L'UTILIZZO DEGLI SPAZI SOTTERRANEI PER LA MITIGAZIONE DELL'IMPATTO AMBIENTALE THE USE OF UNDERGROUND SPACES FOR ENVIRONMENTAL PROTECTION PURPOSE

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1 L'UTILIZZO DEGLI SPAZI SOTTERRANEI PER LA MITIGAZIONE DELL'IMPATTO AMBIENTALE THE USE OF UNDERGROUND SPACES FOR ENVIRONMENTAL PROTECTION PURPOSE Dott. Luca Soldo (*) Ing. Pierpaolo Oreste (*) (*) Dipartimento Georisorse e Territorio, Politecnico di Torino. Abstract During this century numerous environmental damages have dramatically reduced the quality of the environments where people nowadays live and will live in the future. From this point of view no place can be considered safe. Today some obsolete technologies used in poorer countries for civil and industrial purposes, added to the great environmental pressure due the overpopulation in most of them, cause, everyday, huge damage to the natural context. This damage is often caused by people or states who are enable to choose environmental friendly techniques due to an inadequate cultural approach or some blind economic reasons. There is no doubt that such a reality implies a huge economic loss of money. Economists today suggest the necessity of computing this economic disadvantage, by considering the feasibility evaluation of all the actions that can change the environment; a correct economic analysis should compute the "value" of the environmental goods that can be destroyed for different technical solutions. Numerous advantages (table A) are specifically related to the use of underground spaces (table B); environmental reasons can also be suggested. The underground itself seems able to protect outside spaces and, at the same time, to host environmental protection dedicated activities such as waste storage or treatment plants and hydroelectrical power plants. If it is true that the excavation of underground spaces often requires a great amount of money for the owners, this problem should not necessary limit such a technical solution because of the environmental benefits (or from another point of view, the economic benefits) that could be obtained. Table A. Types of benefits from the use of underground spaces. Improvement in the territorial administration Outside environment isolation from active underground factors Underground structure and plant isolation from active outside factors Economic savings Innovation in the environmental field Table B. Examples of use of underground spaces through the world. Large technological structures (electric power generation structures, telecommunication stations, research centers, disposal and water treatment plants, large deposits, hydro-power tunnels, waste treatment plants, waste disposal plants, industrial plants, underground oil storage voids, service tunnels, etc.) Transportation structures (for railways, motorways, in urban or extra-urban areas, for car-parks, for pedestrians, etc.) Civil structure for working, cultural, recreative and housing uses Military structures Underground mining spaces (quarry and mines, plants for tunnels and underground voids) Environmental Impact Evaluation and economic analysis should therefore proceed side by side; all the useful data (even though collected with other purposes in the project) must be furnished to the experts involved in this analysis. Two lists of impacts (negative and positive) related to the construction of undeground spaces and the installation of inside plants, as recognized by the analysis of numerous case histories in Italy and abroad are

