto preliminare che eseguite a supporto del progetto definitivo, come integrazione a quelle effettuate nella fase precedente. Nella fase di progetto preliminare sono stati eseguiti: - Rilievi geomeccanici di dettaglio per le diverse litologie; - Prelievi di campioni di roccia e di terreno sciolto; - Prove di identificazione e prove meccaniche per la determinazione di parametri geotecnici. La caratterizzazione geomeccanica degli ammassi rocciosi è stata eseguita mediante una serie di rilievi geomeccanici di dettaglio secondo la procedura standard proposta dal ISRM (Società Internazionale di Meccanica delle Rocce), ed integrata secondo metodologie di campagna sperimentali atte ad acquisire i seguenti parametri: - Per le discontinuità: giacitura, spaziatura, persistenza, rugosità e ondulazione delle superfici, presenza e tipo di materiale di riempimento, circolazione d acqua. - Per l ammasso roccioso nel suo insieme: intercetta delle fratture, volume roccioso unitario, grado di alterazione. - Per il materiale roccia: descrizione litologica e grado di alterazione. La classificazione delle rocce in sito è stata fatta con riferimento all indice RQD (Rock Quality Designation). Questo indice viene definito in base al materiale ricavato da un carotaggio dell ammasso da classificare. Tiene conto sia del numero di fratture presenti nel carotaggio, che della frequenza con cui le fratture si presentano. Si indica con L la lunghezza totale del materiale ricavato dal carotaggio e con H la dimensione ottenuta sommando le lunghezza dei pezzi di roccia sana, aventi ciascuno lunghezza non inferiore a 10 cm. L indice RQD è dato dal rapporto H / L espresso in percentuale. Speziali Ilario, Vismara Davide. 17

20 La classificazione della roccia in sito in base al valore RQD è riportata in Tabella 3.1: QUALITA DELLA ROCCIA ROCK QUALITY DESIGNATION (RQD) Molto Povera 0 25 % Povera % Media % Buona % Eccellente % Tabella 3.1 Classificazione della roccia in base all indice RQD. Relativamente allo Svincolo Sud di Inzogno, sono stati effettuati dei rilievi geomeccanici di cui si riportano i valori dell indice di RQD determinati in Tabella 3.2. SONDAGGIO UNITA PROFONDITA DA BOCCAFORO RQD S1 S3 S3 Calcare di Zu Facies di transizione Calcare di Zu e Argilliti di Riva di Solto Argilliti di Riva di Solto 9,20-10,00 m 80 % 10,00 11,00 m 50 % 11,00-12,00 m 85 % 12,00 16,00 m % 16,00 17,00 m 65 % 17,00 17, 50 m 30 % 30,60 33,00 m % 33,00 34,00 m 60 % 34,00 36,50 m % 37,50 38,00 m 20 % 38,50 40,00 m % 40,00 41,00 m 20 % 41,00 43, 00 m % 43,00 50,00 m % Tabella 3.2 Valori dell indice RQD determinati attraverso materiale ricavato dai sondaggi a diverse profondità. Come già accennato, a supporto della progettazione definitiva, sono state eseguite quali indagini integrative: - Sondaggi a carotaggio continuo spinti fino a profondità variabili; - Prove pressiometriche e dilatometriche in foro; - Prove di permeabilità Le Franc e Lugeon in foro; - Prelievo di campioni rappresentativi di tutte le unità attraversate dai sondaggi; - Indagini geofisiche con stendimenti di sismica a rifrazione; - Prove di laboratorio integrative. Per i terreni: analisi granulometriche per setacciatura e sedimentazione, definizione dei limiti di consistenza e prove di Taglio Diretto. Per le rocce: prove di resistenza a compressione uniassiale e triassiale in controllo di deformazione e prove di resistenza a trazione diretta. Speziali Ilario, Vismara Davide. 18

21 Con riferimento all imbocco sud della Galleria Inzogno sono stati eseguiti tre sondaggi, di cui solo un sondaggio è stato realizzato a parziale distruzione di nucleo fino a 15 metri dal piano campagna. I carotaggi si sono spinti a profondità comprese fra i 15 e 50 m. In particolare è stata eseguita una perforazione con asse-suborizzontale in corrispondenza dell imbocco sud della Galleria Inzogno, con direzione prossima a quella dell asse della galleria, spinta fino ad una lunghezza di 40 m dal fronte. Figura 3.1 Sondaggio S1 verticale in corrispondenza dello Svincolo Sud. Figura 3.2 Sondaggio S3 verticale a circa 90 m dall imbocco. Figura 3.3 Sondaggio S2 suborizzontale in direzione dell asse della galleria. Speziali Ilario, Vismara Davide. 19

22 Si riassumono nel seguito le caratteristiche principali e i risultati di ogni sondaggio: - Sondaggio S1: realizzato a carotaggio continuo, in direzione verticale, fino ad una profondità di 17,50 m in corrispondenza dello Svincolo Sud (Figura 3.1), dal quale sono stati rinvenuti Depositi sciolti fino ad una profondità di 9,00 m, e Calcare di Zu fino a 17,50 m; - Sondaggio S2: realizzato a carotaggio continuo, in direzione sub-orizzontale, fino ad una distanza di 40,00 m dall imbocco (Figura 3.3), in direzione dell asse della galleria, dal quale sono stati rinvenuti Depositi di versante sciolti lungo tutto il sondaggio; - Sondaggio S3: realizzato a parziale distruzione fino alla profondità di 15,00 m, in direzione verticale, fino ad una profondità di 50,00 m, posto a circa 90 m dall imbocco (Figura 3.2), dal quale sono stati rinvenuti Depositi di versante sciolti fino ad una profondità di circa 30 m, Facies di transizione Calcare di Zu e ARS fino a una profondità di 36 m, Argilliti di Riva di Solto fino a 50 m di profondità. Si rimanda in appendice B per quanto riguarda il dettaglio delle schede tecniche di ogni sondaggio. Nei sondaggi, oltre al prelievo di campioni di terreno e di roccia per le prove di laboratorio, sono state eseguite prove in sito quali SPT, di permeabilità, prove pressiometriche e dilatometriche, le quali sono riportate in Tabella 3.3, suddivise per ciascun sondaggio. SONDAGGIO PROFONDITA DIREZIONE SPT LE FRANC LUGEON DILATO METRICA PRESSIO METRICA CAMPIONI DI TERRENO CAMPIONI DI ROCCIA S1 17,50 m Verticale S2 40,00 m Suborizzontale S3 50,00 m Verticale Tabella 3.3 Prove effettuate all interno dei sondaggi e campioni prelevati. Di seguito vengono riprese e descritte brevemente le tipologie di prove in sito eseguite, riportando i risultati ottenuti. Lo Standard Penetration Test (SPT) è una prova penetrometrica dinamica eseguita all interno di fori di sondaggio, che fornisce una misura della resistenza che il terreno offre alla infissione di un opportuno utensile, detto penetrometro. Le attrezzature utilizzate (punta, campionatore, maglio Speziali Ilario, Vismara Davide. 20

23 battente) e le procedure di prova (altezza di caduta, profondità di penetrazione) sono standardizzate. Pertanto, la resistenza alla penetrazione si esprime mediante la misura del numero di colpi N necessario per ottenere l avanzamento prefissato. Il risultato della prova consiste nella misura del numero di colpi Nspt necessario per produrre un avanzamento di 30 cm, come riportato in Tabella 3.4. SONDAGGIO UNITA LITOLOGIA PROFONDITA DA BOCCAFORO N. SPT S1 Depositi Alluvionali Ghiaia Sabbioso-Limosa 3,00 m 29 6,00 m 40 S3 Depositi di Versante Incoerenti Limo Sabbioso con Ghiaia 18,00 m 51 24,00 m 49 Tabella 3.4 Risultati delle prove SPT effettuate all interno dei fori di sondaggio. La Prova Dilatometrica permette di determinare una stima delle caratteristiche di deformabilità del terreno applicando una sollecitazione nota. La prova è stata eseguita nel foro del Sondaggio S3 inserendo una sonda cilindrica fino alla profondità d interesse, attraverso la quale si è applicata una pressione nota e si sono misurate le deformazioni radiali della parete del foro. Da queste è possibile avere una stima del modulo elastico del materiale investigato. La prova è avvenuta applicando tre cicli completi di carico e scarico. Si riporta in Figura 3.4 un estratto del documento di prova con indicazione del valore stimato del Modulo di Young per le Argilliti di Riva di Solto. SONDAGGIO LITOLOGIA PROFONDITA DA BOCCAFORO MODULO DI YOUNG S3 Argilliti di Riva di Solto 33,50 m 0,81 GPa Figura 3.4 Grafico pressione-deformazione diametrale della prova dilatometrica effettuata su Argilliti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 21

24 Oltre alle indagini meccaniche, a supporto della progettazione definitiva è stato eseguito uno stendimento di sismica a rifrazione. Per la Galleria Inzogno il profilo di rilevamento geofisico è stato eseguito nel tratto iniziale, a partire da circa 35 metri dal portale sud della galleria e per un estensione di circa 160 metri. Questo stendimento ha permesso di indagare la delicata zona di transizione tra i depositi di versante incoerenti ed il calcare di Zu, definendo la probabile superficie di separazione tra il substrato roccioso ed i depositi sciolti. I metodi sismici sono basati sulla energizzazione del terreno mediante un'esplosione oppure la caduta di un grave. Si generano così onde elastiche che vengono ricevute in superficie, captate da piccoli sismometri e registrate. Dallo studio e l'elaborazione di questi dati è possibile risalire alla velocità sismica delle formazioni e alla profondità e all'inclinazione dei vari strati investigati. Il metodo sismico a rifrazione consiste nel ricevere, a distanze orizzontali variabili dall'origine, le onde sismiche rifratte dalle discontinuità geologiche a cui corrispondono variazioni nella velocità di propagazione. La velocità dipende dalle proprietà elastiche del materiale e quindi si può risalire alla natura geologica delle formazioni. Dall interpretazione del modello di velocità si sono riconosciute le seguenti unità: - Unità Superficiale, intercettata sino ad una profondità compresa fra i 4 6 m rispetto al piano campagna, con valori di velocità di propagazione delle onde di volume (Vp) comprese tra m/s. Localmente nella porzione di valle della sezione sismica, sono stati rilevati spessori maggiori pari a 8-10 m. Trattasi di materiali sciolti caratterizzati da densità medio bassa. - Prima Unità, identifica la porzione più profonda e compatta dei depositi fluvioglaciali sovrastanti, la cui base è stata intercettata fino alla profondità oscillante fra i metri dal piano campagna, con valori medi di velocità di propagazione delle onde compresi tra m/s e valori massimi pari a 2600 m/s, dove è stato imposto il limite di strato. - Seconda Unità, rappresenta il substrato roccioso compatto di natura calcarea, la cui velocità di propagazione delle onde varia tra m/s. Speziali Ilario, Vismara Davide. 22

25 Nella stazione sismica realizzata, considerando le velocità delle onde elastiche di volume (Vp), ottenute dall interpretazione dei profili sismici, sono stati valutati i moduli elastici dinamici riportati nella Tabella 3.5 sottostante. In Figura 3.5, si mostra l andamento della velocità di propagazione delle onde sismiche con la profondità. LITOLOGIA Vp PESO UNITA DI VOLUME COEFFICIENTE DI POISSON MODULO DI YOUNG Argilliti Degradate 2000 m/s 2,00 t/mc 0,43 2,87 GPa Argilliti Compatte 3400 m/s 2,30 t/mc 0,42 10,60 GPa Calcare 3700 m/s 2,50 t/mc 0,34 22,70 GPa Tabella 3.5 Valori di velocità delle onde e moduli elastici ricavati dall indagine sismica a rifrazione. Figura 3.5 Andamento della velocità di propagazione delle onde sismiche con la profondità. Per quanto riguarda le modalità di esecuzione delle prove in sito si rimanda all appendice B. A completamento delle indagini geotecniche, nel seguito si riportano le prove di laboratorio eseguite sui campioni prelevati dai sondaggi, con riferimento all imbocco sud della Galleria Inzogno, riportate in Tabella 3.6 in funzione della litologia. LITOLOGIA Argillite di Riva di Solto Calcare di Zu Deposito eluvio-colluviale Deposito di versante sciolto TAGLIO DIRETTO RESISTENZA A COMPRESSIONE MONOASSIALE RESISTENZA A COMPRESSIONE TRIASSIALE RESISTENZA A TRAZIONE INDIRETTA SETACCIATURA SEDIMENTAZIONE LIMITI DI CONSISTENZA Tabella 3.6 Prove di laboratorio effettuate sulle diverse litologie. Speziali Ilario, Vismara Davide. 23

26 A partire dai campioni prelevati nei sondaggi, sono state eseguite prove di laboratorio al fine di determinare i parametri di resistenza e deformabilità: - Prova di Compressione Monoassiale con misura delle deformazioni assiale e radiale, e determinazione dei valori del Modulo di Young (E) e del Coefficiente di Poisson (ν). - Prova di Compressione Triassiale, misura delle deformazioni assiale e radiale, e determinazione dei valori del Modulo di Young (E) e del Coefficiente di Poisson (ν). - Prova di Taglio diretto. - Prova di Resistenza a Trazione Indiretta (Brasiliana). - Prove di rigonfiamento in edometro e di rigonfiamento libero. - Analisi granulometrica per i depositi sciolti. Per tutti i materiali sono state eseguite analisi per la definizione del peso di volume allo stato naturale. Per le Argilliti di Riva di Solto oltre alle prove suddette si è proceduto all esecuzione di prove di taglio diretto. Inoltre, date le caratteristiche dei materiali componenti, si sono verificate anche le potenziali caratteristiche di rigonfiamento mediante la prova in edometro per la determinazione delle pressioni di rigonfiamento e di rigonfiamento libero. Sui campioni di materiali sciolti sono state eseguite analisi di identificazione mediante analisi granulometrica per setacciatura e sedimentazione e sono inoltre state eseguite prove di resistenza al taglio diretto. Una breve descrizione delle prove di laboratorio è presente in appendice C. Nelle tabelle che seguono sono riportati, per ciascuna unità i principali risultati delle prove di laboratorio effettuate, divisi a seconda della litologia (Tabelle 3.7, 3.8, 3.9). Speziali Ilario, Vismara Davide. 24

27 Tabella 3.7 Risultati delle prove di laboratorio effettuate su Calcare di Zu. Tabella 3.8 Risultati delle prove di laboratorio effettuate su Argillite di Riva di Solto. Tabella 3.9 Risultati delle prove di laboratorio effettuate sui Depositi di versante. Speziali Ilario, Vismara Davide. 25

28 4. PARAMETRI GEOTECNICI DI PROGETTO Attraverso l analisi integrata di tutti i dati acquisiti con le indagini e le prove descritte, comprendendo sia quelle condotte in fase di progettazione preliminare che quelle eseguite a supporto del progetto definitivo, si è proceduto alla definizione dei parametri geotecnici e geomeccanici rappresentativi delle diverse unità. Per quanto riguarda la definizione delle caratteristiche degli ammassi rocciosi è stata eseguita la loro classificazione secondo la Rock Mass Rating (RMR) di Bieniawski, in modo tale da definire le classi di qualità ed il valore del Geological Stress Index (GSI) utile per la ricostruzione delle curve inviluppo di resistenza degli ammassi rocciosi. La qualità degli ammassi rocciosi e i valori di RMR e GSI calcolati sono riassunti nella seguente Tabella 4.1: Tabella 4.1 Valori degli indici RMR e GSI ottenuti per gli ammassi rocciosi presenti in sito. I parametri geomeccanici di resistenza e di deformabilità della roccia sono stati ricavati dalle indagini geostrutturali e dalle risultanze delle prove di laboratorio. Tutti i dati ricavati sono stati utilizzati in modo di definire le curve di inviluppo di resistenza limite sia della roccia integra che dell ammasso roccioso. I dati di resistenza e deformabilità sono stati elaborati per determinare i parametri caratteristici della curva di inviluppo di rottura, secondo l equazione proposta da Hoek & Brown, che assume la seguente formula: dove: = + ( + ) : sono le tensioni principali massima e minima. : resistenza a compressione monoassiale della roccia. Speziali Ilario, Vismara Davide. 26

29 m, S, a : sono parametri caratteristici di Hoek & Brown, che dipendono dalle caratteristiche della roccia e dell ammasso roccioso, adottando per la roccia integra i valori S=1 e a=0,5. Di seguito vengono riportate le curve inviluppo di resistenza per i diversi ammassi rocciosi presenti (Figure 4.1, 4.2, 4.3). CALCARE DI ZU GALLERIA INZOGNO Figura 4.1 Curve inviluppo di resistenza per il Calcare di Zu, in termini di sforzi principali e sforzi normali e taglianti. TRANSIZIONE ZU - ARS GALLERIA INZOGNO Figura 4.2 Curve inviluppo di resistenza la Transizione Zu-ARS, in termini di sforzi principali e sforzi normali e taglianti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 27

30 ARGILLITI DI RIVA DI SOLTO GALLERIA INZOGNO Figura 4.3 Curve inviluppo di resistenza per l Argillite di Riva di Solto, in termini di sforzi principali e sforzi normali e taglianti. I parametri di resistenza degli ammassi rocciosi espressi in termini di coesione e angolo di attrito di ammasso, sono quelli derivanti dalla regressione lineare della curva inviluppo di rottura attraverso la relazione riportata (Figura 4.4). = + dove: : resistenza a compressione dell ammasso roccioso. K : pendenza della retta di correlazione tra Figura 4.4 Linearizzazione dell inviluppo di resistenza dell ammasso roccioso. Speziali Ilario, Vismara Davide. 28

31 Quindi i valori dell angolo d attrito e di coesione, ricavati tenendo conto di uno stato tensionale medio, caratteristico del tratto di galleria considerato, possono essere calcolati attraverso le espressioni seguenti: sin = = Per i depositi di copertura si è effettuata una valutazione dei parametri di resistenza e deformabilità basata sui risultati delle prove di laboratorio, adottando valori cautelativi in considerazione della variabilità della composizione granulometrica e dello stato di addensamento locale. Per i depositi cementati considerata la disomogeneità nella distribuzione e nell intensità della cementazione, si è preferito considerarli come depositi sciolti, adottando un valore di coesione efficace nullo. Nelle tabelle che seguono sono riportati i valori caratteristici medi rappresentativi delle diverse unità, (Tabelle 4.2 e4.3): UNITA LITOLOGIA CALCARE DI ZU FACIES TRANSIZIONE ZU - ARS ARGILLITE RIVA DI SOLTO PESO DI VOLUME MATRICE ROCCIOSA 26,50 kn/mc 26,00 kn/mc 26,50 kn/mc RESISTENZA A COMPRESSIONE MONOASSIALE MATRICE R. MODULO DI YOUNG TANGENTE MATRICE R. RESISTENZA A COMPRESSIONE MONOASSIALE AMMASSO RESISTENZA A TRAZIONE AMMASSO MODULO DI YOUNG AMMASSO ANGOLO ATTRITO AMMASSO ROCCIOSO COESIONE AMMASSO ROCCIOSO 33,00 MPa 61,52 GPa 1,31 MPa 0,029 MPa 13,23 GPa 52 0,33 MPa 25,17 MPa 23,00 GPa 0,27 MPa 0,010 MPa 1,24 GPa 36 0,15 MPa 3,12 MPa 12,20 GPa 0,043 MPa 0,002 MPa 0,82 GPa 21 0,066 MPa Tabella 4.2 Valori caratteristici medi dei parametri meccanici degli ammassi rocciosi. DEPOSITI DI VERSANTE CLASSIFICAZIONE ASTM PESO DI VOLUME NATURALE PESO DI VOLUME SECCO ANGOLO ATTRITO EFFICACE COESIONE EFFICACE LIMITI DI CONSISTENZA ( LL IP ) FACIES GHIAIOSO SABBIOSA GW GM GW-GC SM-SC 18,50-19,50 kn/mc 16,80-17,80 kn/mc ,00 kpa ND - ND FACIES LIMOSO ARGILOSO SABBIOSO CL 19,00-20,00 kn/mc 16,00-17,50 kn/mc kpa Tabella 4.3 Valori caratteristici medi dei parametri meccanici dei depositi sciolti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 29

32 I valori adottati per la progettazione sono stati scelti in modo cautelativo, andando a ridurre i valori risultanti dalle prove, e sono riportati nella tabella seguente (Tabella 4.4): UNITA LITOLOGICA PESO DI VOLUME MODULO DI YOUNG COESIONE ANGOLO DI ATTRITO COMPRESSIONE UNIASSIALE AMMASSO Calcare di Zu 26,50 KN/m³ 13,20 GPa 0,33 MPa 36,50 1,310 MPa Transizione Zu ARS 26,00 KN/m³ 1,20 GPa 0,15 MPa 36,00 0,266 MPa Depositi di Versante 19,00 KN/m³ 0,10 GPa - 35,00 - Tabella 4.4 Valori di progetto dei parametri meccanici degli ammassi rocciosi e dei depositi sciolti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 30

33 5. PROGETTO DEI SOSTEGNI PROVVISORI E DEFINITIVI Dalla caratterizzazione geomeccanica dei materiali, sono state individuate le classi di scavo della galleria in funzione alla resistenza attribuita ad ogni litologia presente. Ad ogni classe di scavo corrispondono diversi provvedimenti di sostegno temporaneo. Nel tratto di scavo in materiale sciolto, è attribuita la Classe di Scavo V, mentre nel tratto in roccia sono attribuite le Classi di scavo III e IV in funzione alla consistenza della roccia in sito. Nel seguito si riporta nel dettaglio i provvedimenti previsti per la Classe di Scavo V, nel tratto in terreno sciolto presente nei primi metri della Galleria Inzogno. La sezione è sostenuta in modo sistematico con centine metalliche HEB 200 ad interasse 1 metro, le quali sono inglobate nel rivestimento provvisorio costituito da conglomerato cementizio spruzzato e fibrorinforzato di spessore 25 cm. Gli interventi di presostegno dello scavo sono costituiti dalla posa di un ombrello di infilaggi metallici di lunghezza 12,00 metri a formare dei campi di avanzamento di 9,00 metri, con sovrapposizione di 3,00 metri, e da ancoraggi in vetroresina iniettati di lunghezza 12,00 metri per il consolidamento del fronte. Si prevede la realizzazione dell arco rovescio di 50 cm di spessore lungo tutto il tratto in terreno sciolto. Nelle Figure 5.1 e 5.2 sono mostrati il profilo longitudinale e la sezione della galleria con tutti gli interventi di presostegno previsti. Figura 5.1 Profilo longitudinale della galleria con indicazione degli interventi di consolidamento e sostegno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 31

34 Figura 5.2 Sezione trasversale della galleria con indicazione degli interventi di consolidamento e sostegno. Le dimensioni della galleria vengono definite in base al progetto stradale, il quale prevede la realizzazione di una strada di categoria C2 (strada extraurbana a doppio senso di marcia), da cui ne consegue una larghezza variabile fra 12,48 e 12,98 metri, altezza complessiva tra 9,24 e 11,17 metri e raggio all intradosso di 5,72 metri. L impostazione progettuale prevede la definizione della pressione efficace orizzontale agente sul fronte, e di quella radiale agente sul rivestimento definitivo. Calcolate tali pressioni con modelli analitici, si dimensionano e verificano le diverse componenti che costituiscono la galleria. La pressione verticale al fronte della galleria, in riferimento ai terreni sciolti, è valutata usando il modello analitico di Terzaghi basato sulla Teoria del Silo, ( appendice D ), secondo lo schema in Figura 5.3. Figura 5.3 Schema di valutazione della pressione verticale al fronte della galleria, con teoria del silo. Speziali Ilario, Vismara Davide. 32

35 Determinata la pressione verticale agente sulla calotta quantificata in 76 KPa, si considera un ipotetico cuneo di rottura al fronte, le cui dimensioni vengono definite in funzione dell altezza della galleria, e di un angolo α che definisce l ipotetica superficie di rottura. La pressione orizzontale necessaria a stabilizzare il fronte è determinata tramite l imposizione dell equilibrio del cuneo di rottura al fronte, su cui agiscono la pressione verticale precedentemente determinata, le azioni normali e tangenziali all ipotetica superficie di rottura e il peso del cuneo (Figura 5.4). Figura 5.4 Schema di valutazione della pressione orizzontale sul fronte della galleria. La valutazione della pressione orizzontale necessaria a stabilizzare il fronte è stata determinata in un'unica condizione di copertura massima pari a 32 m. Dal calcolo di progetto la pressione orizzontale stabilizzante è stimata in 49 KPa, che si prevede di trasferire al terreno mediante un sistema di infilaggi di tubi in vetroresina iniettati. Il dimensionamento del numero di ancoraggi necessari a stabilizzare il fronte è effettuata considerando i seguenti parametri: - Diametro Nominale mm - Lunghezza degli infilaggi 12,00 metri; - Forza Limite 350 KN; da cui ne deriva che si rende necessario realizzare n. 33 tubi in vetroresina iniettati. La progettazione degli interventi di presostegno della calotta durante le operazioni di scavo, viene eseguita ipotizzando i materiali e le dimensioni dei tubi metallici da porre in opera. Nota la pressione verticale agente sulla calotta di 76 KPa, si è proseguito alla verifica degli infilaggi schematizzandoli come delle travi a doppio incastro. Si riportano dimensioni e caratteristiche dei materiali considerati per la verifica: - Diametro esterno infilaggio metallico 119,7 mm; - Spessore 10 mm; - Lunghezza 12 m; - Carico di snervamento dell acciaio 235 MPa; - Momento Resistente 19,5 KNm Speziali Ilario, Vismara Davide. 33

36 Considerando l avanzamento libero di scavo pari ad un metro, si verifica la resistenza degli infilaggi su una lunghezza di 2 metri, da cui deriva che il momento massimo sollecitante è pari a 12,7 KNm per infilaggio, inferiore al momento resistente stimato. La pressione verticale che agisce sulla galleria, viene stimata ipotizzando una lunghezza infinita della galleria, nelle sola condizione di massima copertura pari a 32 m, con riferimento al modello di Terzaghi basato sulla Teoria del Silo, ( appendice D ), secondo lo schema in Figura 5.5. Figura 5.5 Schema di valutazione della pressione verticale sulla galleria lontano dal fronte, con teoria del silo. La determinazione della pressione agente sul sostegno avviene imponendo l equilibrio di un cuneo di rottura, che si riporta in Figura 5.6, soggetto alla pressione verticale in precedenza determinata, ed alle forze che rappresentano: la resistenza del terreno (azione normale e tangenziale all ipotetica superficie di rottura), il sostegno (incognita) e il peso proprio del cuneo di rottura. Figura 5.6 Schema per la valutazione della pressione radiale sulla galleria lontano dal fronte. Dalla relazione progettuale sono stimate in 320 KPa la pressione radiale agente lungo la calotta, e in 82 KPa la pressione orizzontale agente sui piedritti dei sostegni. Speziali Ilario, Vismara Davide. 34

37 La progettazione definitiva dei sostegni è avvenuta mediante analisi strutturale di tipo numerico, la quale fa riferimento ad una discretizzazione del sostegno provvisorio in elementi di trave vincolati a terra tramite carrelli (Figura 5.7). Si adottano due diverse sezioni reagenti per l arco rovescio e per il sostegno provvisorio. Figura 5.7 Schema di calcolo strutturale del rivestimento, elementi di trave vincolati a terra con carrelli. Dall analisi numerica si ottengono gli andamenti di azione assiale e di momento flettente rappresentati in Figura 5.8, il valore massimo di azione assiale raggiunge i 2081 KN ed è ottenuto in calotta, mentre il massimo valore del momento flettente è raggiunto in corrispondenza dei piedritti pari a circa 133 KNm. Figura 5.8 Andamento del momento flettente e dell azione assiale nel rivestimento per carico simmetrico. Speziali Ilario, Vismara Davide. 35

38 Con riferimento al diagramma di interazione M-N per la sezione rappresentativa del rivestimento provvisorio, si deduce che le coppie momento-azione assiale sollecitanti risultano comprese all interno del dominio di ammissibilità, il quale viene riportato in Figura 5.9. Figura 5.9 Diagramma di interazione M-N per la sezione di rivestimento adottata. Nella seguente Tabella 5.1 sono riportate le caratteristiche dei materiali costituenti il sostegno provvisorio adottate nell analisi numerica: MOMENTO AZIONE ASSIALE MOMENTO CENTINE ACCIAIO AREA D INERZIA RESISTENTE RESISTENTE HEB 200 S mm² 57 x 10⁶ mm⁴ 1748 KN 143,8 KNm MODULO COEFFICIENTE DI RESISTENZA A RESISTENZA CALCESTRUZZO PESO SPECIFICO ELASTICO POISSON COMPRESSIONE TRAZIONE C 25/30 25 KN/m³ 31 GPa 0,20 25MPa 2,6 MPa Tabella 5.1 Caratteristiche dei materiali che costituiscono il rivestimento provvisorio. In prossimità dell imbocco sud della Galleria Inzogno, il carico risulta asimmetrico, per tanto in fase di progettazione definitiva si è eseguita una verifica dei sostegni provvisori, precedentemente verificati nel caso di carico simmetrico. Si assume una pressione agente determinata come media tra un carico idrostatico dipendente solo dalla copertura locale, e un carico ottenuto considerando il pendio infinito al limite di equilibrio (Figura 5.10). Nella determinazione di tale pressione si è considerata una coesione nulla, e angolo di attrito pari alla pendenza del pendio. Figura 5.10 Discretizzazione e pressione agente sul rivestimento provvisorio nel caso di carico asimmetrico. Speziali Ilario, Vismara Davide. 36

39 Dall analisi numerica si ottengono gli andamenti di azione assiale e di momento flettente che vengono rappresentati nella figura seguente (Figura 5.11), il valore massimo di azione assiale raggiunge i 1430 KN in corrispondenza dei piedritti, mentre il massimo valore del momento flettente è raggiunto in corrispondenza della calotta e pari a circa 227 KNm. Figura 5.11 Andamento del momento flettente e dell azione assiale nel rivestimento, per carico asimmetrico. Con riferimento alla Classe di Scavo V, il progetto definitivo prevede un rivestimento costituito da 50 cm di calcestruzzo C25/30 armato. Il dimensionamento del rivestimento definitivo è stato fatto considerando una condizione di carico analoga a quella considerata per i dimensionamento dei sostegni provvisori. Si ipotizza che a lungo termine il rivestimento definitivo dovrà sostenere l intero carico che inizialmente sollecita i rivestimenti provvisori. A questo scopo si è valutato essere necessaria la disposizione di doppia armatura metallica di diametro 20 mm ogni 25 cm. A seguito di analisi di calcolo, dal confronto con le azioni sollecitanti, si evince che il rivestimento previsto fornisce un adeguato margine di sicurezza. Speziali Ilario, Vismara Davide. 37

40 6. PIANO DI MONITORAGGIO Il sistema di monitoraggio permette di fornire tutti gli elementi necessari ad una corretta valutazione della effettiva situazione in corso d opera e della sua possibile evoluzione, nonché delle eventuali azioni correttive da adottare qualora ci si discosti troppo dalle previsioni progettuali e/o dai limiti prefissati. Le azioni correttive potranno consistere in integrazioni del monitoraggio previsto, in modifiche ed adattamenti delle fasi esecutive delle opere interessate, in integrazioni degli interventi di consolidamento e/o contenimento, in variazioni delle modalità di avanzamento. In generale, la tempistica di esecuzione delle misure è correlata e dipende dagli obiettivi del monitoraggio. Durante le fasi costruttive, è da decidere quando iniziare le misure, la cadenza di esecuzione delle stesse e per quanto tempo bisogna eseguirle. La cadenza successivamente viene diradata, contestualmente al raggiungimento di valori asintotici o, viceversa può subire infittimenti in presenza di condizioni di risposta dei parametri misurati al di fuori delle valutazioni previste in fase progettuale. Il piano di monitoraggio che si prevede di adottare nella galleria naturale Inzogno si articola in una serie di operazioni mirate alla valutazione del comportamento tenso-deformativo del terreno durante le diverse fasi lavorative. Il piano di monitoraggio per l opera in oggetto prevede la predisposizione di stazioni di convergenza sistematiche per l intero sviluppo della galleria, misure di livellazione topografiche superficiali da porre in opera ogni 30 m in corrispondenza delle stazioni di convergenza, misure di livellazione eseguite sui singoli edifici o manufatti, rilievo geologico sistematico dei fronti di scavo, rilievo delle fasi esecutive e delle cadenze di avanzamento ed in fine stazioni di misura fisse, con estensimetri, piezometri, celle di pressione e mire ottiche per le misure di convergenza. Le misure della tensione nel rivestimento sono valutate mediante 8 barrette estensimetriche nelle centine o nel rivestimento definitivo, mentre attraverso 4 celle di carico, 2 sotto i piedi delle centine e 2 sull arco di calotta, si stima il carico trasmesso tra centine e terreno. In Figura 6.1 è riportata l ubicazione planimetrica delle stazioni di monitoraggio, indicando la tipologia di rilievi di monitoraggio che sarà effettuata. Speziali Ilario, Vismara Davide. 38

41 Figura 6.1 Planimetria delle sezioni e dei punti di monitoraggio. Nel seguito si riportano le caratteristiche e le modalità esecutive del programma di monitoraggio predisposto in fase di progettazione definitiva, in particolare saranno trattate le misure di convergenza, i rilievi geologici del fronte, misure estensimetriche, celle di carico, livellazioni superficiali e misure piezometriche. Le misure di convergenza consistono nel rilevamento e restituzione grafica e numerica degli spostamenti nel piano trasversale alla galleria, in direzione verticale e orizzontale, di 5 punti per ogni stazione di misura, attrezzati con mire ottiche rilevabili mediante strumento topografico di precisione. Le basi di misura sono costituite da 5 chiodi di convergenza, posizionati sul rivestimento provvisorio, su cui vengono montati altrettanti marcatori costituiti da prismi catadiottri, posizionati a ridosso del fronte di scavo, in particolare a circa 1.0 m dal fronte stesso (Figura 6.2). La frequenza di installazione delle stazioni prevista per la classe di scavo V, nei depositi di versante sciolti, è di una stazione ogni 30 m, se possibile in corrispondenza di quelle superficiali. Si prevedono 10 rilevamenti da eseguire per ogni stazione esclusa la misurazione di riferimento iniziale, che va effettuata immediatamente dopo l installazione. In corso d opera è prevista una misura al giorno fino ad una distanza dal fronte pari a 10 m, quindi due misure a settimana fino a 40 m dal fronte e in seguito una misura a settimana fino al getto del rivestimento definitivo. L elaborazione dei dati deve fornire diagrammi e tabulati che indichino, in funzione del tempo e della distanza dal fronte, gli spostamenti verticali e trasversali, nonché la velocità di convergenza. Speziali Ilario, Vismara Davide. 39

42 Figura 6.2 Sezione di monitoraggio con chiodi di convergenza, estensimetri verticali e estensimetro al fronte. I rilievi geologico strutturali del fronte di scavo consistono nel rilevamento e restituzione grafica e numerica delle caratteristiche geologico e geomeccaniche del fronte di scavo. Durante l avanzamento vengono operate le seguenti distinzioni: rilievi di tipo analitico e rilievi di tipo speditivo. I rilievi di tipo analitico richiedono di definire le caratteristiche litologiche, stratigrafiche e strutturali oltre alle caratteristiche geotecniche e geomeccaniche e vanno effettuati con la frequenza di uno ogni 100 m. In corrispondenza di questi rilievi potranno essere prelevati campioni per le prove di laboratorio. I rilievi di tipo speditivo, richiesti anche ogni qual volta vi sia un passaggio litologico o tettonico, prevedono la definizione delle caratteristiche litologiche, stratigrafiche e strutturali e vanno effettuati nella misura di uno ogni campo di avanzamento. Le misure estensimetriche di estrusione del fronte sono previste unicamente nel tratto di materiale sciolto e consistono nel rilevamento e nella restituzione grafica e numerica degli spostamenti longitudinali, lungo basi di misura poste all interno di una colonna estensimetrica posizionata in asse galleria, in avanzamento rispetto al fronte, all interno di un foro di sondaggio sub-orizzontale. La colonna estensimetrica, di lunghezza pari a circa 42 m, è costituita da una serie di tubi in PVC, muniti di ancoraggi anulari posti ad Speziali Ilario, Vismara Davide. 40

43 interasse un metro, collegati tramite manicotti, e resi solidali al foro mediante l iniezione di miscele cementizie leggermente espansive. La frequenza dei rilevamenti prevede, oltre alla lettura di riferimento iniziale, una lettura al giorno che dovrebbe corrispondere a una lettura ogni 2-3 m di scavo, finché restano in opera almeno 12 m di tubo. Durante le lavorazioni che comportano fermi del fronte sarà necessario eseguire una lettura appena terminato lo scavo ed una prima di riprenderlo. Le misure estensimetriche verticali dalla superficie sono previste unicamente nel tratto in materiale sciolto in prossimità di edifici, manufatti o piloni degli elettrodotti. Le misure degli estensimetri verticali consistono nel rilevamento e nella restituzione grafica e numerica degli spostamenti longitudinali, lungo basi di misura poste all'interno di una "colonna" estensimetrica verticale. Il fondo degli estensimetri posizionati sopra il tracciato della galleria dovrà trovarsi al minimo ad 1.0 m al di sopra della quota teorica di scavo. Le letture andranno effettuate dopo ogni sfondo di avanzamento e alla fine di ogni fase di scavo, anche dopo il passaggio del fronte dalla stazione considerata. Dopo il getto del rivestimento definitivo, le letture potranno essere diradate a una ogni settimana. Ulteriori ampliamenti dell intervallo tra le letture potranno essere stabiliti in base ai risultati ottenuti, in accordo con il progettista e la Direzione Lavori. L elaborazione dei dati deve fornire una restituzione grafica e numerica che indichi, in funzione del tempo e della distanza dal fronte, gli spostamenti relativi di ciascuna coppia di ancoraggi adiacenti in funzione della profondità e la sommatoria degli spostamenti differenziali rispetto alla base più profonda, ipotizzata fissa. Le misure di cedimento al piano campagna consistono nel rilievo della quota di picchetti posizionati su allineamenti ubicati perpendicolarmente all asse della galleria. Si prevedono stendimenti a massimo 7 capisaldi posati, dove possibile, in corrispondenza delle stazioni di convergenza in galleria. In presenza di edifici o manufatti questi saranno misurati singolarmente. I capisaldi dovranno presentare, ben visibile sulla parte superiore, una borchia metallica con l indicazione del numero del caposaldo ed una testa semisferica per la battuta topografica. Il caposaldo dovrà essere cementato e reso solidale al terreno ed il tutto dovrà essere protetto da pozzetto in calcestruzzo con coperchio. Le borchie sugli edifici, dovranno essere posate in un foro di adeguato diametro e fissate con malte cementizie o sintetiche. Speziali Ilario, Vismara Davide. 41