2 presented in this paper. It should be pointed out that only intrinsic impacts, related to the undergound spaces themselves and not to the hosted plants are considered. 1. Introduzione Sempre più sovente si ricorre alla collocazione di numerose tipologie di infrastrutture entro spazi sotterranei. Nella tabella 1 sono indicate tipologie di utilizzo degli ambienti sotterranei nel mondo (Dieci e Soldo, 1995): GRANDI STRUTTURE TECNOLOGICHE INFRASTRUTTURE DI TRASPORTO STRUTTURE CIVILI AD USO LAVORATIVO, CULTURALE, RICREATIVO ED ABITATIVO STRUTTURE MILITARI SPAZI MINERARI SOTTERRANEI Tabella 1. Tipologie di utilizzo degli spazi sotterranei nel mondo. Table 1. Types of use of underground spaces in the world. - Strutture correlate ad impianti di generazione di energia - Stazioni per telecomunicazioni - Strutture destinate a Centri di Ricerca - Impianti di stoccaggio e trattamento di acque reflue o primarie - Grandi depositi (magazzini, depositi a bassa temperatura, depositi di idrocarburi, archivi, depositi di inerti, depositi di aria compressa) - Gallerie correlate ad impianti idroelettrici (canali di derivazione, canali di gronda, condotte forzate, opere di presa) - Impianti di incenerimento di rifiuti - Depositi di stoccaggio di rifiuti (RS, RTN, Radioattivi) - Impianti industriali - Cunicoli e cavità di servizio (per cavi elettrici, tubazioni, fognature, reti cablate per trasmissione di dati e comunicazioni) - Gallerie parietali, di bassa e media profondità, basali ad uso stradale e ferroviario - Gallerie urbane per trasporti stradali, ferroviari metropolitani, ferroviari extraurbani e cavità connesse (stazioni, locali tecnici) - Gallerie sottomarine (artificiali ed in naturale) - Parcheggi e strutture connesse - Sistemi di passaggio pedonale - Funicolari, piani inclinati - Abitazioni ed alberghi - Laboratori, officine, etc. - Centri commerciali e negozi - Serre (semisotterranee); cantine - Scuole - Ospedali - Cinema, teatri, biblioteche, sale per conferenze ed esposizioni, sale per concerti, banche, ristoranti, chiese, luoghi di ritrovo collettivo - Centrali strategiche (comando, telecomunicazioni, etc.) - Depositi di armi e munizioni - Silos per missili convenzionali e nucleari - Ricoveri per aerei, navi, sottomarini ed altri mezzi - Rifugi antiaerei ed antiatomici - Strutture di difesa - Cave e miniere - Cantieri di realizzazione di gallerie e cavità sotterranee La collocazione in sotterraneo è motivata da numerosi vantaggi, che possono essere ragruppati entro due categorie fondamentali (ITA Working Group n.13, in fase di stampa): - vantaggi diretti: sono correlati al posizionamento di una struttura in sotterraneo; l'utilizzo dello spazio sotterraneo può aggiungere valore ad un'opera (spesso ne permette la realizzazione altrimenti impossibile) in base ad alcune caratteristiche ad esso connesse riportate schematicamente nella tabella 2. - vantaggi indiretti: sono correlati ai servizi offerti dalla struttura in quanto tale. In particolare l'analisi della tabella 2 evidenzia come l'utilizzo del sottosuolo possa rivelarsi particolarmente vantaggioso dal punto di vista della salvaguardia ambientale. Nell'articolo vengono sottolineati gli elementi di fondo che debbono essere considerarti laddove si desideri verificare oggettivamente la convenienza ambientale della collocazione in sotterraneo di un'infrastruttura.