44 Nel tratto in terreno sciolto, le misure andranno eseguite con cadenza giornaliera con il fronte di scavo posto tra i 25 m precedenti e i 25 m successivi rispetto alla progressiva di ubicazione della stazione di livellazione. Successivamente continueranno con cadenza settimanale finché l incremento degli spostamenti risulterà minore di 0,5 mm/giorno. Una volta che il fronte si è allontanato oltre 25 m, sarà possibile effettuare una misura a settimana. La cadenza delle misure potrà essere ulteriormente dilatata una volta che l incremento di spostamento risulti inferiore a 0,5 mm/giorno. L elaborazione dei dati deve fornire diagrammi e tabulati che indichino, in funzione del tempo e della distanza dal fronte, gli spostamenti verticali e nel piano orizzontale, nonché grafici dei cedimenti su curve trasversali all asse e su curve longitudinali parallele all asse della galleria. Le misure con celle di carico consistono nel rilevamento e nella restituzione grafica e numerica dello stato tensionale entro il rivestimento provvisorio e quello definitivo. Saranno posizionate celle di carico al di sotto del piede delle centine e barrette estensimetriche posizionate all interno dei rivestimenti. In particolare, le tensioni sulla centina saranno misurate con barrette di tipo a corda vibrante posizionate sulle ali, mentre le tensioni nel calcestruzzo del rivestimento definitivo con barrette posizionate all estradosso e all intradosso della sezione da monitorare. Le stazioni saranno posizionate in corrispondenza delle prima tre stazioni di convergenza a partire dall imbocco sud. Il numero minimo di rilevamenti da eseguire, oltre la misura iniziale di riferimento, per ogni cella di carico o barretta estensimetrica è di una misura ogni 3 giorni con il fronte distante fino a 30 m, una misura a settimana con il fronte distante tra 30 e 60 m, una misura al mese con il fronte distante più di 60 m a getto del rivestimento definitivo avvenuto. L elaborazione dei dati deve fornire diagrammi e tabulati numerici che indichino le pressioni in funzione del tempo e della distanza dal fronte di scavo. Le misure piezometriche consistono nel rilevamento e nella restituzione grafica e numerica delle pressioni neutre mediante un apparecchiatura (piezometro) posta all interno di un foro di sondaggio. La tipologia della strumentazione sarà stabilita in accordo con il geologo in base al tipo di falda o di acquifero riscontrato. A seguito dell installazione dell apparecchiatura, si procede alla lettura di riferimento e alle Speziali Ilario, Vismara Davide. 42

45 successive, nella misura di una alla settimana fino ad un mese dopo il getto del rivestimento definitivo, una ogni 15 giorni per i 5 mesi seguenti e una al mese fino al termine dei lavori. L elaborazione dei dati deve fornire diagrammi e tabulati numerici che indichino le pressioni neutre in funzione del tempo. Si fa presente che nel seguito della progettazione, nella fase di progetto costruttivo sono state apportate dall impresa esecutrice variazioni riguardo le caratteristiche e le modalità esecutive del programma di monitoraggio descritto, in particolare vengono soppresse le misure estensimetriche di estrusione del fronte, e viene introdotto un controllo vibrometrico per il rilevamento delle vibrazioni indotte dallo scavo delle gallerie sui manufatti presenti in superficie. Speziali Ilario, Vismara Davide. 43

46 7. REALIZZAZIONE DELLE OPERE IN PROGETTO L affidamento delle realizzazione delle opere in progetto è avvenuta mediante gara d appalto bandita dalla Provincia di Bergamo, sotto forma di Appalto Integrato (Progettazione Esecutiva e Realizzazione), i lavori sono stati affidati all impresa appaltatrice la quale a provveduto ad iniziare i lavori nell autunno La progettazione esecutiva consta in una rivalutazione del progetto preliminare da parte di uno studio di progettazione nominato dall impresa affidataria dell appalto, i cui aspetti principali verranno trattati nel seguito. La progettazione esecutiva non ha richiesto ulteriori indagini geotecniche, ma si è basata sulla caratterizzazione geomeccanica dei terreni effettuata in fase di progettazione preliminare ed poi integrata in fase di progettazione definitiva. Non si è esclusa però la possibilità laddove in fase realizzativa della galleria dovessero intercettarsi le Argilliti di Solto, di prelevare dei campioni e di eseguire le necessarie prove di laboratorio per valutare il potenziale di rigonfiamento di questa formazione. La realizzazione dei lavori viene eseguita con la collaborazione di imprese subappaltatrici, le quali operano sotto indicazione di un nucleo operativo di ingegneri e tecnici di cantiere che fa capo all impresa appaltatrice. Il nucleo operativo ha il compito di gestire la commessa, ed è organizzato secondo un organo dirigenziale a cui fa capo il direttore di cantiere, ed una squadra di tecnici che si occupano delle questioni di organizzazione delle varie fasi esecutive, della contabilità, della sicurezza sul cantiere, e delle comunicazioni fra appaltatore e committente. La prima opera realizzata a seguito della cantierizzazione è stata la berlinese tirantata, la quale va vista come un opera preventiva allo scavo della galleria. La berlinese è realizzata alla base del pendio con scopo di sostenere il terreno durante ed in seguito alla realizzazione degli scavi per la formazione dell imbocco della Galleria Inzogno, situato nei depositi sciolti di versante. La berlinese consiste in una paratia di micropali affiancati, i quali vengono resi solidali nella parte superiore tramite una trave di coronamento in calcestruzzo armato. I micropali hanno un diametro esterno di 152,4 mm, spessore 12,50 mm, e interasse di 40 cm, la loro altezza è definita in funzione all altezza di scavo, raggiungendo una massimo di 21,00 metri. La presenza di tiranti in vari ordini contribuisce a ridurre gli spostamenti della berlinese e quindi del terreno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 44

47 Tale paratia è stata eseguita realizzando una pista sul versante per raggiungere la quota di imposta della trave di coronamento, a partire dalla quale sono stati realizzati i fori per l infilaggio dei micropali (Figura 7.1), successivamente iniettati con malta cementizia lungo tutto il perimetro esterno. Figura 7.1 Realizzazione dei fori per i micropali. Figura 7.2 Armatura e casseratura per la trave di coronamento. Terminata la realizzazione dei micropali e della trave di coronamento (Figura 7.2), si procede in modo sequenziale realizzando lo scavo di ribasso, gli ordini di tiranti e le relative travi di contrasto (Figura 7.3). Figura 7.3 Vista della berlinese dopo lo scavo del secondo ribasso, realizzazione secondo ordine di i tiranti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 45

48 Si sono realizzati 5 ordini di tiranti attivi ad interasse variabile, di tipo permanente, al di fuori della sezione di scavo, mentre non sono stati previsti all interno della sezione di scavo, in modo da evitare problemi e ritardi dovuti allo scarico e alla rimozione o al taglio di tali tiranti. Dalle evidenze progettuali non risulta presente un piano di controllo della tensione nei tiranti, e la relativa possibilità del tesaggio in fasi successive degli stessi. I mezzi impiegati per la realizzazione della berlinese consistono in macchine per gli scavi di ribasso ed il movimento terra quali escavatori ed autocarri, oltre ad attrezzatura specifica quali perforatori a rotopercussione per la realizzazione di micropali e tiranti. Nella Figura 7.4 si mostra il dettaglio esecutivo della berlinese, con l indicazione dell imbocco della galleria, della dima d attacco e degli ordini di tiranti che sostengono la paratia. Figura 7.4 Dettagli esecutivi della berlinese: fasi di ribasso, posizione dei tiranti, schema della dima d attacco. Si evidenzia che durante la fase esecutiva non è presente fra i documenti un apposita verifica della berlinese secondo la configurazione con due soli tiranti presente in corrispondenza della sezione di scavo, ma è presente solo una verifica della berlinese per la sezione in cui sono presenti cinque ordini di tiranti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 46

49 A parziale compensazione della mancata esecuzione dei tiranti all interno della sezione della galleria si è subito provveduto alla realizzazione del primo set di presostegni del fronte di scavo (Figura 7.5), costituito da tubi in vetroresina infilati nei fori realizzati tramite posizionatore, i quali sono successivamente iniettati con miscela cementizia a bassa pressione. Figura 7.5 Realizzazione dei fori per l inserimento dei tubi in vetroresina tramite posizionatore. Durante questa lavorazione si evidenzia che a seguito di un prolungato periodo di precipitazioni è avvenuto uno crollo di una porzione di fronte, andando a creare una cavità. L intervento previsto dai tecnici di cantiere è stato quello di riempire prontamente la cavità creatasi con spritz beton (Figura 7.6) al fine evitare ulteriori crolli ed un conseguente detensionamento del fronte e del terreno sovrastante. Figura 7.6 Cavità creatasi in seguito a precipitazioni, coperta e in seguito riempita con spritz beton. Speziali Ilario, Vismara Davide. 47

50 Completata la berlinese, la seconda fase consiste nella realizzazione del primo campo di avanzamento della galleria, che tuttavia è stata preceduta da varie lavorazioni ed interventi preparativi. Quale prima lavorazione è stata effettuata la posa della dima di attacco, la quale è costituita da due centine accoppiate tramite catene e viene saldata ed ancorata ai micropali della berlinese (Figura 7.7). Contemporaneamente alla posa della dima di attacco è stata posata anche la prima centina, la quale va a sostenere l ombrello di infilaggi che costituiscono il presostegno della calotta. Figura 7.7 Posa della prima centina costituente la dima d attacco che viene saldata ai micropali. La realizzazione degli infilaggi in calotta si è suddiviso in tre fasi distinte: una prima fase che vede il posizionamento della macchina di perforazione al centro della galleria in asse al piano dei centri, in modo tale che una volta definita l inclinazione del braccio perforatore è possibile realizzare tutti i fori senza più spostare il posizionatore stesso (Figura 7.9). Gli infilaggi sono orientati di cinque gradi verso l esterno, in modo tale da mantenere costante la sezione interna della galleria. La seconda fase risulta la realizzazione dei fori in calotta e il posizionamento dell armatura metallica costituita da tubi cilindrici (Figura 7.8). In questa fase la realizzazione dei fori non è avvenuta in successione da destra verso sinistra o viceversa, ma spaziando i fori sulla calotta in modo tale da evitare che la realizzazione di fori vicini provocasse un eccessivo detensionamento del terreno in una zona localizzata. Figura 7.8 Tubi metallici utilizzati per realizzare gli infilaggi in calotta. Speziali Ilario, Vismara Davide. 48

51 Figura 7.9 Realizzazione dei fori in calotta per gli infilaggi metallici. La terza ed ultima fase consiste nell iniezione con malta cementizia a bassa pressione dell interfaccia fra armatura metallica e terreno. A tale scopo viene realizzata una doppia incisione nella parte terminale del tubo cilindrico di armatura in modo che, durante l iniezione della malta cementizia dal fondo foro, questa sia agevolata nel risalire esternamente all armatura metallica, intasando i vuoti fra armatura e terreno. L iniezione ha termine quando la malta cementizia risale completamente lungo il perimetro esterno dell armatura fino a comparire sul fronte. L ultima operazione antecedente allo scavo del primo sfondo d avanzamento consiste nel taglio dei micropali che costituiscono la berlinese: tale operazione è stata eseguita da personale specifico con cannelli a fiamma ossidrica (Figura 7.10). Figura 7.10 Taglio dei micropali della berlinese al di sotto della dima d attacco dello scavo. Speziali Ilario, Vismara Davide. 49

52 Lo scavo della galleria, in presenza di materiali sciolti, avviene per sfondi di avanzamento di un metro (Figura 7.12) al cui termine si posiziona il sostegno provvisorio costituito da una centina in acciaio HEB 200. La rimozione del materiale dal fronte è realizzata mediante escavatore cingolato dotato di martello demolitore (Figura 7.11), mentre il materiale depositatosi al piede viene poi trasportato all esterno della galleria mediante pala gommata. Figura 7.11 Scavo del primo sfondo del primo campo mediante escavatore dotato di martellone demolitore. Figura 7.12 Scavo del primo sfondo di un metro. La centina è costituita da tre porzioni, due piedritti ed un arco di calotta (Figura 7.13) i quali sono assemblati sul posto mediante giunzioni bullonate, e posata in opera con escavatore dotato di pinza (Figura Speziali Ilario, Vismara Davide. 50

53 7.16). Il collegamento alla centina precedente avviene tramite catene (Figura 7.14), consistenti in barre di acciaio cilindriche piegate a novanta gradi agli estremi, le quali vengono agganciate tramite attacchi predisposti sull anima della centina (Figura 7.15). Figura 7.13 Porzioni di centine non ancora assemblate. Figura 7.15 Attacco per catene di collegamento tra le centine. Figura 7.14 Centine poste in opera e unite tramite catene. Il posizionamento planimetrico della centina segue la direzione imposta dal presostegno, in quanto questa viene posta il più possibile a contatto con gli infilaggi, in modo da fornire un immediato sostegno e limitarne gli spostamenti. Figura 7.16 Posizionamento della centina tramite escavatore dotato di pinza. Speziali Ilario, Vismara Davide. 51

54 Una volta resa solidale la centina con quella precedente e con il presostegno, si prosegue nella realizzazione del rivestimento provvisorio applicando un primo strato di spritz beton fibrorinforzato. Lo spritz viene eseguito tramite un gruppo pompante posto su carro fuoristrada dotato di braccio telescopico in grado di raggiungere ogni punto del fronte e della calotta (Figura 7.17). La proiezione del calcestruzzo preconfezionato avviene mediante un pennello posto sulla parte terminale del braccio, il cui movimento automatico circolare ne garantisce una distribuzione uniforme. Figura 7.17 Carro su cui è montato il gruppo pompante per lo spritz beton. L applicazione del primo strato di calcestruzzo, permette di sostenere il terreno posto fra le due centine, in modo da evitarne locali distacchi. La presa del calcestruzzo viene anticipata aggiungendo degli acceleranti di presa liquidi, che vengono immessi durante la proiezione del calcestruzzo stesso. Qualora durante gli scavi si dovessero verificare degli scavernamenti, in particolare alle reni, si interviene tamponando la cavità creatasi tramite spritz beton ed applicando una doppia maglia di rete elettrosaldata all estradosso delle centine (Figura 7.19). Ai fini della sicurezza delle maestranze, qualora il fronte sia soggetto a naturali franamenti o distacchi, dovuti alla presenza di ghiaie e sabbie sciolte, o venute d acqua, è prassi applicare uno strato di calcestruzzo fibrorinforzato per sostenere il materiale al fronte prima di procedere alla posa della centina (Figure 7.18 e 7.20). Speziali Ilario, Vismara Davide. 52

55 Figura 7.18 Fronte di scavo ricoperto con spritz beton per evitare distacchi al fronte. Figura 7.19 Svuotamento delle reni tamponata con rete metallica Figura 7.20 Rivestimento del fronte con spritz beton prima di realizzare e spritz beton. gli infilaggi del campo successivo. Terminato il primo sfondo di avanzamento, si procede sequenzialmente nella realizzazione dei successivi fino al completamento del campo di nove metri, per poi riprendere la realizzazione dei presostegni. Ad ogni successivo sfondo di avanzamento corrisponde una centina di misura diversa e crescente a causa dell inclinazione degli infilaggi, pertanto dopo lo scavo dell intero campo di avanzamento la forma dello Speziali Ilario, Vismara Davide. 53

56 stesso sarà tronco-conica, ed assumerà la forma cilindrica finale in seguito al getto del rivestimento definitivo (Figura 7.21). Figura 7.21 Fase di scavo eseguita per sfondi di un metro, con successiva posa delle centine. Durante la realizzazione del secondo sfondo di avanzamento del secondo campo, si sono propagate delle fessure sullo spritz beton dovute alla spinta del terreno agente sul rivestimento provvisorio (Figura 7.22). Figura 7.22 Formazione di fessure nello strato di spritz beton. Speziali Ilario, Vismara Davide. 54

57 Si è deciso allora di anticipare la realizzazione dell arco rovescio rispetto a quanto previsto nel progetto esecutivo. Tale intervento permette di chiudere la sezione resistente in modo tale da bloccare il movimento al piede delle centine. L intervento è consistito nello scavo di 5 ml di arco rovescio a partire dall imbocco, la formazione del piano di posa con calcestruzzo di sottofondazione (Figura 7.23), la posa in opera secondo progetti esecutivi delle armature metalliche (Figura 7.24), ed il getto di calcestruzzo preconfezionato per completare l opera (Figura 7.25). A seguito di questo intervento si è optato di adottare come metodologia di avanzamento quella di realizzare l arco rovescio subito dopo aver terminato ogni campo di avanzamento. Figura 7.23 Fase di realizzazione del piano di posa dell arco rovescio. Figura 7.24 Posa in opera dell armatura metallica dell arco rovescio. Figura 7.25 Getto del calcestruzzo preconfezionato. Figura 7.26 Il calcestruzzo ha fatto presa e si può procedere allo scavo. Terminate le operazioni di scavo del secondo campo di avanzamento, prima di procedere con la realizzazione degli interventi di presostegno per il terzo campo si sono applicati cinque punti di lettura per la misura delle convergenze del cavo sulla centina n. 7, posta a 15 metri dall imbocco. Speziali Ilario, Vismara Davide. 55

58 La successiva stazione di convergenza è stata posizionata sulla centina n. 5 del terzo campo di avanzamento ad una distanza di 7 metri dalla stazione precedente. In relazione al piano di monitoraggio previsto in fase di progettazione esecutiva dalla stessa impresa esecutrice dei lavori, si sono apportate alcune modifiche senza precisarne la motivazione. In sostanza si è deciso di ridimensionare il piano di monitoraggio previsto, in particolare sono state soppresse le misure estensimetriche dalla superficie, le misure della pressione con celle di carico e le misure piezometriche. Il piano di monitoraggio effettivamente eseguito ha previsto un controllo topografico dei cedimenti con stazione totale di punti fissi in superficie (Figura 7.27), stazioni di convergenza sistematiche per l intero sviluppo della galleria e rilievo geologico sistematico dei fronti di scavo. Figura 7.27 Planimetria dei punti di monitoraggio superficiali, con la posizione delle sezioni di convergenza. Le letture sono state eseguite dalla squadra di topografi selezionati dall impresa esecutrice, mediante livellazioni trigonometriche, con cadenza di rilevamento giornaliero. Le misure sono state poi rielaborate in modo da poter monitorare gli spostamenti in superficie e del cavo della galleria durante il susseguirsi delle operazioni di scavo. Per quanto riguarda il monitoraggio delle strutture preesistenti in superficie, in particolare dei due tralicci dell alta tensione posti sul pendio, si sono applicate delle mire ottiche sui quattro prismi di fondazione di ogni traliccio (Figure 7.28 e 7.29). Anche per i tralicci le letture sono state rielaborate al fine di monitorare gli spostamenti planimetrici ed altimetrici di ogni prisma di fondazione. Speziali Ilario, Vismara Davide. 56

59 Figura 7.28 Mire ottiche poste sui prismi di fondazione dei due tralicci dell alta tensione. Figura 7.29 Vengono mostrati i due tralicci dell alta tensione presenti in prossimità dell imbocco della galleria. In appendice E, viene riportata una breve descrizione delle macchine utilizzate per realizzare lo scavo e i sostegni provvisori della galleria, oltre agli strumenti usati per effettuare il monitoraggio in corso d opera. Speziali Ilario, Vismara Davide. 57

60 8. PROBLEMATICHE EMERSE IN FASE DI ESECUZIONE La presenza in cantiere ci ha permesso di comprendere la modalità di applicazione pratica di un progetto, di apprendere gli aspetti relativi all organizzazione del cantiere, ai rapporti fra impresa e committenza e di conoscere le attrezzature ed i mezzi d opera impiegati. Inoltre abbiamo assistito all insorgere di problematiche inaspettate ed alla loro soluzione diretta al fine della prosecuzione dei lavori. Tra le principali problematiche manifestatesi durante il periodo di nostra presenza possiamo segnalare e discutere i seguenti casi. Come accennato in precedenza, a seguito di copiose precipitazioni si è verificato uno sfornellamento del fronte a tergo della berlinese, poco prima l inizio dello scavo del primo campo d avanzamento. Questo ha causato il generarsi di una cavità che ha portato un detensionamento del fonte di scavo posto ai piedi del pendio. Si è provveduto al tamponamento della cavità riempiendola con spritz beton, armando la superficie a contatto della berlinese con un foglio di armatura metallica. Figura 8.1 Cavità creatasi in seguito a precipitazioni, coperta e in seguito riempita con spritz beton. Successivamente un fenomeno simile si è ripetuto durante gli scavi di avanzamento della galleria: in particolare durante un turno notturno, una porzione di fronte si è staccata durante le operazioni di preparazione alla posa di una centina. Dalle nostre considerazioni, pare che il susseguirsi di precipitazioni ha portato ad una aumento delle venute d acqua in galleria ed in particolare al fronte dove la presenza di una zona di terreno limoso potrebbe aver impedito il drenaggio dell acqua, generando un aumento di pressione neutra nella porzione di fronte e provocando il distacco di una massa di terreno (Figura 8.2). Speziali Ilario, Vismara Davide. 58

61 Sospese le lavorazioni, si è subito provveduto a sostenere il fronte con una strato di spritz beton, al fine di garantire un adeguata sicurezza nella realizzazione delle successive lavorazioni. Figura 8.2 Distacco di una porzione di terreno al fronte, subito sostenuto tramite spritz beton. Entrambi gli eventi sono avvenuti a seguito di un periodo di precipitazioni intense, pertanto risultano di difficile previsione. Non risultano presenti nelle relazioni di progetto indicazioni sugli interventi da adottare nel caso in cui si verificano queste situazioni. Ne segue che le soluzioni adottate sono state scelte dai tecnici di cantiere, i quali hanno operato secondo le loro conoscenze e la loro esperienza lavorativa. Come seconda problematica sorta durante lo scavo di sfondamento si riporta l intercettazione dei tiranti del secondo ordine della berlinese durante lo scavo sia del primo che del secondo campo d avanzamento (Figura 8.3). Dalle tavole progettuali della berlinese risulta che i tiranti del secondo ordine, posti sopra l imbocco avrebbero dovuto essere orizzontali, in modo tale da non interferire con lo scavo della galleria. Figura 8.3 Tirante troppo basso che è finito all interno della sezione di scavo ed è stato tagliato. Speziali Ilario, Vismara Davide. 59

62 Probabilmente si pensa che durante la realizzazione dei fori per la posa dei tiranti, non sia stato considerato che l asta di perforazione nel suo avanzamento tendeva ad abbassarsi a causa del peso proprio, e quindi alcuni tiranti sono stati rinvenuti in galleria durante gli scavi. A questo punto, vista l impossibilità di proseguire con le lavorazioni si è deciso di tagliare i tiranti rinvenuti modificando così le condizioni di carico sulla berlinese. Le circostanze del momento, l impossibilità di bloccare le lavorazioni e la poca sensibilità degli addetti hanno fatto si che nessuno provvedesse prima del taglio dei tiranti ad eseguire una verifica della berlinese nella nuova configurazione. Con riferimento alla realizzazione dei presostegni, si riportano le principali difficoltà operative riscontrate durante la loro l esecuzione, e le principali difformità che abbiamo potuto apprezzare con riferimento alla ipotesi e schematizzazioni che si adottano nella fase di progettazione. Durante la realizzazione degli infilaggi al fronte (Figura 8.4), si verificava la chiusura del foro quando veniva estratta l asta di perforazione, impedendo quindi di posizionare il tubo in vetroresina. Ciò comportava di dover eseguire più passaggi dell asta di perforazione fino a quando questa non entrasse nel foro liberamente senza trovare l ostruzione di ciottoli che chiudevano il foro (Figura 8.5). Figura 8.4 Realizzazione tramite posizionatore dei fori per i tubi vtr. Figura 8.5 Ciottoli crollati nel foro che impediscono la posa del tubo vtr. Si proseguiva nella realizzazione del successivo foro, ad una distanza ipotizzata tale da non provocare la chiusura del foro precedentemente eseguito. Fatti alcuni fori, venivano inseriti i tubi in vetroresina. In alcuni casi l impossibilità di inserire completamente il tubo in vetroresina veniva ovviata tagliando il tubo il quale risultava a questo punto più corto rispetto alle indicazioni di progetto. Speziali Ilario, Vismara Davide. 60

63 Un ulteriore aspetto che rendeva particolarmente difficoltose e lente le operazioni era legato all efficienza delle attrezzature presenti in cantiere, in particolare l assenza di due gruppi di produzione di aria indipendenti faceva si che non si potesse operare contemporaneamente la perforazione e l iniezione al fronte. Quindi eseguiti una decina di fori ed inseriti i tubi in vetroresina si proseguiva all iniezione tramite malta cementizia, la quale però in alcuni casi non riusciva ad intasare completamente il tubo sia perché la pressione di iniezione e il quantitativo di malta iniettato, a detta dell ingegnere di cantiere, fossero inferiori a quelli necessari per il tipo di terreno presente in sito, ma in particolare perché il foro tendeva a chiudersi in più punti. Quindi trovando ostruzione, la malta cementizia si disperdeva nel terreno scegliendo altre vie preferenziali visto che il terreno era costituito da sabbie e ghiaie poco addensate, e quindi molto permeabili. La mancata iniezione del tubo in vetroresina appariva durante le operazioni di scavo del fronte, dove si notavano tratti di tubi non iniettati o porzioni di terreno vicino al foro cementate a dimostrazione che la malta cementizia fosse fluita in altre vie preferenziali rispetto al foro (Figura 8.6). Figura 8.6 Vista dei tubi in vetroresina durante lo scavo. Da segnalare un ulteriore disagio causato dal sottodimensionamento del posizionatore utilizzato per le lavorazioni: in particolare, essendo troppo piccolo, era necessario ogni qual volta bisognasse realizzare le Speziali Ilario, Vismara Davide. 61

64 opere di presostegno, realizzare una rilevato per rialzare la macchina di circa un metro dal piano di campagna in modo tale che questa potesse raggiungere i punti più alti in calotta (Figura 8.7). Figura 8.7 Posizionatore in opera posto su di un piano rialzato. Inoltre, dato che il posizionatore non veniva allineato con il piano dei centri, non è stato possibile realizzare tutti i fori da un'unica posizione centrale, ma è stato necessario eseguire i fori spostando varie volte la macchina. Durante la realizzazione degli infilaggi in calotta, oltre alla solita problematica di chiusura del foro e della non omogeneità dell iniezione, si riscontrano difficoltà esecutive riguardo al corretto orientamento degli infilaggi che formavano l ombrello protettivo. In particolare, si sono registrati degli infilaggi troppo bassi che finivano all interno dell area di scavo, i quali dovevano essere tagliati per poter posizionare le centine (Figura 8.8). Figura 8.8 Infilaggi in calotta intercettati dallo scavo e tagliati per consentire la posa delle centine. Speziali Ilario, Vismara Davide. 62

65 Per quanto riguarda la posa delle centine, non si sono evidenziati particolari problemi nelle operazioni di montaggio, se non alcuni ritardi dovuti alle interferenze con i tiranti della berlinese e con gli infilaggi in calotta, come in precedenza riportato. Tuttavia, un aspetto che riteniamo di notevole importanza riguarda interfaccia fra centina e terreno: si riscontra come il piedritto della centina non sia mai a contatto con il terreno, ma si formi sempre una cavità, la quale viene riempita con calcestruzzo proiettato (Figura 8.9). Figura 8.9 Cavità generatasi alle spalle dei piedritti, ricoperta di spritz beton per evitare ulteriori distacchi. Inoltre visto il non perfetto allineamento in calotta degli infilaggi, risulta pressoché impossibile che tutti gli infilaggi metallici risultino a contatto con l estradosso della centina una volta che questa è posta in opera, ma solo nel seguito con l avanzamento degli scavi e con il cedimento del presostegno, questi si disporranno a contatto con la centina (Figura 8.10). Figura 8.10 Non perfetto allineamento degli infilaggi, assenza del contatto con la centina. Speziali Ilario, Vismara Davide. 63

66 Come ultima osservazione sulla posa in opera delle centine, osserviamo che il piano di posa della centina è costituito da materiale rimaneggiato durante gli scavi, il quale viene poi regolarizzato alla giusta quota di posa tramite lastre di pietra recuperate in loco o con masselli di legno (Figura 8.11). Si tratta quindi di un piano precario, il quale non potrà che subire un assestamento al momento in cui la centina verrà caricata. Figura 8.11 Piano di posa della centina con materiale rimaneggiato, regolarizzazione con masselli di legno. Data la presenza in superficie in asse alla galleria del traliccio dell alta tensione, il problema dei cedimenti di tale struttura veniva considerato con grande attenzione nel corso delle operazioni di scavo. Non essendo tuttavia presente fra i documenti di progetto un piano di valutazione dei cedimenti superficiali del traliccio, non era definito un livello di cedimento limite raggiunto il quale si sarebbero dovute applicare particolari interventi ne il tipo stesso di interventi. Con cadenza giornaliera il responsabile dei lavori, nominato dall impresa esecutrice si manteneva informato sull andamento dei cedimenti, e relazionando con l ingegnere incaricato di redigere il progetto esecutivo valutava la necessità di intervenire modificando la metodologia di scavo o se continuare nell avanzamento senza eseguire delle variazioni. Dalle rielaborazione dei dati di monitoraggio giornalieri, si evidenziava che man mano ci si avvicinava con lo scavo della galleria le quattro mire posizionate ai piedi del traliccio registravano un incremento di spostamento sia planimetrico che altimetrico. Speziali Ilario, Vismara Davide. 64

67 In particolare, a seguito di un periodo di abbondanti precipitazioni, tenuto conto che i campi di avanzamento 4 e 5 sarebbero stati eseguiti proprio al di sotto del traliccio, visti i cedimenti fino a quel punto registrati e l andamento crescente degli stessi, si è ritenuto opportuno intensificare i presostegni per evitare l innesco di rilasci e crolli localizzati che avrebbero potuto comportare ripercussioni sulle strutture superficiali. Si è deciso dunque, a parità di lunghezza degli infilaggi metallici e dei tubi in vetroresina, di limitare a sei metri la lunghezza dei campi di avanzamento 4 e 5 in modo tale da incrementare la sovrapposizione dei presostegni. Si è inoltre ridotto l interasse degli infilaggi metallici di calotta da 0,45 a 0,33 metri, passando dunque da 45 a 63 infilaggi per campo, e si è incrementato il numero di consolidamenti al fronte da 33 a 53 tubi iniettati in vetroresina (Figura 8.12). Inoltre si è previsto di realizzare il getto dell arco rovescio al termine dello scavo di ogni campo d avanzamento al fine garantire la chiusura della sezione resistente. Figura 8.12 Sezione della galleria modificata nei campi 4 e 5 infittendo il numero di infilaggi in calotta e i tubi vtr al fronte. Infine, riguardo alle misure di monitoraggio, si sono registrate difficoltà nelle letture delle convergenze della galleria dovute alla poca attenzione degli addetti ai lavori relativamente alla presenza delle mire, alcune delle le quali sono state più volte urtate, compromettendo così la valutazione delle convergenze nel tempo e rendendo inutili le misure effettuate fino a quel momento. Speziali Ilario, Vismara Davide. 65

68 9. OSSERVAZIONI SULLE SCELTE PROGETTUALI Nel presente capitolo vengono riportate alcune considerazioni riguardo le scelte adottate dai progettisti durante le fasi di progettazione definitiva ed esecutiva. In particolare vengono proposti alcuni aspetti che portano a delle scelte discutibili, le quali poi saranno analizzate nel proseguo del testo. Come primo aspetto considerato, riportiamo che durante la caratterizzazione dei materiali sciolti all imbocco sud della Galleria Inzogno, sono state eseguite delle prove di taglio diretto su provini ricostituiti prelevati dal sondaggio sub orizzontale S2 ad una quota compresa fra 18,50 e 19,00 metri. Dalla prova è stata ricavata una stima dell angolo di attrito del terreno, senza però indicare il valore della densità relativa del campione, che avrebbe dovuto essere analogo a quello del terreno in sito al fine di ottenere una valutazione sensata del parametro di resistenza. Inoltre il provino è stato realizzato con materiale avente dimensione inferiore a 4,76 millimetri, trascurando dunque la reale composizione del terreno in sito. In relazione alle prove penetrometriche dinamiche eseguite con campionatore a punta aperta, si riportano dalle relazioni di progetto l esecuzione di numero 2 prove SPT nel foro del sondaggio S1, ed altrettante nel foro del Sondaggio S3, per le quali viene riportato in numero di colpi necessari per fare avanzare la punta negli ultimi 30 cm di terreno. Nel susseguirsi delle considerazioni progettuali si nota come non vengano riportate indicazioni sulla tipologia dei macchinari utilizzati, ed inoltre non viene riportata nessuna indicazione sul tipo di procedimento adottato per definire la stima dell angolo d attrito del terreno a partire dai risultati di questa prova. In particolare non si riportano eventuali correlazioni empiriche utilizzate, e tanto meno viene fatto riferimento al valore di densità relativa attribuita alla porzione di terreno indagata. Inoltre, nelle relazioni progettuali degli interventi di sostegno della galleria, tra i parametri del terreno viene indicato un valore del modulo elastico. Tuttavia, andando a ripercorrere le prove effettuate per caratterizzare i materiali, contenute nella relazione delle indagini, non viene descritto come e attraverso quali prove viene ricavato tale valore. Un ulteriore aspetto riguarda il dimensionamento dei sostegni del fronte. In questo caso è previsto di trasferire al terreno una pressione stabilizzante mediante un sistema di infilaggi in tubi di vetroresina Speziali Ilario, Vismara Davide. 66

69 iniettati, il cui numero viene calcolato con riferimento alla resistenza a trazione limite del tubo. Si nota come non venga riportata una verifica allo sfilamento del tubo in vetroresina. Anche la verifica degli infilaggi metallici in calotta vede l adozione di scelte discutibili, in particolar modo si evidenzia una schematizzazione dell armatura metallica come una trave fra due incastri, di lunghezza due metri. Si può osservare come l assunzione degli incastri agli estremi non sia corretta in quanto si possono verificare sia cedimenti che rotazioni. Inoltre adottando questa schematizzazione risulta arbitraria la definizione della lunghezza della trave equivalente al sostegno. Per quanto riguarda la definizione della pressioni verticali ed orizzontali agenti sul fronte e sui sostegni, si osserva l utilizzo del metodo basato sulla Teoria del Silo di Terzaghi, il quale si basa sull Analisi Limite, trascurando la possibilità di valutare le pressioni adottando metodi numerici basati sul metodo agli elementi finiti. Nel dimensionamento del rivestimento definitivo non si considera il contributo resistente del rivestimento provvisorio, sovradimensionando così il rivestimento definitivo rispetto a quanto effettivamente necessario. Inoltre si considerano identiche le pressioni agenti all istante di posa del rivestimento provvisorio con quelle agenti alla realizzazione del rivestimento definitivo. Il progetto inoltre non ha previsto analisi, sia semplificate che di tipo numerico, allo scopo di valutare i cedimenti delle strutture esistenti nell area influenzata dallo scavo della galleria e non sono state fornite indicazioni sull entità massima accettabile di tali spostamenti. Di conseguenza, in corso d opera, si sono semplicemente registrati i movimenti indotti dalle operazioni di scavo e le considerazioni sull evoluzione del comportamento del terreno sono state fatte in funzione della misura di spostamenti superficiali e convergenze interne del cavo. Dunque, si evince che gli adeguamenti apportati in fase costruttiva siano frutto dell esperienza e dalle sensazioni del progettista, e non di una verifica di tipo numerico. Riguardo il piano di monitoraggio, si osserva la poca sensibilità dell impresa all applicazione del piano di monitoraggio previsto sia nel progetto definitivo che in fase di progettazione esecutiva. Infatti, buona parte della misure previste sono state eliminate attraverso una proposta di variante in fase costruttiva: in particolare, le misure estensimetriche, le misure piezometriche e le misure con celle di carico e barrette Speziali Ilario, Vismara Davide. 67

70 estensimetriche applicate sui rivestimenti provvisorio e definitivo. Inoltre durante la fase costruttiva della galleria non è stata eseguita nessuna misura dei parametri caratteristici dei materiali attraversati, rendendo così impossibile la verifica dell adeguatezza delle ipotesi adottate in fase di progetto riguardo al comportamento di tali materiali. Emerge perciò un arbitrarietà nella valutazione dell efficacia del metodo di costruzione adottato, vista l assenza di misure dei parametri geotecnici da confrontare con le ipotesi di progetto e l assenza di analisi dei cedimenti. Per questi motivi non è stato possibile quantificare quanto le modifiche progettuali e gli adeguamenti apportati hanno influito sulle reali condizioni dell opera. Speziali Ilario, Vismara Davide. 68