3 La verifica di impatto ambientale nel caso di opere in sotterraneo deve evidentemente considerare sia la cavità in quanto tale sia l'infrastruttura in essa collocata. Un primo nodo fondamentale che deve essere evidenziato è che gli ambienti in sotterraneo presentano la particolarità di essere contemporaneamente soggetto potenziale di impatto ed elemento di mitigazione (grazie alla barriera naturale costituita dal materiale geologico circostante la cavità). Quest'ultimo ruolo diviene ancor più evidente laddove l'infrastruttura ospitata sia eventualmente finalizzata alla salvaguardia ambientale o benefica in tal senso, come ad esempio nel caso di impianti per il trattamento delle acque reflue, di centrali idroelettriche o di discariche di rifiuti tossico-nocivi. MOTIVAZIONI MIGLIORAMENTI NELLA GESTIONE TERRITORIALE ISOLAMENTO DELL' AMBIENTE ESTERNO DA AGENTI ATTIVI IN SOTTERRANEO E VICEVERSA RISPARMIO ECONOMICO NOVITA' DELL'AMBIENTE Tabella 2. Motivazioni all'utilizzo degli spazi sotterranei. Table 2. Motives for the use of underground spaces. VANTAGGI DERIVATI - Eliminazione di barriere fisiche nel territorio e superamento di barriere fisiche naturali - Recupero di spazi superficiali - Acquisizione di nuovi spazi in sotterraneo (in aree urbane ciò permette la realizzazione di strutture in prossimità di altre preesistenti) - Possibilità di realizzazione di tracciati scorrevoli, pianificati con minori vincoli - Possibilità di utilizzo di tipi di mezzi di trasporto altrimenti preclusi - Infittimento della rete delle vie di trasporto - Riduzione dei tempi medi di spostamento - Decremento del traffico superficiale - Riduzione del numero di incidenti stradali - Riduzione del livello di inquinamento complessivo (atmosferico, acustico, da vibrazioni) - Riduzione dei rumori e delle vibrazioni - Mitigazione dell'impatto visivo delle strutture (la barriera offerta dai materiali geologici permette l'isolamento tattile, visivo, olfattivo, meccanico ed idraulico) - Miglioramento dell'efficienza termica delle strutture - Protezione da agenti esterni (atmosferici, militari, idrogeologici, terremoti, incendi, disastri ambientali,elettromagnetici) Ognuno degli aspetti segnalati in questa tabella implica numerose esternalità positive ed in particolare: - Risparmio di tempo - Risparmio di terreni superficiali (acquisizione di spazi utili, rivalorizzazione di ambienti sotterranei dismessi quali cave, miniere, etc.) - Risparmio energetico - Stimolo per nuove motivazioni culturali 2. Interazioni tra ambiente ed opere in sotterraneo Da quanto detto appare evidente come un'analisi dettagliata, nella quale vengano computati in termini economici i benefici di natura ambientale connessi all'uso degli spazi sotterranei, possa spesso permettere di ribaltare la prospettiva che vede assegnare all'opzione costruttiva in sotterraneo costi sensibilmente maggiori di quelli implicati nella collocazione dell'infrastruttura in superficie. La valutazione economica dei benefici ambientali è, però, ancora oggi un problema non risolto a causa della difficoltà insita nell'attribuzione di valori monetari a categorie difficilmente quantificabili quali, ad esempio, la "bellezza" di un paesaggio o di beni archeologici; anche variabili di natura socio-politica, funzioni del tempo e dello spazio, rendono complessa questa valutazione: all'ambiente possono essere attribuiti differenti "valori" in Paesi con condizioni economiche, culturali e sociali differenti. E' auspicabile che i rapidi progressi in atto nella cosidetta economia dell'ambiente possano presto permettere di realizzare analisi oggettive, affidabili ed univoche. In Italia la legislazione relativa è sostanzialmente quelle concernente gli Studi di Impatto Ambientale (S.I.A.) (tabella 3) e la conseguente Valutazione di Impatto (V.I.A.); in essa, seppur non vi siano riferimenti espliciti, è possibile desumere l'obbligo di assoggettare la realizzazione e l'utilizzo di un'opera in sotterraneo (gallerie, cavità e caverne) ad una procedura progettuale che tenga conto delle sue relazioni con l'ambiente.