71 10. CASE HISTORY Si prenderanno ora in considerazione soluzioni progettuali e tecnologiche differenti rispetto a quelle adottate nel progetto e nella realizzazione della Variante all abitato di Zogno di cui si è discusso in precedenza. In particolare, dalla ricerca in letteratura si sono ricavati articoli che descrivono metodi alternativi di consolidamento e presostegno del fronte di scavo e della calotta adottati in altre gallerie, che si sono rivelati efficaci. TUNNEL COLLETTORE DI ACQUA PIOVANA A BEIRUT, LIBANO Si tratta di un tunnel per la raccolta dell acqua piovana di lunghezza 1,6 km con un area della sezione di circa 21 m 2. Tale galleria passa al di sotto di sobborghi pesantemente urbanizzati, dove un collasso o cedimenti elevati avrebbero avuto serie conseguenze. Figura 10.1 Profilo geologico lungo il tracciato del tunnel collettore a Beirut. Le formazioni litologiche incontrate sono mostrate nel profilo in Figura 10.1, basato su un programma di indagini precedenti e contemporanee alla realizzazione, derivato dai risultati di 35 sondaggi. Tale programma di indagini ha mostrato che il terreno incontrato lungo il tracciato del tunnel era molto eterogeneo. Si sono incontrate tre diverse litologie: sabbia ben selezionata, sabbia limoso-argillosa e sabbia cementata. La permeabilità di tali materiali è risultata mediamente variabile tra 10-2 e 10-3 cm/s, raggiungendo anche 10-4 cm/s per le sabbie limoso-argillose. Speziali Ilario, Vismara Davide. 69

72 Si è ritenuto che l utilizzo di TBM non fosse appropriato a causa della grande variabilità dei materiali e della possibilità di incontrare sezioni o zone in cui il fronte sarebbe stato in condizioni di litologia mista tra quelle individuate, con porzioni di sabbia sciolta e porzioni di sabbia fortemente cementata. Per ragioni economiche, oltre che per la possibilità di avere condizioni di litologia mista al fronte, si è deciso di procedere con uno scavo tradizionale, appropriato per ogni diverso tipo di terreno, seguendo le indicazioni del NATM. Nello specifico, inizialmente è stato deciso di realizzare un rivestimento temporaneo costituito da cm di calcestruzzo proiettato, rete metallica, centine e bulloni, le cui disposizioni specifiche erano variate in funzione delle condizioni incontrate in sito. Il rivestimento definitivo previsto consisteva in calcestruzzo non armato messo in opera attraverso una cassaforma speciale. Durante lo scavo, le principali problematiche incontrate sono state: - Stabilità del fronte e della calotta nei tratti in sabbia sciolta - Problemi di scavo e stabilità della calotta dovute a condizioni di fronte misto con sabbia sciolta e sabbia fortemente cementata - Intercettazione di cavità di dimensioni variabili contenenti sabbia sciolta all interno delle sabbie cementate - Intercettazione di acqua di infiltrazione che avrebbe potuto ridurre la stabilità del fronte In particolare, si sono verificati due fenomeni di collasso del fronte durante l avanzamento dello scavo. Il primo è avvenuto a circa 30 metri dal portale dove si è verificato un passaggio inatteso da sabbia limosoargillosa a sabbia sciolta. Il secondo collasso è stato dovuto al flusso di acqua di infiltrazione al fronte derivante dalla rottura di una tubazione. Questi due fenomeni hanno provocato avvallamenti superficiali notevoli, aventi dimensioni di circa 6 metri di diametro e 2 di profondità. Ci sono poi stati fenomeni di collasso localizzati e di minore entità in corrispondenza delle zone a fronte misto. Dopo aver preso in considerazione la possibilità di realizzare infilaggi metallici creando un ombrello in calotta, per ridurre i tempi di realizzazione e poiché la realizzazione di infilaggi creava grande ingombro in Speziali Ilario, Vismara Davide. 70

73 prossimità del fronte di scavo, si è deciso di pretrattare il terreno con iniezioni di consolidamento che avrebbero consentito un avanzamento più sicuro e rapido. A questo scopo sono state fatte numerose prove in sito e test di laboratorio, per sviluppare una miscela di iniezione efficace, tenendo conto della permeabilità della sabbia. L obiettivo principale era sviluppare una miscela che in poco tempo desse al terreno una coesione sufficiente dopo essere penetrata rapidamente a bassa pressione. In seguito ai test realizzati, si è scelta una miscela di iniezioni chimiche a base di silicati e si è stimato che la resistenza del terreno trattato risultava caratterizzata da una coesione media di 130 kn/m 2 e un angolo di attrito pari a 35. Infine, si è valutato lo spessore minimo necessario della zona trattata con iniezioni attraverso una procedura tipo analisi limite. Da questa è risultato che lo spessore minimo doveva essere pari ad 1 metro, considerando le caratteristiche di resistenza sopra indicate. Per realizzare una zona consolidata dello spessore richiesto, sono state presi in considerazione due schemi di iniezione, usati entrambi in diverse porzioni di galleria: realizzazione di iniezioni dalla superficie o realizzazione delle iniezioni dal fronte di scavo. Il primo schema ha dunque incluso la trivellazione di fori verticali di profondità variabile tra 15 e 25 metri, ad interasse 0,8 metri (Figura 10.2). La miscela di iniezione è stata pompata a bassa pressione nella quantità di 0,25 m 3 per foro. Successivamente si è realizzato un secondo giro di iniezioni ancora di 0,25 m 3 per foro e i fori sono poi stati riempiti con malta cementizia. Il vantaggio principale di questo schema è stata la possibilità di operare i lavori di iniezione molto più avanti del fronte di scavo, comportando una buona velocità di avanzamento dello scavo e riducendo i cedimenti superficiali. Tuttavia iniettare dalla superficie ha provocato disturbi alle attività di superficie come anche ai servizi e inoltre ha portato ad un maggiore consumo di materiale. Speziali Ilario, Vismara Davide. 71

74 Figura 10.2 (a) Schema planimetrico delle iniezioni dalla superficie a interasse 0,8 metri. (b) Sezione trasversale dello schema di iniezione, arco consolidato intorno alla galleria. Per questi motivi, dopo aver utilizzato questo schema per circa 70 metri, è stato deciso di passare allo schema di consolidamento dal fronte (Figura 10.3). In questo caso l iniezione è stata realizzata secondo le seguenti fasi: - Stabilizzazione del fronte tramite 5 cm di spritz beton - Perforazione di fori di lunghezza 9 metri e diametro 15 cm, come disposti in figura - Installazione dei tubi di iniezione in PVC - Iniezione attraverso i tubi in PVC a basse pressioni ( 2-4 bar) Speziali Ilario, Vismara Davide. 72

75 - Inizio del ciclo successivo di iniezioni dopo lo scavo di 7 metri in modo da avere 2 metri di sovrapposizione degli interventi di consolidamento Lo scavo successivo ha mostrato la zona iniettata e ha consentito di verificare che lo spessore della porzione trattata superava il valore minimo di 1 metro. Rispetto allo schema precedente, sono stati eliminati gli effetti di disturbo delle attività in superficie e inoltre si è potuto ridurre il consumo di miscela di iniezione. Figura 10.3 Sezione trasversale delle iniezioni dal fronte. Questi interventi hanno consentito di avere condizioni di scavo molto buone per la lunghezza restante della galleria senza ulteriori incidenti e hanno reso possibile un avanzamento più rapido dello scavo, dell ordine di 3-4 metri al giorno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 73

76 GALLERIA FERROVIARIA IN LOCALITA CAMPIOLO SULLA LINEA UDINE-TARVISIO Si tratta di una galleria ferroviario a doppio binario realizzata nel 1983 e inserita nella linea Udine-Tarvisio (Figura 10.4). In località Campiolo, il terreno era costituito da detriti di falda con blocchi lapidei di dimensioni anche notevoli in una matrice limoso sabbiosa, che dunque poteva presentare notevoli difficoltà relative alla stabilità del fronte di scavo. Prima di allora, situazioni analoghe venivano affrontate procedendo con sezioni parzializzate o cercando di sostenere lo scavo con centine e marciavanti, avendo tuttavia grandi difficoltà operative. Questi metodi e tecnologie non escludevano la possibilità di avere sfornellamenti e non garantivano la sicurezza degli operai. Un alternativa era consolidare il terreno con iniezioni tradizionali a bassa pressione, ma tale soluzione risultava spesso poco economica e incerta poiché risultava difficile controllare la diffusione di miscela nel terreno. Lo sviluppo, negli anni precedenti, della tecnologia del jet-grouting permise di ottenere una soluzione pratica per risolvere tali problemi. Si decise di applicare questa tecnologia, in orizzontale, in modo da creare un arco di terreno consolidato dotato di buona resistenza, in corrispondenza del profilo di scavo e in avanzamento rispetto al fronte. Si ottenevano così due effetti: - Si creava un ombrello di protezione del terreno costituente il nucleo, in direzione longitudinale - Si assicurava, in direzione trasversale, un precontenimento tale da generare un effetto arco intorno alla galleria e da impedire le deformazioni associate ad una diminuzione degli sforzi radiali Figura 10.4 Imbocco della galleria in località Campiolo, sulla linea Udine-Tarvisio. Speziali Ilario, Vismara Davide. 74

77 L intervento di consolidamento e lo scavo della galleria sono dunque avvenuti secondo quattro fasi distinte: - Trattamento con jet-grouting della calotta con 41 colonne di terreno consolidato di lunghezza 13 metri e inclinazione 9 rispetto all asse della galleria, con interasse di cm (Figura 10.5); Figura 10.5 Profilo longitudinale di scavo nella zona di imbocco in cui si mostrano le colonne in jet grouting. - Avanzamento a mezza sezione per circa 10 metri e immediato sostegno dello scavo con centine, rete elettrosaldata e spritz beton di spessore cm; - Esecuzione del successivo tratto di colonne di terreno consolidato in avanzamento e trattamento dei piedritti nel tratto scavato con colonne subverticali lunghe circa 2 metri e distribuite in funzione delle condizioni del terreno (Figura 10.6); - Scavo dello strozzo nel tratto già consolidato, protezione delle pareti con spritz beton e successiva realizzazione del rivestimento definitivo. Figura 10.6 Vista delle colonne di jet grouting in avanzamento e ai piedritti. Speziali Ilario, Vismara Davide. 75

78 Nel complesso i trattamenti di consolidamento hanno riguardato circa 170 metri di galleria con coperture variabili tra 7 e 70 metri. L avanzamento dello scavo è avvenuto in completa sicurezza con una velocità media di circa 2 metri al giorno. I principali svantaggi di questa tecnologia sono: - Un aumento della complessità di organizzazione del cantiere in quanto il jet-grouting necessita di macchinari e fasi di lavoro specifici (sonda per trattamenti in calotta, sonda per trattamenti dei piedritti, impianti di produzione della miscela e di iniezione) che vanno ad interferire con le altre lavorazioni. - È necessario arrestare il trattamento di iniezione ad alta pressione almeno 3 metri dal fronte per evitare lo sfondamento e il crollo del fronte, con la successiva necessità di rafforzarlo con rete elettrosaldata e spritz beton. - Non è possibile proseguire subito dopo il trattamento con le operazioni di scavo e sostegno, perché è necessario aspettare la maturazione delle miscele iniettate. D altra parte, questa tecnologia ha sicuramente il vantaggio di fornire una notevole sicurezza in quanto tutte le operazioni di consolidamento sono in avanzamento e le maestranze lavorano sempre al di sotto dell arco consolidato e sostenuto dal rivestimento provvisorio. Speziali Ilario, Vismara Davide. 76

79 SOTTOPASSO DELLA TANGENZIALE EST DI MILANO DA PARTE DELLA LINEA 3 DELLA METROPOLITANA Nella realizzazione del lotto 3 della linea 3 della metropolitana di Milano, il tracciato della galleria di linea interferiva con quello della Tangenziale Est. Per evitare interruzioni al traffico, è stato previsto di passare al di sotto del rilevato stradale su cui è realizzata la tangenziale realizzando un tratto di galleria di circa 70 m (Figura 10.7). Figura 10.7 Planimetria, sezione trasversale e profilo longitudinale del sottopasso della Tangenziale Est da parte della Linea 3. I principali obiettivi progettuali erano la completa stabilità dello scavo in ogni fase esecutiva e la limitazione delle deformazioni e dei cedimenti superficiali. Le coperture ridotte (circa 8 metri) e la natura del terreno (limo e sabbie limose) hanno reso necessari opportuni interventi di consolidamento e metodologie operative tali da garantire una buona resistenza del materiale trattato senza però indurre sollevamenti o flusso verso la superficie delle miscele utilizzate. Per questi motivi, si è scelto di impiegare la tecnologia del jet-grouting in avanzamento piuttosto che le iniezioni tradizionali, che si sarebbero dovute realizzare dalla Speziali Ilario, Vismara Davide. 77

80 superficie, bloccando il traffico, o in alternativa da un preforo. Il jet-grouting permette di ottenere colonne di terreno consolidato, senza provocare sollevamenti o rotture in superficie, se sottoposte ad un attento controllo. L avanzamento dello scavo è avvenuto da due fronti contrapposti e a sezione parzializzata scavando inizialmente la porzione di galleria al di sopra del piano dei centri. L esecuzione ha visto alternanza dei trattamenti sub-orizzontali con iniezioni ad alta pressione sul perimetro dello scavo per una lunghezza di 12 metri e dello scavo di porzioni di 6 metri con immediata realizzazione del rivestimento provvisorio con centine, rete elettrosaldata e spritz beton. L intervento ha permesso di creare una fascia di terreno consolidato di notevole spessore per la sovrapposizione delle colonne iniettate, garantendo così la stabilità dello scavo. Figura 10.8 Profilo di scavo e consolidamento della galleria e sezione finale consolidata Durante lo scavo dei primi campi si è evidenziata una tendenza del fronte a rifluire durante le iniezioni in avanzamento. Per evitare questo fenomeno si sono realizzate delle colonne di jet-grouting anche sul fronte, risolvendo così il problema della sua stabilità. Inoltre questa tecnica è stata utilizzata precedentemente allo scavo dei vari campi per realizzare un consolidamento del terreno al di sotto delle basi del prerivestimento, in modo che le centine poggiassero su un materiale avente buone caratteristiche meccaniche che limitasse i cedimenti verticali delle centine e i conseguenti spostamenti superficiali. Infine la parte inferiore dello scavo è stata trattata con iniezioni di jet grouting a lato dei piedritti e con iniezioni chimiche e cementizie al di sotto dell arco rovescio in modo da garantire l impermeabilizzazione della galleria. Speziali Ilario, Vismara Davide. 78

81 GALLERIA URBANA A BAD-GODESBERG (BONN) Il tracciato della metropolitana leggera che collega Bonn e la città di Sieg, era situato prevalentemente in superficie e interferiva con il traffico urbano in corrispondenza dell attraversamento del quartiere Bad- Godesberg. Per questo, è stato deciso di trasferirlo parzialmente in sotterraneo attraverso la costruzione di due gallerie a doppio binario rispettivamente di 500 e 150 metri. La prima di queste due tratte si è rivelata la più impegnativa, in quanto la galleria sottopassa, con coperture modeste (3,5-6,8 metri) e in materiale sciolto, una zona urbana densamente edificata e con numerosi servizi. Inoltre il tunnel attraversa la strada statale B9, molto trafficata e corre in vicinanza alla linea ferroviaria Colonia-Francoforte (Figura 10.9). Figura 10.9 Planimetria del tracciato della galleria della metropolitana nella zona di Bad-Godesberg. Le litologie interessate dallo scavo erano alluvioni (Figura 10.10). Al di sotto di un primo strato di materiale di riporto e terreno vegetale con spessori fino a 2 metri si è incontrato uno strato di limi sabbiosi con spessori fino a 4,5 metri che interessava la calotta della galleria per un tratto di circa 240 metri. All interno di tale strato si sono rinvenute anche livellette di sabbia e argilla con spessore modesto. Sottostanti questo secondo strato, si avevano sedimenti granulari sciolti, costituiti principalmente da ghiaie, fino alla base rocciosa situata in profondità. Tale strato ghiaioso presentava una permeabilità molto elevata ed era presente la falda, temporaneamente abbassata tramite dei pozzi durante lo scavo della galleria. Figura Profilo longitudinale della galleria con indicazione della geologia riscontrata. Speziali Ilario, Vismara Davide. 79

82 Per il consolidamento dello strato ghiaioso sciolto, si è utilizzata la tecnologia del jet grouting monofluido, consistente nella fratturazione del terreno tramite getti ad alta pressione e la contemporanea miscelazione in sito. Nella zona in cui la calotta incontrava lo strato limoso, si è invece deciso di realizzare degli infilaggi tramite barre di acciaio lunghe 4 metri e inserite dopo ogni metro di scavo. Per poter scegliere opportunamente i parametri relativi alla miscela e all iniezione, sono state realizzate alcune colonne di prova, valutando i sollevamenti generati in superficie e prelevando dei campioni di materiale consolidato su cui realizzare prove di laboratorio. Si sono così definiti il tipo di miscela, la pressione di iniezione e i volumi da iniettare. Poiché il diametro medio delle colonne in ghiaia riscontrato dalle prove risultava di 60 cm, si è deciso un interasse medio dei fori sul fronte di 47 cm. A partire dall imbocco nord e per circa 260 metri la galleria risultava completamente in ghiaia. Dunque l arco consolidato in jet grouting ha coperto tutta la zona di calotta e piedritti, attraverso la realizzazione di 39 colonne sub-orizzontali. Tuttavia a causa delle coperture molto limitate, durante l intervento di consolidamento si sono osservati notevoli sollevamenti in superficie. Al fine di ridurre tali spostamenti, si è deciso di ridurre le pressioni di iniezione e il volume di miscela iniettato. In Figura e 10.12, si riportano la sezione longitudinale nel tratto in ghiaia e la sezione trasversale finale con le interferenze presenti in superficie. Figura Profilo longitudinale della zona al fronte, schema delle colonne in jet grouting e delle centine. Speziali Ilario, Vismara Davide. 80

83 Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie per l imbocco nord. Diversamente, a partire dall imbocco sud, per circa 240 metri, la zona di calotta della galleria andava ad intercettare lo strato limoso. In questo tratto, le colonne in jet grouting sono state realizzate solo nella ghiaia, mentre nel limo sono state infisse, ad ogni metro di scavo, delle barre di acciaio di diametro 28 mm, lunghezza 4 metri e interasse 35 cm. Si noti che in questo tratto non si sono registrati sollevamenti in superficie. In Figura è riportata la sezione trasversale di questo secondo schema di realizzazione. Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie per l imbocco sud. Speziali Ilario, Vismara Davide. 81

84 Realizzati gli interventi di consolidamento, lo scavo avveniva secondo una particolare procedura volta a ridurre al minimo i cedimenti superficiali. L avanzamento è avvenuto suddividendo il fronte in diverse porzioni, che, una volta scavate, venivano immediatamente coperte con uno strato di spritz beton. Dopo ogni metro di scavo sono poi state poste in opera le centine, la rete elettrosaldata e lo spritz beton, mentre l arco rovescio seguiva lo scavo ad una distanza non superiore a 5 metri dal fronte. Speziali Ilario, Vismara Davide. 82

85 GALLERIA DELLA FIERA A KILLESBERG (STOCCARDA) Allo scopo di collegare la Fiera di Stoccarda al centro città e alla stazione ferroviaria, si è deciso di realizzare una linea ferroviaria che, negli ultimi 350 metri vicino alla Fiera, scende in sotterraneo attraverso la realizzazione di una galleria di raggio medio pari a 5,6 metri. Il tratto iniziale di tale galleria è situato in arenaria per circa 210 metri, mentre il tratto successivo passava in una zona di riempimento di una vecchia cava. Dunque, al fine di minimizzare il disturbo alle strutture esistenti in superficie e gli eventuali danni conseguenti, si è progettato un intervento di consolidamento in calotta in avanzamento rispetto allo scavo. La copertura della galleria nella zona da consolidare variava tra 9 e 13 metri, e il materiale presente era costituito da residui di coltivazione di una cava di arenaria, con struttura caotica ricca di vuoti e senza coesione. Nella zona basale del riempimento si hanno invece alternanza tra strati limosi e zone costituite dall accumulo di blocchi di arenaria di dimensioni variabili. Si riporta in Figura il profilo longitudinale della galleria nel tratto interessato dai consolidamenti. Figura Profilo longitudinale della galleria in cui si indicano la litologia presente e i consolidamenti. Per garantire l avanzamento in sicurezza dello scavo e per limitare il disturbo in superficie, si è progettato un intervento di consolidamento mediante colonne di jet grouting sub-orizzontali. Per la presenza, nel Speziali Ilario, Vismara Davide. 83

86 materiale di cava, di vuoti le cui dimensioni e posizione non potevano essere valutate a priori, si aveva il rischio di svuotamento delle colonne realizzate con il flusso incontrollato della miscela di iniezione al di fuori della zona di intervento. Per evitare questo, sono state realizzate iniezioni di riempimento in avanzamento, mostrate nella sezione trasversale in Figura Figura Sezione trasversale finale della galleria e interferenze in superficie. Tali iniezioni sono state realizzate mediante tubi a manchette installati in fori sub-orizzontali di lunghezza 13 metri, disposti in alternanza sopra e sotto le colonne in jet grouting, con interasse di circa 1,4 metri. Una volta scavati i fori e realizzata la guaina, è stata iniettata una miscela cementizia a bassa pressione per il riempimento dei vuoti. Le iniezioni sono state realizzate da fondo foro a passi di un metro, iniettando un volume di miscela prefissato e ripetendo l iniezione nelle sezioni in cui non era raggiunta la pressione minima di iniezione. Terminate le iniezioni, si è realizzato l arco di colonne in jet grouting, che avevano lunghezza compresa tra 11 e 12,75 metri e interasse di circa 35 cm, mentre il diametro delle colonne era di circa 50 cm. Successivamente al trattamento, lo scavo avanzava di una lunghezza tra 8 e 9,75 metri lasciando una sovrapposizione di 3 metri degli interventi di consolidamenti che garantivano la stabilità dello scavo. Speziali Ilario, Vismara Davide. 84

87 GALLERIA AESCHERTUNNEL, SVIZZERA L Aeschertunnel è una galleria di forma non circolare scavata con ridotta copertura in depositi glaciali morenici, la cui tecnica di costruzione ha fatto uso del jet grouting per la formazione di un arco di materiale consolidato in avanzamento. Tale arco funziona da sostegno per la galleria durante lo scavo ed ha l obiettivo di garantire la stabilità dello scavo e minimizzare i cedimenti superficiali. Il progetto è composto da due gallerie autostradali superficiali, che attraversano un basamento roccioso e una zona di deposito morenico glaciale, mediamente addensato, di sabbia limosa. Le gallerie hanno una lunghezza di circa 2 km, con sezione di 135 m 2. Sono state costruite in parallelo, realizzando prima la calotta con una superficie di scavo pari a 75 mq e poi in seguito lo scavo di ribasso (Figura 10.16). Figura Sezione trasversale finale della galleria che mostra le due fasi di scavo. Lo scavo della calotta era iniziato nella morena glaciale con uno scudo dal portale Est, che ha comportato subito misure di cedimenti in superficie rilevanti. La costruzione della calotta nel tratto di depositi di morena glaciale fu eseguito utilizzato sia con uno scudo che mediante la realizzazione di un ombrello in jet grouting a supporto dello scavo. Durante la costruzione del tunnel con lo scudo, grandi cedimenti, maggiori di 350 mm, sono stati osservati in superficie. Per questo, la tecnica di costruzione è stata cambiata e l arco in jet grouting è stato installato a monte del fronte galleria, al fine di fornire un supporto migliorativo allo scavo (Figura 10.17). Speziali Ilario, Vismara Davide. 85

88 Figura Schema delle colonne in jet grouting in avanzamento a sostegno della calotta. La stratigrafia generale è mostrata nella Figura 10.18, e può essere descritta come una morena fluviale sovrastante deposito glaciale. Il deposito fluviale consisteva in di sabbia limosa fine, da 0 m a circa 10 m di spessore con una densità di circa 19 kn/m 3, un angolo di attrito pari a 30 e coesione nulla. La falda freatica era presente nel deposito, e situata in cima al deposito glaciale. Il deposito è costituito da sabbia e limo argilloso, da ghiaia e massi isolati, inoltre è apparso asciutto durante l'indagine geologica e durante lo scavo, anche se erano presenti alcune di lenti di sabbia e ghiaia limose che portavano dell acqua. Figura Profilo longitudinale geologico della zona interessata dallo scavo della galleria. Durante lo scavo della calotta il deposito è risultato essere molto rigido e omogeneo, senza che il fronte desse segni di instabilità. Quindi il rinforzo del fronte, spesso usato in tali grandi tunnel per limitarne la deformazione, non era necessario. Speziali Ilario, Vismara Davide. 86

89 L ombrello protettivo in jet grouting per il Aeschertunnel è stato realizzato con l'installazione di 39 colonne aventi un diametro di 600 mm e poste ad un interasse di 450 mm, in corrispondenza del fronte della galleria, sovrapponendole in modo da garantire un margine di sicurezza durante la fase di realizzazione del tunnel. Le sequenza della realizzazione del trattamento in jet grouting e dello scavo per la porzione di calotta nel tratto di deposito morenico sono riassunti nelle seguenti tre fasi: 1. Installazione delle colonne per formare l'arco di protezione di forma conica. Le colonne sono state inclinate di 11 e sono lunghe 13 m con 2 m di sovrapposizione, con un conseguente avanzamento di 11 m per ogni campo di scavo. 2. Scavo della calotta e posizionamento del sostegno temporaneo al di sopra dell arco rovescio. Il rivestimento provvisorio viene installato in 3 fasi ed in anticipo di 5,5 m rispetto all arco rovescio. Il rivestimento temporaneo è costituito da rete elettrosaldata e centine in acciaio e 40 cm di calcestruzzo proiettato. 3. La fase 2 è stata ripetuta per completare il campo di 11 m. In seguito vengono installati 20 cm di calcestruzzo spruzzato sul fronte della galleria prima di iniziare il nuovo trattamento in jet grouting. Di solito, la corona consolidata in calotta è stata eseguita prima al fine di produrre la minor quantità di sollevamento. La realizzazione temporale delle iniezioni è stata generalmente eseguita in modo sequenziale (Figura 10.19) a partire dal tratto al centro della calotta, cioè dalle colonne 14-26, e poi i lati, cioè le colonne e Figura Sezione trasversale dello scavo di calotta con indicazione delle colonne in jet grouting. Speziali Ilario, Vismara Davide. 87

90 GALLERIA DI LINEA DEL PASSANTE FERROVIARIO DI MILANO La costruzione di gallerie in aree metropolitane è resa complessa e delicata dalla bassa copertura e dalla presenza in superficie di edifici, i quali richiedono che la deformazione del terreno circostante sia ridotta al minimo. Il problema principale nella realizzazione di una galleria in terreno sciolto è quello di evitare il detensionamento del terreno nella zona davanti al fronte di scavo, oltre a controllarne lo stato di sollecitazione e di deformazione. L esempio in oggetto di galleria costruita in terreni sciolti si riferisce alla costruzione del passante ferroviario a Milano, il cui metodo di scavo ha previsto il miglioramento delle caratteristiche del suolo con iniezione di malte cementizie, al fine di migliorarne la resistenza al taglio. In particolare, si descrive la realizzazione del tratto di galleria di linea del Passante Ferroviario lungo Viale Tunisia, tra Via Lazzaretto e Corso Buenos Aires. Si tratta di una galleria a doppio binario, di diametro 8,80 metri, che sottopassa una strada molto trafficata con coperture comprese tra 10 e 13 metri, in un area intensamente edificata e percorsa da numerosi sottoservizi (Figura 10.20). Figura Planimetria e sezione trasversale finale della galleria del passante ferroviario. Il terreno attraversato dallo scavo è costituito da depositi alluvionali che vanno dalle ghiaie sabbiose alle sabbie limose, con permeabilità variabile fino a valori minimi di dell ordine di 10-4 cm/s. Viene classificato come terreno incoerente con angolo di attrito medio di 35 e modulo elastico variabile con la profondità. Inoltre è presente la falda situata ad una profondità di circa 20 metri. La metodologia di scavo adottata può essere schematizzata secondo le seguenti fasi (Figura 10.21): - Realizzazione di un cunicolo pilota di diametro 3,2 metri tramite uno scudo meccanizzato con montaggio di un rivestimento di centine circolari e panconcelli di legno Speziali Ilario, Vismara Davide. 88

91 - Esecuzione delle iniezioni di consolidamento sul contorno del cavo con tubi valvolati in pvc dall interno del foro pilota - Scavo della galleria in più fasi con posa del rivestimento costituito da centine in acciaio e spritz beton armato con rete elettrosaldata - Impermeabilizzazione e getto del rivestimento definitivo in calcestruzzo armato. Figura Fasi di scavo della sezione trasversale: iniezioni radiali, scavo in due fasi, posa del rivestimento. In seguito allo scavo del foro pilota si sono iniziate le iniezioni di consolidamento del terreno intorno alla galleria realizzando un trattamento di spessore pari a 2,5-3 metri. Le miscele di consolidamento utilizzate sono state di due tipi: cementizie (acqua, cemento e additivi) e chimiche ( miscele di silicati). L accoppiamento di queste due tipologie serve per evitare che, in presenza di falda, le miscele chimiche reagiscano con l acqua, realizzando uno strato esterno di miscela cementizia impermeabile (Figura 10.22). Figura Sezione trasversale in cui si mostrano le diverse iniezioni, sopra e sotto falda. Dopo aver completato le iniezioni, si è proceduto allo scavo di prima fase, fino al piano dei centri della galleria, con posa di un rivestimento provvisorio costituito da calcestruzzo proiettato armato con rete elettrosaldata e centine. La lunghezza degli sfondi di scavo è stata pari ad un metro, corrispondente all interasse tra le centine. Non si sono verificati problemi di stabilità del fronte e delle pareti sia in questa Speziali Ilario, Vismara Davide. 89

92 fase sia nella fase di ribasso, avvenuta sempre a sfondi di un metro con immediata sottomurazione del rivestimento provvisorio. Infine si è realizzato il getto del rivestimento definitivo, in prima fase l arco rovescio e successivamente i piedritti e la calotta (Figura 10.23). Figura Profilo longitudinale di scavo e sezione trasversale finale. Grazie all esperienza del comportamento a lungo termine delle iniezioni cementizie e chimiche, si è deciso, dopo analisi ad elementi finiti e facendo controlli strumentali sul rivestimento provvisorio, di non armare il rivestimento definitivo, a prezzo di un aumento dello spessore, il cui valore finale è stato di 70 cm. Si noti che, per lo scavo del cunicolo pilota, lo scudo meccanizzato non è l unica tecnologia disponibile. Nella costruzione della linea 3 della Metropolitana di Milano, si è deciso di realizzare il preforo tramite tecnologie tradizionali alternando fasi di preconsolidamento di un arco di terreno con colonne in jet grouting in avanzamento di 12 metri a fasi di scavo di 9 metri (Figura 10.24). Successivamente, come nel caso descritto in precedenza, venivano realizzate iniezioni radiali a partire dal foro pilota (Figura 10.25) e si procedeva allo scavo della sezione completa della galleria con posa del rivestimento provvisorio e, in seguito, di quello definitivo. Figura Consolidamento del preforo con colonne in jet grouting. Figura Iniezioni radiali realizzate dal foro pilota. Speziali Ilario, Vismara Davide. 90

93 11. INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO ALTERNATIVI Nel presente capitolo, con riferimento alle problematiche emerse in fase di esecuzione, vengono nel seguito suggeriti alcuni interventi alternativi di consolidamento, tratti dai casi di letteratura esposti nel capitolo precedente. Verrà discussa la loro applicabilità in relazione al contesto e alle condizioni litologiche dell area interessata dalla realizzazione dell imbocco della Galleria Inzogno. Inoltre, saranno messi in evidenza i limiti e i vantaggi di ogni tipologia di consolidamento in relazione a tempistiche di realizzazione, gestione del cantiere e interferenza tra le varie fasi di lavoro. Come prima osservazione, si ricorda che la natura del pendio attraverso cui si è realizzata l opera vede la presenza di depositi sciolti di sabbie e ghiaie, intercalate localmente di lenti cementate di materiale più fine di tipo alluvionale. Il problema principale nella realizzazione di gallerie in terreno sciolto è quello di evitare il detensionamento del terreno nella zona davanti al fronte di scavo e il conseguente cedimento del terreno in superficie. Da letteratura si evidenziano due tipologie principali di intervento: soluzioni atte a migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno e interventi atti a realizzare un arco resistente. Nel caso oggetto della Galleria Inzogno, non sono state adottate tecniche atte a migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno, ma si è proceduto alla realizzazione di un arco resistente, realizzando in una prima fase un ombrello di infilaggi metallici in avanzamento, ed in seguito si è realizzato un sostegno al fronte, sempre in avanzamento mediante l installazione di tubi in vetroresina iniettati, i quali vengono ancorati alla parte di terreno stabile a monte del fronte. Procedendo poi con sfondi di scavo di un metro, vengono installate le centine metalliche le quali hanno il compito di completare l arco resistente costituito appunto dalle centine e dagli infilaggi metallici. In seguito all istallazione delle centine veniva poi realizzato in più passate un rivestimento provvisorio in calcestruzzo proiettato che ingloba al suo interno le centine metalliche. Mediante l adozione di questa tecnica di scavo si è potuto osservare, con riferimento ad un campo di avanzamento di nove metri, che la fase di scavo ed installazione delle centine necessita tempi più brevi rispetto all installazione degli infilaggi e dei sostegni del fronte, rispettivamente circa 3-4 giorni rispetto ai 9-10 giorni. L alternanza fra le due fasi ha inoltre accentuato le difficoltà di organizzazione del cantiere, e in particolare ha prolungato i tempi per il completamento dell imbocco in quanto la presenza di Speziali Ilario, Vismara Davide. 91

94 due imprese distinte sul cantiere non ha permesso di procedere in modo continuo nelle lavorazioni. Viceversa si osserva che la presenza di un'unica impresa in cantiere addetta sia allo scavo che alla realizzazione degli infilaggi, avrebbe permesso di eliminare i tempi morti dovuti alla sostituzione di una squadra di addetti con un altra, dando così una continuità al processo produttivo. Possiamo inoltre osservare che la tecnica adottata si mostra flessibile a modifiche in corso d opera, permettendo di intervenire riducendo l interasse fra gli infilaggi ed i sostegni al fronte, oltre alla possibilità di aumentarne le rispettive lunghezze di sovrapposizione. La flessibilità della tecnica adottata è risultata però non sfruttata in corso di realizzazione dell opera, o se sfruttata, in modo non efficiente in quanto la mancanza di un riscontro fra le misure di monitoraggio e le previsioni evolutive di un modello numerico, non ha permesso di poter intervenire in anticipo con azioni preventive, causando l insorgere di apprezzabili cedimenti superficiali. La prima soluzione di consolidamento alternativa a quella realizzata, consiste nell adottare tecniche atte a migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno prima di eseguire lo scavo. La tecnica prevede di realizzare iniezioni di miscele cementizie effettuate dalla superficie allo scopo di fornire una coesione al materiale interessato dallo scavo. Tali iniezioni avvengono tramite la realizzazione di fori verticali fino alla profondità desiderata, entro i quali viene inserita una sonda in pvc e si procede con una prima iniezione a bassa pressione e poi con successive iniezioni fino a provocare il riempimento dei vuoti presenti nel terreno andando a ridurne la compressibilità e quindi irrigidendo la porzione di terreno iniettata. I principali parametri che influenzano il risultato di questa tecnologia sono la permeabilità del terreno, la pressione di iniezione, il volume iniettato e il tipo di miscela. Si noti che tali parametri non sono indipendenti uno dall altro: ad esempio, nel caso di materiale ad elevata permeabilità si adotteranno pressioni di iniezione più basse e miscele le cui componenti possono avere dimensioni più grosse rispetto al caso di materiali a permeabilità minore. L adozione di questa tecnica nel caso in oggetto avrebbe permesso l avanzamento in parallelo dello scavo della galleria e della realizzazione delle iniezioni di consolidazione dalla superficie, ovviando in questo modo ai tempi di attesa dovuti all alternarsi delle fasi di scavo e esecuzione degli infilaggi che sono invece state eseguite entrambe a partire dal fronte. Ovviamente andrà Speziali Ilario, Vismara Davide. 92

95 definita una distanza tra fronte di iniezione e fronte di scavo tale da consentire alla miscela di raggiungere le caratteristiche meccaniche desiderate. L esecuzione delle due fasi in ambienti distinti comporta benefici anche riguardo la riduzione delle interferenze al fronte tra le varie fasi costruttive permettendo una migliore gestione e organizzazione del cantiere. Rispetto ad altri metodi, questa tecnica, vista la presenza di materiale molto permeabile, risulta applicabile con buoni risultati. Inoltre date le basse pressioni con cui la miscela viene iniettata, non vengono generati sollevamenti superficiali significativi che potrebbero danneggiare le strutture esistenti. Per quanto riguarda i cedimenti, si è osservato che la realizzazione dell arco resistente a partire dal fronte di scavo avviene quando si è già avuta una parte del cedimento a seguito del detensionamento del fronte, mentre le iniezioni dalla superficie permettono di realizzare un arco resistente senza provocare né un detensionamento del fronte né spostamenti pregressi. Inoltre il miglioramento delle resistenza meccanica del terreno permette alle maestranze, durante le fasi di scavo e posa dei sostegni provvisori, di operare in condizioni di maggior sicurezza in prossimità del fronte. Nel caso in esame questa tecnica risulta applicabile in quanto le lavorazioni si svolgono lungo un pendio in cui non sono presenti in superficie particolari elementi di interferenza. Un aspetto negativo, tuttavia, sarà il maggior onere dovuto alle opere provvisionali di impianto cantiere, quali piste di accesso e aree di deposito, le quali andranno realizzate lungo il pendio. Trattandosi di un intervento da realizzare su un pendio è necessario considerare che la tecnica diventa più onerosa all aumentare della copertura della galleria, in termini di perforazione e di quantità di miscela da iniettarsi. Come nel caso delle iniezioni degli infilaggi metallici, anche per le iniezioni superficiali si presenta il problema del controllo della porzione di terreno effettivamente impregnata a causa della elevata permeabilità dei materiali presenti in sito. Prima di scegliere questa tecnica sarebbe opportuno conoscere dettagliatamente la stratigrafia del terreno, in particolare l eventuale presenza di strati coesivi, in quanto in tali strati la scarsa permeabilità non consente la diffusione della miscela, che si concentra in una lente e che può provocare notevoli sollevamenti superficiali, con conseguenti danni alle strutture esistenti. Nel complesso, analizzati i principali aspetti positivi e negativi della tecnica, la si ritiene applicabile nel primo tratto di galleria, in cui sono presenti i due tralicci dell alta tensione, con coperture fino a circa 20 Speziali Ilario, Vismara Davide. 93