4 Và sottolineato come lo Studio di Impatto Ambientale debba considerarsi non un ostacolo bensì un importante elemento coadiuvante entro una pratica progettuale corretta; esso costituisce un punto di vista privilegiato, poichè, per la sua stessa natura, tende ad individuare ed analizzare tutte le problematiche connesse con un'opera nella loro complessità, sottoponendole a routine di studio particolareggiate nelle diverse fasi progettuali e verificando le interazioni fra esse. Perchè uno Studio di Impatto Ambientale venga realizzato correttamente è necessario rispettare due condizioni fondamentali: - lo studio deve essere affidato ad un organismo specializzato non coincidente con la ditta di geoingegneria implicata nel progetto per ragioni di imparzialità di giudizio; - coloro che realizzano lo S.I.A. debbono avere a disposizione tutti i dati raccolti dai geologi incaricati delle indagini per la determinazione dei parametri progettuali. Tabella 3. Quadro normativo italiano relativo agli Studi di Impatto Ambientale. Table 3. Italian Laws in the field of the Environmental Studies. Quadro Normativo Fondamentale - Direttiva CEE /85/337/CEE (27/06/1985). Gazzetta Uff. n.170/bis del 20/07/ Legge 349 del 8/07/1986. Suppl. Ord. alla Gazz. Uff. n.162 del 15/07/ Decreto Pres. Cons. Ministri n. 377 del 10/08/1988. Gazzetta Uff. n.204 del 31/08/ Decreto Pres. Cons. Ministri del 27/12/1988. Gazzetta Uff. n.4 del 5/01/1989 Leggi Nazionali concernenti interventi sottoposti a procedura V.I.A. - Legge 102 del 02/05/ Legge 240 del 04/08/ Legge 366 del 29/11/ Legge 380 del 29/11/ Legge 396 del 15/12/ Legge 9 del 09/01/ Legge 412 del 30/12/ Decreto Legislativo 100 del 27/01/ Legge 220 del 28/02/ Decreto Pres. Rep. del 27/04/ Decreto Legge 415 del 22/10/1992 I benefici conseguenti alla realizzazione di una struttura in sotterraneo sono fruibili da: - coloro che sono coinvolti direttamente con l'opera (committenza, utenti, ditta costruttrice, operatori durante la costruzione, enti politico-amministrativi responsabili); - persone od entità socio-economiche che sono collegate direttamente od indirettamente agli effetti provocati dalla realizzazione dell'opera. Per la valutazione dei benefici indirizzati al secondo gruppo, è necessario poter stimare, almeno approssimativamente, gli effetti sulla situazione sociale ed economica prodotti dalla realizzazione dell'opera e dal suo funzionamento (fattori correlati agli effetti esterni). Una tale valutazione risulta problematica e richiede lo studio di un grande numero di esperti su discipline che esulano dalle competenze tecniche del progettista dell'opera in sotterraneo. Come è già stato accennato, tali benefici (per esempio la riduzione di rumore, di inquinamento, di tempo perso per il congestionamento del traffico stradale conseguente alla realizzazione di strutture in sotterraneo) sono spesso difficilmente valutabili in termini monetari. Idealmente sarebbe auspicabile poter valutare ogni tipo di beneficio in termini monetari e dal punto di vista probabilistico (probabilità che si verifichino gli eventi studiati), in modo da poter scegliere tra le varie soluzioni quella che a pari grado di affidabilità risulti più economica. Questo tipo di analisi richiede, in prima istanza, l'individuazione delle interazioni fra l'opera realizzata e l'ambiente; l'elenco riportato nelle tabelle 4 e 5 è una sintesi di impatti potenziali (nodi di una matrice di impatto) ricavati dall'analisi di un'ampia bibliografia di case histories relativi alla realizzazione di opere in sotterraneo nel mondo. 3. Conclusioni La collocazione in sotterraneo di numerose tipologie di infrastrutture può contribuire in maniera sostanziale al miglioramento della gestione territoriale dai punti di vista ambientale e sociale (oltre che permettere scelte infrastrutturali particolarmente vantaggiose). Per far sì che questa opzione venga considerata con maggior favore dalla Committenza è necessario proporre urgentemente protocolli di analisi delle implicazioni sociali ed ambientali