96 metri, in quanto non comporterebbe particolari oneri aggiuntivi rispetto alla tecnica prevista in progetto. Inoltre potrebbe garantire un avanzamento più rapido dello scavo e soprattutto una riduzione dei cedimenti superficiali. Al contrario, nel secondo tratto di galleria in materiale sciolto, vista l assenza di strutture sensibili ai cedimenti e vista la copertura crescente fin oltre 30 metri, si ritiene migliore la scelta di sostenere la galleria tramite infilaggi metallici iniettati come effettivamente realizzato in cantiere, in quanto diventa predominante la necessità di creare un arco resistente che renda stabile lo scavo piuttosto che ridurre i cedimenti superficiali. La seconda soluzione alternativa consiste nell adottare la tecnica del jet grouting, al fine di realizzare un arco resistente di colonne affiancate in avanzamento. La tecnologia consiste in una miscelazione in sito del terreno, mediante una sonda si raggiunge la profondità desiderata, quindi tramite una lamina d acqua in pressione, viene rimaneggiato il terreno e contemporaneamente viene aggiunta la polvere di cemento. In questo modo si creano delle colonne di un calcestruzzo povero lungo la calotta della galleria che hanno la stessa funzione degli infilaggi metallici. I principali parametri che influenzano questa tecnologia sono il tipo di terreno e la pressione della lamina d acqua. La tipologia di terreno influisce sia sulle caratteristiche meccaniche della colonna che sulle dimensioni della stessa, mentre al variare della pressione della lamina d acqua si ottengono diametri diversi. Si osserva che i materiali ideali per la realizzazione delle colonne in jet grouting sono i materiali granulari, mentre la realizzazione di questo trattamento perde di efficienza se realizzato in terreni coesivi, sia in termini di resistenza meccanica che di dimensioni. L adozione di questa tecnica permette di eseguire dei trattamenti di tipo localizzato, ottenendo un miglioramento delle caratteristiche del terreno che viene assimilato ad un calcestruzzo povero, inoltre la realizzazione di un arco di terreno consolidato funge da sostegno della galleria garantendo la stabilità del cavo. Viceversa confrontando la tecnica proposta con quanto realizzato in cantiere possiamo notare che l adozione di un consolidamento tramite infilaggi metallici iniettati in calotta, permette sicuramente di ottenere un arco resistente, ma però non migliora le caratteristiche meccaniche del terreno a lungo termine, come nemmeno le peggiora nel breve termine. D altra parte questa tecnologia ha sicuramente il vantaggio di fornire un notevole grado di sicurezza, in quanto tutte le operazioni di consolidamento avvengono in Speziali Ilario, Vismara Davide. 94

97 avanzamento e le maestranze lavorano sempre al di sotto dell arco consolidato e sostenuto dal rivestimento provvisorio. Un ulteriore aspetto positivo della tecnica del jet-grouting riguarda l assenza di interferenza con le attività presenti in superficie, anche nel caso di limitate coperture, inoltre la sovrapposizione del trattamento garantisce una limitazione dei cedimenti superficiali. Per quanto riguarda gli svantaggi di questa tecnologia, si osserva come il trattamento non può essere eseguito in prossimità di edifici o strutture in quanto la miscelazione provoca un rammollimento temporaneo del terreno, il quale può causare ingenti danni alle strutture vanificandone l effetto per cui viene realizzato. Inoltre non è possibile proseguire subito dopo il trattamento con le operazioni di scavo e posa dei sostegni provvisori, ma è necessario aspettare la maturazione della miscela iniettata. Al contrario l adozione di infilaggi metallici in avanzamento sebbene provochi un detensionamento del terreno a monte del fronte, con relativi cedimenti, permette di realizzare un arco resistente anche in presenza di limitate coperture, ed inoltre permette un immediato inizio alle operazioni di scavo e posa dei rivestimenti una volta terminata la fase di realizzazione dell arco resistente. La tecnica del jet-grouting richiede inoltre una complessa organizzazione del cantiere in quanto si rendono necessari macchinari ed attrezzature specifiche, che vanno ad interferire con le attrezzature utilizzate per le altre lavorazioni. Ai fini precauzionali è inoltre necessario arrestare il trattamento di iniezione al alta pressione almeno 3 metri prima del fronte per evitare lo sfondamento ed il crollo dello stesso, per tanto prima di realizzare questo trattamento il fronte viene rinforzato mediante rete elettrosaldata e spritz beton. Sebbene la tecnologia possa apparire di semplice applicazione il mancato controllo della pressione di iniezione, può provocare fenomeni di sollevamento superficiale, ed nel caso di limitate coperture si possono verificare fenomeni di sfornellamento. Nel complesso l adozione di colonne di jet grouting per la realizzazione dell arco resistente, con riferimento al caso di studio non mostra particolari vantaggi, in quanto sebbene la presenza di ghiaia e sabbia sia favorevole alla realizzazione di colonne di ottima qualità, questo non comporta un miglioramento in termini di tempistica dovuta alla realizzazione del rivestimento provvisorio, visto i tempi di attesa per il raggiungimento della maturazione della miscela. Inoltre si avrebbe un peggioramento in termini di organizzazione del cantiere vista la particolare e specifica attrezzatura di cantiere necessaria per eseguire l opera. Speziali Ilario, Vismara Davide. 95

98 La terza ed ultima soluzione alternativa proposta, consiste nel migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno realizzando delle iniezioni a partire da un foro pilota scavato in avanzamento rispetto al fronte. La tecnica prevede la realizzazione di un foro di dimensioni ridotte rispetto alla dimensione della galleria, a partire dal fronte in avanzamento, eseguito mediante uno scudo meccanizzato o mediante scavo tradizionale. Prima di eseguire lo scavo vengono realizzati degli interventi di consolidamento in avanzamento lungo la calotta del futuro cunicolo allo scopo di consolidare il terreno. Nel seguito a partire dal foro pilota vengono realizzate iniezioni radiali a bassa pressione di miscele cementizie, tramite tubi valvolati in pvc, le quali migliorano le caratteristiche del terreno che verrà successivamente scavato. Successivamente lo scavo della galleria avviene a piena sezione a partire da una distanza dalla zona consolidata tale da permettere la maturazione della miscela, e l avanzamento procede poi per sfondi di un metro, ed è seguito dall immediata posa del sostegno provvisorio costituito da centine, e calcestruzzo proiettato. La tecnica proposta viene applicata senza provocare un eccessivo detensionamento del terreno a monte del fronte di scavo, in quanto le ridotte dimensioni del foro pilota permettono la nascita di un effetto arco che tende ad auto sostenere il foro. Lo scavo in avanzamento viene eseguito in un terreno avente caratteristiche meccaniche migliori di quello in sito, e non necessita quindi di ulteriori interventi per il sostegno del fronte, potendo così procede direttamente all applicazione delle centine e dello spritz beton. Anche l adozione di questa tecnica permette di eseguire la fase di scavo a piena sezione senza interferire con la fase di consolidamento, la quale avviene in avanzamento dall interno del cunicolo pilota, permettendo quindi di procedere in modo continuativo nella realizzazione della galleria. Dal punto di vista della sicurezza delle maestranza in cantiere, l esecuzione dello scavo in materiale consolidato permette di ridurre il rischio di improvvisi collassi di materiale sia in calotta che dal fronte. Inoltre un ulteriore vantaggio della tecnica di consolidamento in avanzamento è rappresentato dall assenza di interferenze con le attività in superficie, anche se poco rilevante nel caso di studio. L utilizzo di tubi valvolati permette oltre al resto di controllare in modo indiretto la porzione di terreno iniettata noti sia il volume di miscela cementizia e la pressione di iniezione. Un notevole vantaggio della realizzazione del preforo in avanzamento è Speziali Ilario, Vismara Davide. 96

99 rappresentato dalle informazioni che possiamo ottenere sulla litologia in cui andremo a scavare. In casi particolari, di scavi eseguiti a grandi profondità, si possono prelevare campioni a partire dal foro pilota da sottoporre a prove di laboratorio, ed apportare eventuali modifiche sia alla tecnica di scavo che alle miscele cementizie di iniezione. D altra parte le tecnica appena proposta risulta molto più dispendiosa in termini economici rispetto al metodo adottato, in quanto richiede l esecuzione di un cunicolo, il quale per essere realizzato necessita l impiego di una specifica attrezzatura, come uno scudo meccanico oppure apparecchiature di dimensioni ridotte rispetto a quelle utilizzate per lo scavo a sezione completa. Inoltre si rende comunque necessario eseguire dei consolidamenti in avanzamento di tipo specifico prima dello scavo per la realizzazione del cunicolo stesso. Si osserva come la tecnica di consolidazione dal foro pilota possa diventare difficoltosa qualora siano presenti venute d acqua in galleria, in quanto il foro in avanzamento si comporta come un dreno, e la successive perforazioni radiali accentuerebbero il flusso dell acqua verso il cunicolo, con possibile dilavamento delle miscele cementizie iniettate. Nel complesso la tecnica con foro pilota proposta, non si addice ad essere utilizzata nel caso specifico dell imbocco della Galleria Inzogno, in quanto trattasi di un intervento di dimensioni limitate, inferiore ai 100 metri, ed inoltre il tratto in cui si vogliono limitare i cedimenti superficiali riguarda l area di imbocco di modeste dimensioni. L aumento dei costi dovuti alla realizzazione del cunicolo pilota, a parità di risultato ottenuto in termini di limitazione dei cedimenti in superficie, appare troppo elevato se paragonato al costo sostenuto attuando le precedenti tecniche proposte. Inoltre vista la presenza in cantiere di due diverse imprese, l una specializzata nello scavo e nella posa dei sostegni, e l altra specializzata nell esecuzione di consolidamenti, utilizzando la tecnica del foro pilota aumenterebbero le difficoltà organizzative e di interazione fra le due imprese, in quanto l alternanza delle fasi di scavo e di consolidamento avverrebbe in modo più repentino rispetto allo scavo a piena sezione. Confrontando le tre tecniche di consolidamento proposte in alternativa al metodo di scavo adottato, si può concludere che con riferimento all obbiettivo di limitare i cedimenti superficiali, compatibilmente con le disponibilità economiche, un buon risultato si sarebbe potuto ottenere realizzando delle iniezioni di miscele cementizie dalla superficie. Questa tecnica in particolar modo si adatta ad essere adottata nella zona di Speziali Ilario, Vismara Davide. 97

100 imbocco della Galleria Inzogno, in cui la porzione di copertura è limitata, e dove si vuole ridurre i cedimenti superficiali vista la presenza dei tralicci dell alta tensione. Inoltre questa tecnica può essere adottata sia in modo autonomo, o come integrazione allo schema di scavo effettivamente eseguito. Da qui si propone che la soluzione migliore per la realizzazione dell imbocco della Galleria Inzogno, fosse quella di mantenere la stessa procedura di scavo eseguita in cantiere, e di integrarla con delle iniezioni superficiali preventive, nei primi quaranta metri di galleria, al fine di consolidare il deposito alluvionale e creare una zona di terreno avente migliori caratteristiche meccaniche e di minore cedevolezza. Speziali Ilario, Vismara Davide. 98

101 12. RIFLESSIONI CONCLUSIVE. Il crescente impulso nella costruzione di infrastrutture sotterranee in ambienti ed aree largamente antropizzate, accresce la necessità di approfondire le problematiche relative all interazione terrenostruttura, in modo da valutare accuratamente i possibili cedimenti indotti dallo scavo di opere in sotterraneo sulle strutture esistenti. Oggigiorno una stima più accurata degli effetti indotti dallo scavo deve avvenire eseguendo ed analizzando i risultati ottenuti da analisi numeriche, che permettono di indagare la ridistribuzione tensionale e deformativa che si verifica attorno a una galleria nel breve e lungo termine. Dall esame degli aspetti esecutivi si propone l adozione di un modello di progettazione di tipo controllato, il quale prevede una prima fase di progettazione delle opere, una seconda relativa alla definizione di un modello evolutivo e dei parametri significativi che lo caratterizzano ed una terza ed ultima fase di definizione delle soglie di allerta valutate mediante un sistema di monitoraggio in corso d opera. In merito allo studio presentato si suggeriscono le seguenti osservazioni: 1. Le ipotesi progettuali spesso non rappresentano in modo corretto le effettive condizioni riscontrate in cantiere e quindi devono essere necessariamente verificate durante la costruzione dell opera. A tale scopo occorre definire: un piano di monitoraggio delle misure significative, ed un modello numerico rappresentativo della realtà, al fine di confrontare l evoluzione di punti significativi dell opera in termini di spostamenti e rotazioni, con i valori determinati in funzione ai valori dei parametri caratteristici del terreno assunti in fase di progettazione. La definizione dei parametri significativi per caratterizzare il modello andrebbe eseguita con riferimento al comportamento del terreno o dell ammasso roccioso in sito, questo però diventa difficile da attuare in quanto le prove in sito devono garantire due requisiti fondamentali: il primo presuppone che la prova debba coinvolgere una porzione di suolo o ammasso roccioso avente dimensioni simili a quelle della zona influenzata dall opera, mentre il secondo richiede che la prova in sito deve produrre incrementi di sforzo e di deformazione simili a quelli prodotti dall esecuzione dell opera di ingegneria. Essendo questi requisiti soddisfatti solo parzialmente dalle prove, occorre considerare una metodologia progettuale di livello avanzato, basata sull osservazione dell interazione fra struttura e terreno Speziali Ilario, Vismara Davide. 99

102 durante la realizzazione dell opera di ingegneria stessa, al fine di verificare i valori caratteristici del terreno assunti in fase di progettazione. Per tanto la progettazione non può terminare con il solo progetto e dimensionamento dell opera, ma deve garantire una continuità con la fase di realizzazione dell opera, mostrandosi flessibile ed in grado di prevedere interventi di immediata applicazione qualora le previsioni progettuali non siano rispettate. La progettazione controllata può essere vista come un metodo per il raffinamento del modello rappresentativo del terreno, al fine del controllo delle ipotesi progettuali, ma soprattutto va intesa al fine di evitare l insorgere di spiacevoli danni alle strutture limitrofe. Infine, essa ci permette di verificare in modo continuo il comportamento dell opera durante la sua esecuzione, mediante il confronto fra la misure di monitoraggio e i livelli di allerta, permette in modo rapido di introdurre al raggiungimento dello specifico livello di allarme, le varianti progettuali previste. 2. La modellazione evolutiva si basa su di un modello numerico tridimensionale che è in grado di rappresentare con buona approssimazione il reale comportamento dell opera e del terreno circostante. La simulazione del processo di costruzione dell opera permette di ricavare i valori di spostamento e di rotazione ammissibili a garantire la stabilità delle strutture esistenti. Le misure in sito vengono confrontate con le corrispondenti quantità derivate dal calcolo e la eventuale rilevazione di differenze indica che le assunzioni iniziali riguardanti le caratteristiche meccaniche del terreno non sono corrette. In seguito i parametri caratteristici del modello vengono modificati sino a che la discrepanza tra misure in sito e corrispondenti risultati numerici è minimizzata. Questo porta a definire il valore ottimale dei parametri sulla base delle misure disponibili. I modelli numerici, calibrati sui dati di monitoraggio, verranno quindi utilizzati per la produzione di scenari di evoluzione durante la realizzazione dell opera ed i risultati della modellazione consentiranno di definire particolari soglie (spostamenti, velocità, altezze piezometriche etc..), da cui si potrà ottenere una valutazione rapida del livello di criticità associata al fenomeno in esame. Nelle varie condizioni simulate saranno considerati intervalli di variazione sia dell angolo di attrito che della coesione intercetta, oppure differenti posizioni del livello piezometrico, oltre alle diverse condizioni Speziali Ilario, Vismara Davide. 100

103 di carico. Tali procedure di calibrazione dipendono pesantemente dalla qualità e completezza dei dati di monitoraggio e dall'efficacia dei metodi di simulazione adottati nel riprodurre la realtà, in particolare andranno considerati due elementi fondamentali: il primo riguarda la misura, il più possibile continua nel tempo, dei parametri (spostamenti in superficie ed in profondità, misure di convergenza, ) ritenuti più significativi, tramite idonei sistemi di monitoraggio. Il secondo riguarda la simulazione delle fasi osservate in cantiere tramite modelli numerici volti alla riproduzione dell interazione fra terreno e struttura, nella zona influenzata dall opera. I due aspetti non devono essere considerati separatamente, ma al contrario devono essere integrati per mezzo di una metodologia che permetta di confrontare direttamente i risultati del modello numerico con i dati di monitoraggio. 3. Dal confronto tra i risultati dei modelli numerici e i dati di monitoraggio, sarà quindi possibile estrarre specifici valori (ovvero soglie) dei parametri monitorati, ritenuti più significativi per l indicazione della condizioni di allerta. All avvicinamento alle differenti soglie, saranno attribuiti differenti e via via crescenti livelli di allerta a cui faranno seguito opportune azioni correttive precedentemente progettate, le quali permettono di fare fronte sia agli imprevisti geologici, che all incertezza dovuta alla determinazione dei parametri di resistenza e deformabilità del terreno. La definizione dei livelli limite di spostamento o rotazione viene determinata di volta in volta in attinenza alla tipologia di struttura che viene monitorata ed è sempre funzione dell accuratezza con cui vengono condotte le indagini esplorative dello stato di fatto. L affinamento dei livelli di allerta si ottiene ripetendo le analisi evolutive, facendo variare i valori medi dei parametri meccanici caratteristici, assunti per quel tipo di terreno, permettendo in questo modo al progettista di acquisire una sensibilità sul comportamento del terreno. La frequenza delle letture viene definita in funzione delle specifiche fasi di costruzione e dall eventuale raggiungimento di predefinite soglie limite di controllo, mentre il livello di precisione viene riferito al valore atteso di cedimento che si prevede di misurare. Grazie alla predisposizione di un completo sistema di monitoraggio, sarebbe possibile valutare gli effetti associati alle varie fasi costruttive ed analizzare il comportamento Speziali Ilario, Vismara Davide. 101

104 geotecnico dell opera. La modellazione sarebbe poi affinata con il susseguirsi delle misure di monitoraggio in un ottica di ottimizzazione progressiva ed il confronto fra i profili di cedimento calcolati e quelli misurati evidenzia le capacità previsionali del modello numerico messo a punto. 4. In conclusione, nel caso di studio della Galleria Inzogno, vista l assenza di interferenze con strutture ritenute significative, e la scarsa sensibilizzazione degli addetti al preciso e puntuale controllo delle misure in corso d opera, il piano di monitoraggio è stato ridotto al minimo indispensabile. Sono infatti stati rilevati solo gli spostamenti di alcuni punti significativi in superficie, quali le basi dei tralicci e le convergenze in alcune sezioni della galleria, peraltro queste ultime con numerosi problemi tanto da renderle pressoché inutili. L assenza di una concezione di progettazione controllata non ha impedito la realizzazione delle opere in progetto, ma ha impedito sicuramente di ottenere il massimo rendimento da quanto di buono lo sviluppo scientifico in campo geotecnico ha fornito in questo secolo. La mancanza di conoscenza, o l impossibilità economica nell adottare nuove metodi di progettazione non possono essere delle scusanti quando si parla di opere di utilizzo pubblico, in quanto si deve esigere la massima professionalità e competenza da parte di chi si assume l impegno di realizzare queste opere. Oggigiorno la realizzazione di opere basate sull esperienza del saper fare o senza indicazioni di intervento nel caso di problemi imprevisti deve essere superata e deve lasciar spazio all adozione di metodi di progettazione che sono ben noti in letteratura, ma che non vengono ancora applicati in modo adeguato all atto pratico. Speziali Ilario, Vismara Davide. 102