5 che dimostrino, quanto più possibile oggettivamente, la sua redditività economica globale, che non deve essere, in questo caso, restrittivamente intesa come correlata al rispetto dei tempi e dei costi realizzativi. Una possibilità di notevole interesse è offerta in questo senso dai moderni Sistemi di Supporto alle Decisioni e, fra essi, deve essere rivolto particolare interesse all'analisi Multi-Criteria. Tabella 4. Benefici ambientali correlati alla realizzazione ed all'uso di spazi sotterranei. Table 4. Environmental benefits related to the costruction and use of underground spaces. a) L'ambiente esterno è isolato visivamente, acusticamente, olfattivamente, termicamente, meccanicamente ed idraulicamente rispetto a ciò che è ubicato in sotterraneo e viceversa b) In sotterraneo è possibile utilizzare sistemi di trasporto intrinsecamente a basso impatto (mezzi a propulsione elettrica su rotaia) anche in contesti sfavorevoli (zone montuose, aree metropolitane) c) La possibilità offerta dalle gallerie di realizzare percorsi meno tortuosi, più brevi, permette una riduzione dei consumi, dell'inquinamento globale causato dai mezzi di trasporto in transito d) Il sottosuolo costituis ce una riserva potenziale di spazio permettendo di preservare spazi esterni. In quest'ottica si considerino le grandi possibilità connesse con il riuso di ambienti sotterranei dismessi (miniere abbandonate, rifugi militari, etc.) e) L'installazione in sotterraneo di strutture permette di limitare gli interventi relativi ad opere di stabilizzazione dei versanti, protezione da valanghe ed alluvioni f) L'uso degli ambienti sotterranei permette la realizzazione di strutture che contribuiscono al contenimento degli impatti ambientali che non potrebbero altrimenti essere realizzate (centrali idroelettriche in alta montagna, siti di stoccaggio di acque meteoriche cittadine in attesa della loro depurazione nei pressi di siti d'acqua sensibili, etc.) g) Laddove lo spazio sotterraneo sia di grandi dimensioni (trafori, grandi cavità sotterranee) è possibile prevedere lo sfruttamento, tramite pompe di calore, dell' energia termica (anche a bassissima temperatura) immagazzinata entro gli ammassi rocciosi e le falde h) Nel caso di intercettazione di grandi acquiferi le acque drenate possono essere sfruttate con un minimo aggravio economico i) Laddove si verifichi un risparmio economico correlato alle esternalità positive connesse all'utilizzo dell'opera in sotterraneo, il capitale può essere destinato ad altri interventi ambientali l) Lo spazio sotterraneo può configurarsi come una novità, uno stimolo culturale nei temi della gestione territoriale, dell'ambiente e delle risorse

6 Tabella 5. Conseguenze negative potenziali correlate alla realizzazione ed all'uso di spazi sotterranei. Table 5. Potenzial negative effects related to the costruction and use of underground spaces. a) Impatti paesaggistici correlati allo stoccaggio del marino; tossicità di eventuali sostanze addittive presenti nel marino nel caso di scavo con Slurry Shield b) Vibrazioni indotte dallo scavo con metodi tradizionali (D/B); disturbi a strutture esistenti in superficie, effetti negativi sulla stabilità dei versanti e sulle caratteristiche idrogeologiche dei materiali c) Tendenza del cavo a divenire elemento drenante d) Inquinamenti causati da crolli, instabilità del cavo o danni strutturali in siti contenenti attività/materiali potenzialmente inquinanti e) Energia spesa per la realizzazione dell'opera f) Inquinamenti connessi con le indagini preventive alla realizzazione dell'opera (fanghi di perforazione di sondaggi geognostici, combustibili-lubrificanti di apparecchi di trasporto ed indagine, disturbi per esplosioni per indagini sismiche, rifiuti dei cantieri, perdite di materiale radioattivo per le indagini geofisiche, etc.) g) Inquinamenti connessi con la realizzazione dell'opera (rifiuti dei cantieri, perdite di combustibile, fanghi/schiume di perforazione, miscele di iniezione, rumori e polveri, etc.) h) Impatto paesaggistico, acustico ed atmosferico correlato alle opere ausiliarie per gallerie (opere di ventilazione, strutture di accesso e pagamento di pedaggi, etc.) i) Inquinamenti delle falde e dei corsi d'acqua causato dai mezzi in transito (sversamenti eccezionali di materiali inquinanti, emissioni standard) l) Eventuali disastri ambientali per intercettamento, durante lo scavo, di vecchie strutture sotterranee adibite a stoccaggio di materiali inquinanti (la probabilità di questi eventi aumenta nel tempo per la difficoltà di conservare documenti che testimonino l'esistenza di questi siti) m)l'esistenza della nuova infrastruttura in sotterraneo può causare la realizzazione, nell' intorno, di altre opere ad alto impatto (strade, fabbriche, edifici, etc.) n) Intersezione (ed eventuale danneggiamento) durante lo scavo in sotterraneo di beni archeologici 4. Ringraziamenti Si desidera ringraziare il Prof. S. Pelizza per i suggerimenti forniti durante la stesura del lavoro. La Ricerca è stata realizzata con i Fondi erogati nell'ambito del "Progetto Strategico Gallerie" del CNR - Comitato 05. Figura 1. Vista schematica dell'impianto sperimentale di Kikuma per lo stoccaggio di oli in sotterraneo (S. Kiyoyama, 1990). Figure 1. Schematic view of the Kikuma test plant for underground oil storage (S. Kiyoyama, 1990). 5. Bibliografia Cotecchia V. (1993) - Opere in sotterraneo: rapporto con l'ambiente. Atti del XVIII Congresso di Geotecnica (AGI), Rimini.

7 Godard J.P. (1994) - Economic and environmental benefits of use of underground space. Materiale didattico del Master in Environmental Engineering with specialization in Mechanized Tunnelling, COREP (Politecnico di Torino). Godard J.P. (1994) - Underground structures in regional planning of cities. Proc. Congress "Underground construction '94", Prague. Habib P. (1992), Utilisation du sous-sol pour l'isolement des dechtes radio-actives. Atti del Conv. SIG "Grandi opere in sotterraneo: motivazioni e promozione", Milano. ITA Working Group n.13 (in fase di stampa) - General considerations in assessing the advantages of using underground space. Tunnelling and Underground Space Technology. ITA Working Group n.13 (in fase di stampa) - Underground car parks: international case studies. Tunnelling and Underground Space Technology. ITA Working Group n.13 (1995) - Preliminary report on underground urban mass transit systems. ITA Working Group n.15 (1994) - Etude des couts des infrastructures de transport ferroviaire en zones urbaine et suburbane. Tunnels et Ouvrages Souterrains, n.125. Kiyoyama S (1990) - The present state of underground crude oil storage technology in Japan. in Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 5, N. 4, pp Nilsen B. (1994) - Main criteria for underground waste disposal. Materiale didattico del Master in Environmental Engineering with specialization in Mechanized Tunnelling, COREP (Politecnico di Torino). Ogata Y., Isei T. e Kuriyagawa M. (1990) - Safety measures for underground space utilization. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 5, n.3. Peila D. e Pelizza S. (in fase di stampa) - Civil reuses of underground mine openings: a summary of International experience. Tunnelling and Underground Space Technology. Pelizza S. e Peila D. (1994) - Criteri per il progetto di depositi sotterranei per lo smaltimento di rifiuti tossici. Meeting di Ing. Geotecnica, Milazzo. Pelizza S. (1995) - De las minas a los tùneles. Atti del Conv. "El espacio subterraneo como geo-recurso", Madrid. Presbitero M. (1992) - Aspetti giuridici e di finanziamento pubblico. Atti del Conv. SIG "Grandi opere in sotterraneo: motivazioni e promozione", Milano. Regione Lombardia (1994) - Manuale per la valutazione di impatto ambientale. Indirizzi per la realizzazione dello Studio di Impatto Ambientale, Milano. Roisin V. (1992) - Quelques asptects de la problematique de l'utilisation de souterrain. Atti del Conv. SIG "Grandi opere in sotterraneo: motivazioni e promozione", Milano. Sterling R. e Carmody J. (1994), Underground space design. Underground Space Center, Departm. of Civil Eng. and Mineral Eng., University of Minnesota.