105 Appendici Speziali Ilario, Vismara Davide. 103

106 A. CARTA GEOLOGICA Si riporta di seguito la Carta Geologica relativa all abitato di Zogno (Figura A.1) ed un particolare della zona interessata dalla Galleria Inzogno (Figura A.2). Figura A.1 Carta geologica dell abitato di Zogno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 104

107 Figura A.2 Carta geologica dell abitato di Zogno: particolare della zona di imbocco della galleria Inzogno. Speziali Ilario, Vismara Davide. 105

108 B. RICONOSCIMENTO MATERIALI E PROVE IN SITO Sondaggi Le perforazioni di sondaggio hanno lo scopo di ricostruire il profilo stratigrafico, di prelevare campioni rappresentativi per il riconoscimento dei terreni e campioni indisturbati per l esecuzione di prove di laboratorio, di eseguire prove in sito. Sono state eseguite con perforazione a rotazione di diametro 100 mm. L utensile di perforazione più comune è costituito da un tubo d acciaio (carotiere) con una corona inferiore tagliente provvista di placchette di widia (Figure B.1, B.2, B.3). Figura B.1 Sezione del carotiere. Figura B.2 Tubo carotiere con testa fresante. Figura B.3 Teste fresanti. Figura B.4 Materiale ricavato da sondaggio, posto in apposite cassette. Si procede con la perforazione fino a riempire il carotiere di terreno e lo si riporta quindi in superficie, riponendo il materiale scavato in apposite cassette indicando la quota di prelievo e l ubicazione del sondaggio (Figura B.4). Ripetendo questa operazione fino ad arrivare alla profondità voluta, si ottiene la stratigrafia del terreno lungo la verticale investigata. Di seguito si riportano le schede di sintesi dei sondaggi S1, S2 ed S3 ( Figure B.5, B.6, B.7). Speziali Ilario, Vismara Davide. 106

109 Sondaggio S1 Figura B.5 Scheda di sintesi del sondaggio S1: foglio 1. Speziali Ilario, Vismara Davide. 107

110 Figura B.5 Scheda di sintesi del sondaggio S1: foglio 2. Speziali Ilario, Vismara Davide. 108

111 Sondaggio S2 Figura B.6 Scheda di sintesi del sondaggio S2: foglio 1. Speziali Ilario, Vismara Davide. 109

112 Figura B.6 Scheda di sintesi del sondaggio S2: foglio 2. Speziali Ilario, Vismara Davide. 110

113 Figura B.6 Scheda di sintesi del sondaggio S2: foglio 3. Speziali Ilario, Vismara Davide. 111

114 Sondaggio S3 Figura B.7 Scheda di sintesi del sondaggio S3: foglio 1. Speziali Ilario, Vismara Davide. 112

115 Figura B.7 Scheda di sintesi del sondaggio S3: foglio 2. Speziali Ilario, Vismara Davide. 113

116 Figura B.7 Scheda di sintesi del sondaggio S3: foglio 1. Speziali Ilario, Vismara Davide. 114

117 Prova penetrometrica dinamica (SPT) Questa prova consiste nel far penetrare nel terreno, sotto i colpi di un maglio con peso circa 63,5 kg e altezza di caduta di 76 cm, un campionatore standard detto campionatore Raymond. L attrezzo viene infisso per tre avanzamenti consecutivi di 15 cm ciascuno, contando i tre valori N1, N2 e N3 del numero di colpi di maglio necessari per ciascun avanzamento. Per caratterizzare la resistenza alla penetrazione si assume il numero di colpi N = N2+N3. Una volta determinato il numero di colpi N, è possibile stimare la densità relativa e l angolo di attrito del terreno attraverso correlazioni empiriche presenti in letteratura e proposte da vari autori (Figure B.8, B.9, B.10). Figura B.8 Correlazione tra numero di colpi Nspt e densità relativa, in funzione della profondità. Figura B.9 Correlazione tra densità relativa e angolo d attrito, in funzione del tipo di materiale. Figura B.10 Correlazione tra numero di colpi e angolo d attrito, in funzione dello sforzo verticale. Il valore di numero di colpi N1 relativo ai primi 15 cm non viene considerato in quanto non affidabile: infatti può essere affetto da errori dovuti al disturbo del materiale per un eccessiva infissione della camicia di Speziali Ilario, Vismara Davide. 115

118 protezione del foro o in seguito alle operazioni di ritiro del campionatore una volta che questo è pieno. Si noti che la stima dell angolo di attrito ottenuta passando attraverso la densità relativa risulta più precisa, in quanto nel passaggio diretto numero di colpi-angolo d attrito c è una ipotesi sul tipo di materiale. Tale ipotesi invece non c è nel passaggio numero di colpi-densità relativa. Prova dilatometrica La prova dilatometrica ha l obiettivo di valutare il modulo elastico del materiale entro cui viene effettuata. Tale stima viene effettuata applicando una sollecitazione nota e misurando le deformazioni da essa provocate sulla parete del foro. Dopo aver inserito una sonda cilindrica, costituita da un corpo in alluminio e una membrana dilatabile in gomma, alla quota prevista per il test, si eseguono i collegamenti tra sonda, centralina di misura e dispositivi di pressurizzazione (Figura B.11). L operatore fornisce una pressione iniziale minima tale che la membrana possa aderire completamente alle pareti del foro. Dopo qualche minuto, si inizia la prova che consiste nell applicazione di tre cicli completi di carico e scarico. Attraverso tre trasduttori disposti reciprocamente a 120 e su livelli distanti 7,5 cm, si misurano gli spostamenti della membrana radiali al dilatometro in funzione della pressione di espansione imposta. L elaborazione dei dati viene condotta tramite software che rende graficamente gli andamenti registrati dai singoli trasduttori e consente il calcolo del modulo di elasticità (Figura B.12). Ai fini dell efficacia del test, risulta importante la modalità con cui viene eseguito il foro, in modo che venga garantito il minor disturbo possibile al materiale, evitando scavernamenti, franamenti o instabilità di qualsiasi tipo. Questo implica notevole cura affinché il foro sia eseguito con un diametro il più prossimo possibile a quello previsto, che sia mantenuto pulito per prevenire l accumulo di sedimenti che possano inficiare la prova, alterando le caratteristiche di elasticità misurate. Figura B.11 Schema della prova dilatometrica. Figura B.12 Andamenti della deformazione diametrale e valore del modulo elastico. Speziali Ilario, Vismara Davide. 116

119 Indagini geosismiche Le indagini geosismiche effettuate secondo i metodi di sismica a rifrazione mirano a determinare la distribuzione nello spazio delle velocità di propagazione delle onde sismiche nel sottosuolo. Queste velocità possono essere correlate a parametri geologici quali tipo di roccia, saturazione ed elasticità. Solitamente una campagna sismica a rifrazione prevede l energizzazione del terreno mediante l onda d urto prodotta dall impatto di una mazza battente sul terreno o da una carica esplosiva: viene misurato il tempo impiegato dalla perturbazione sismica indotta nel terreno a percorrere la distanza tra sorgente e geofoni opportunamente spaziati (Figura B.13). La velocità di propagazione dell onda sismica dipende dalle caratteristiche elastiche del sottosuolo e dalla sua conformazione: la relazione tra velocità e distanza sorgente-geofono permette di risalire agli spessori degli strati che caratterizzano il sottosuolo investigato (Figura B.14). Figura B.13 Schema di una indagine di sismica a rifrazione. Figura B.14 Grafico distanza-tempo da cui si ricavano le velocità negli strati. Figura B.15 Unità di lettura e registrazione dati. Speziali Ilario, Vismara Davide. 117

120 C. PROVE DI LABORATORIO Prova di Compressione Monoassiale: La prova permette di determinare la resistenza a compressione di un campione di roccia, il quale viene estratto dalla carota con un rapporto altezza diametro compreso fra 2,5 e 3. Prima dell inizio della prova vengono annotate le dimensioni del diametro, l altezza, il peso e viene programmata la strumentazione per l esecuzione della prova in particolare la velocità di avanzamento. Il provino viene sistemato fra le due piastre di carico, il cui avvicinamento produce la pressione agente sul campione. Il carico viene aumentato fino a raggiungere la rottura del provino. La resistenza a compressione monoassiale del campione viene calcolata dividendo il massimo carico sostenuto durante la prova per l area iniziale della sezione trasversale. In Figura C.1 e C.2, sono riportate la strumentazione e un campione in corso di prova ed un esempio di grafico che rappresenta i risultati della prova in termini di pressione e relativa deformazione assiale. Figura C.1 Macchina e strumentazione di prova. Figura C.2 Esempio di risultato di una prova monoassiale. Speziali Ilario, Vismara Davide. 118

121 Prova di Compressione Triassiale: La prova viene eseguita all interno di una cella triassiale, costituita da una cella riempita di fluido capace di trasmettere una pressione isotropa ad un campione di terreno cilindrico inguainato in una membrana impermeabile, che separa l acqua contenuta nei pori del provino dal fluido esterno. Il provino può poi essere caricato assialmente tramite un pistone di carico e portato a rottura (Figura C.3). La prova triassiale si sviluppa in tre fasi: - Saturazione del provino: al fine di liberare il campione dall aria presente nei pori, viene fornito un incremento della pressione di cella, e tramite il controllo della differenza fra la pressione di cella e la pressione interna al provino viene dedotto il grado di saturazione. L incremento della pressione di cella provoca la dissoluzione dell aria contenuta nel provino. - Compressione isotropa: si applica uno stato di sforzo isotropo il quale permette di raggiungere una pressione di confinamento simile a quella dello stato di sforzo in sito. - Fase di rottura: viene aumentato il carico assiale mantenendo costante la pressione di cella, fino a raggiungere la rottura del provino. Il drenaggio del campione e la misura delle pressioni avviene tramite un sistema di 3 tubi collegati alla cella triassiale. Durante la prova viene misurata la variazione di volume del provino, lo sforzo deviatorico o assiale e le deformazioni assiali e radiali. Figura C.3 Schema di una prova triassiale. Dalla rielaborazione della prova è possibile stimare il valore di sforzo a rottura, il modulo elastico del materiale che costituisce il campione e il coefficiente di Poisson. In Figura C.4 si mostra un esempio di grafico in cui è riportato l andamento sforzo assiale-deformazioni. Speziali Ilario, Vismara Davide. 119

122 Figura C.4 Scheda riassuntiva dei risultati della prova triassiale. Speziali Ilario, Vismara Davide. 120

123 Prova di Taglio Diretto: Obiettivo di questa prova è determinare le caratteristiche di resistenza a taglio di un terreno, mediante interpretazione della relazione sforzo di taglio τ sforzo normale σ nel piano di Mohr. Lo strumento sperimentale convenzionalmente adoperato allo scopo è costituito dalla scatola di Casagrande. La prova viene eseguita su almeno tre provini consolidati a tensioni σ v diverse. I provini adoperati sono in genere prismatici a sezione quadrata. Prima della prova, occorre registrare le dimensioni ed il peso umido di ciascun provino. Questo, una volta introdotto nell apparecchiatura tra le due semiscatole inferiore (mobile) e superiore (fissa e solidale con il sistema di carico verticale), viene poi sottoposto ad una forza verticale, N. La tensione effettiva di consolidazione, σ v (=N/A, con A = area del provino), non deve di norma risultare inferiore a quella geostatica alla profondità di prelievo del campione. Nella fase di consolidazione, si registra la relazione cedimenti-tempi, che viene poi interpretata nel piano δh- t. Nella fase di rottura, viene azionato un motore passo-passo che genera uno scorrimento relativo tra le due semi-scatole, agendo su quella inferiore. Per l impossibilità di prevenire o comunque di controllare il drenaggio questa prova è sempre consolidata drenata, se realizzata a basse velocità. In questa fase, vengono registrati nel tempo lo scorrimento (letto da un micrometro o da un trasduttore di spostamento), la forza di taglio orizzontale T (misurata da un anello dinamometrico o una cella di carico) e lo spostamento verticale w (rilevato con un sistema analogo). Le letture simultanee di spostamenti orizzontali e verticali, nonché del carico orizzontale, vanno condotte fino all evidenza del raggiungimento della resistenza del materiale. Al termine della prova, il provino va smontato con cura, pesato, e poi fatto essiccare in stufa a per almeno 24h, dopodiché ne viene registrato il peso secco. Malgrado la non uniforme distribuzione di tensioni tangenziali lungo la sezione trasversale del provino, nell interpretazione il rapporto T/A viene indicato come valore nominale di τ. I risultati sono quindi rappresentabili attraverso curve τ σ e τ-sh associabili a ciascun valore della tensione di consolidazione σ v applicata. In Figura C.5, C.6, C.7 sono riportati uno schema della apparecchiatura di prova e un esempio di risultati in termini di curve sforzo di taglio-spostamento e il relativo inviluppo di rottura. Figura C.5 Schematizzazione dell apparecchiatura per la prova di taglio diretto. Speziali Ilario, Vismara Davide. 121

124 Figura C.6 Grafico sforzo di taglio-spostamento orizzontale ricavato da una prova di taglio diretto. Figura C.7 Inviluppo di rottura nel piano sforzo tagliante-sforzo normale ricavato da una prova di taglio e valori dei parametri di resistenza. Speziali Ilario, Vismara Davide. 122

125 Prove di Resistenza a Trazione Indiretta (Brasiliana). La prova viene eseguita su provini cilindrici, aventi di norma spessore paragonabile al diametro, su cui vengono applicate forze di compressione in direzione di un diametro del campione (Figura C.8 e C.9). Il carico viene applicato tramite due piastre rigide parallele per eliminare o ridurre le difficoltà relative al centraggio del carico, che si suppone avente direzione radiale, e distribuito uniformemente su un arco di circonferenza. Ipotizzando un comportamento elastico lineare della roccia si possono determinare gli andamenti degli sforzi verticale ed orizzontale lungo il diametro. L andamento dello sforzo orizzontale fornisce una stima della resistenza a trazione della roccia. Figura C.8 Schema della prova brasiliana. Figura C.9 Apparecchio di prova e provino dopo la prova. L inizio della fratturazione si ha in prossimità dei punti di contatto del provino con le piastre di carico. La direzione di queste fratture è inclinata rispetto all asse verticale. Questo indica che l inizio della rottura è provocato dagli sforzi di taglio presenti nella zona in cui lo sforzo verticale ha il massimo valore. Si può osservare che per la maggioranza delle rocce la resistenza a trazione è circa il 5-10% della resistenza a compressione monoassiale. In Figura C.10 è riportato un estratto del documento di prova. Figura C.10 Scheda di sintesi della prova di resistenza a trazione indiretta. Speziali Ilario, Vismara Davide. 123

126 Prove di rigonfiamento in edometro e rigonfiamento libero. La prova di rigonfiamento nto libero permette di misurare le deformazioni di rigonfiamento, assiali e radiali, che hanno luogo in un provino di roccia non confinato ed indisturbato immerso in acqua. Il provino viene immerso in una cella di prova che consente la misura simultanea delle deformazioni nel tempo. La forma della cella deve essere tale da permettere l aggiunta d acqua. La prova di rigonfiamento in edometro ha lo scopo di determinare lo sforzo assiale di rigonfiamento che si sviluppa all interno di un provino di terreno immerso in acqua e confinato sia lateralmente che sulle basi. Si utilizza l edometro tradizionale (Figura C.11 e C.12), la procedura è la stessa utilizzata nelle prove edometriche tradizionali per i terreni fino alla fase di carico del provino: si posiziona il campione nell edometro, si applica una pressione verticale e si riempie d acqua la cella. Attraverso successivi incrementi di carico si applica una pressione crescente, tale da annullare la deformazione assiale. Nel corso della prova vengono misurati in funzione del tempo la forza e lo spostamento assiale compensato. La prova termina quando non si osservano o più spostamenti significativi (Figura C.13). Figura C.11 Schema dell apparecchio edometrico. Figura C.12 Apparecchio edometrico. Figura C.13 Grafico indice dei vuoti-sforzo verticale per la prova di rigonfiamento. Speziali Ilario, Vismara Davide. 124

127 Analisi granulometrica per i depositi sciolti. L analisi granulometrica del terreno si esegue mediante due procedimenti, la setacciatura e la sedimentazione. La setacciatura si esegue con setacci a maglia quadrata e con crivelli con fori circolari. Si dispone di una serie di setacci con diametri d1>d2>d3 decrescenti verso il basso. Il materiale essiccato viene posto in alto alla pila di setacci e sottoposto a vibrazioni: il primo fermerà il materiale con dimensioni d>d1, poi a scendere verrà fermato il materiale avente d1> d >d2, d2> d >d3, d <d3 (Figura C.14 e C.15). In seguito si misura il peso delle singole frazioni P1, P2, P3 e PF, mentre il peso complessivo è P. Figura C.14 Setacci sottoposti a vibrazione. Figura C.15 Setacci aventi maglie quadrate di misure diverse e decrescenti. Le coppie di valori diametro e peso sono riportate sul grafico con la distribuzione granulometrica. Non essendo possibile realizzare setacci con aperture inferiori ai 2 micron si ricorre all analisi granulometrica per sedimentazione. La sedimentazione consiste nel miscelare il materiale con acqua alla quale si aggiungono dei disperdenti per consentire il distacco delle particelle di argilla e permettere la deposizione (Figura C.16). La miscela viene inserita in un cilindro in modo che questa sia equamente distribuita, di seguito si lasciano sedimentare le particelle, la cui velocità di sedimentazione dipenderà dalla viscosità del fluido e dal peso specifico del granello. Si attribuisce ad ogni frazione del campione un certo diametro in funzione della velocità con cui sedimentano le particelle, la quale è stata calibrata con la velocità di sedimentazione delle sferette che hanno quel diametro. Le misurazioni si eseguono servendosi di un recipiente graduato sufficientemente alto in modo che si manifesti una differenziazione apprezzabile nella posizione delle particelle in caduta. Ad un certo istante t>0 avrò i grani di diverso diametro a diverse altezze, tramite le misure di densità alle varie profondità si determinano le varie fasce di diametri. Con la densità stabilisco la percentuale in peso di materiale associata ad una profondità e ad un diametro. Si determina così la curva granulometrica, di cui si riporta un esempio nel seguito (Figura C.17). Speziali Ilario, Vismara Davide. 125

128 Figura C.16 Materiale sottoposto a sedimentazione per valutare la composizione della porzione a granulometria inferiore a 0,002 mm. Figura C.17 Esempio di curva granulometrica ricavata attraverso setacciatura e sedimentazione. Speziali Ilario, Vismara Davide. 126