MISURE DI CONVERGENZA DI UNA GALLERIA REALIZZATA IN UN VERSANTE IN FRANA

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1 MISURE DI CONVERGENZA DI UNA GALLERIA REALIZZATA IN UN VERSANTE IN FRANA Salvatore Scandale La Sapienza Università di Roma Enzo Fontanella La Sapienza Università di Roma Augusto Desideri La Sapienza Università di Roma Sommario In questa nota sono illustrati i dati di monitoraggio di una galleria che attraversa un versante in frana, al fine di stimare gli effetti del movimento gravitativo sull opera. I dati si riferiscono all imbocco sud della galleria Val di Sambro, opera della nuova autostrada A1 (MI-NA) nel tratto di attraversamento dell appennino Tosco Emiliano. L elaborazione e la rappresentazione delle misure di convergenza della galleria, unite alle misure inclinometriche realizzate sul versante in frana, permettono di formulare alcune ipotesi sull interazione frana-galleria. Introduzione Lo sviluppo di infrastrutture di traporto e le caratteristiche in gran parte montuose del territorio italiano, nonché l esigenza che tali opere abbiano un limitato impatto ambientale, sono tutti fattori che inducono a realizzare opere in galleria con la necessità di risolvere serie problematiche di interazione terreno struttura. Una previsione completa ed accurata del comportamento dei rivestimenti di una galleria inserita in un pendio sede di un movimento franoso risulta molto complessa, sia per le difficoltà connesse alla determinazione dello stato tensionale iniziale nel versante ed alla sua evoluzione per il verificarsi dei movimenti, sia per capire, nel dovuto dettaglio, i numerosi fattori (disturbo dello stato tensionale indotto dalle operazioni di scavo, diverse procedure esecutive, tempo di chiusura dell anello, comportamento dell ammasso) che influenzano il comportamento della galleria (Picarelli et al., 2002). Questo lavoro si inserisce in un programma di ricerca diretto a sviluppare uno studio di interazione tra gallerie e movimenti di versante (Desideri et al. 2012, Desideri et al. 2013, D Effremo 2013), nel quale si dispone di un caso di studio ben monitorato. Caso di studio: l imbocco sud della galleria autostradale Val di Sambro La galleria autostradale Val di Sambro è un opera facente parte dei lotti 6 e 7 della cosiddetta Variante di Valico. L opera è costituita da due canne affiancate e in tutto lo sviluppo di circa 4 km nella valle del torrente Setta, sottopassa numerosi versanti alcuni sede di movimenti gravitativi; ciascuna canna ha una larghezza massima pari a 16 m. Nell area dell imbocco sud, posta in destra idrografica del torrente Setta (figura 1) e caratterizzata dalla presenza di una grande paleofrana di natura quiescente, il versante ha una pendenza media pari a 15 e

2 l area in movimento si estende per circa 700 m a monte della galleria e prosegue a valle per altri 150 m fino a raggiungere il torrente Setta. L ammasso attraversato dalla galleria è costituito dalla formazione di Monghidoro; si tratta di un flysch appartenente al dominio ligure, di età compresa tra il Campaniano Superiore e il Paleocene. Il complesso caotico incontrato durante lo scavo è il risultato di intense attività tettoniche e risulta caratterizzato da torbiditi arenaceo-pelitiche con struttura disordinata: in alcuni casi prevale la componete litoide, in altri la componente pelitica. In figura 2 è riportata parte della documentazione fotografica di una verticale di indagine realizzata in prossimità dell area di studio. La foto mostra un aspetto ricorrente delle caratteristiche della formazione, in cui il materiale lapideo generato dalla disgregazione del substrato è immerso in una matrice argillosolimosa o limoso-sabbiosa. La frazione litoide e quelle più marcatamente pelitica frequentemente non presentano alcuna continuità orizzontale e si presentano in forma disordinata anche in sondaggi relativamente vicini. Alcune delle caratteristiche fisiche dei terreni incontrati sono riportate in tabella 1; secondo la carta di Casagrande, i campioni analizzati si collocano nel campo delle argille inorganiche di plasticità medio-bassa. WL (%) WP (%) W (%) IP (%) γ (kn/m 3 ) frazione argilloso-limosa parte fine della frazione limoso-sabbiosa Tabella 1. Caratteristiche fisiche dei materiali. Terrazzo di frana C.S. C.N. T. Setta Figura 1. Foto area dell imbocco sud della galleria Val di Sambro con l indicazione dell ipotetica delimitazione del settore in frana analizzato. Figura 2. Foto di parte di un sondaggio. Il regime delle pressioni interstiziali, dedotto dalle misure piezometriche, evidenzia una falda in movimento monte-valle con profondità della superficie libera, rispetto al piano campagna, variabile tra i 17 e i 22 m. Lo scavo delle gallerie è stato eseguito a tutta sezione con il metodo ADECO-RS con il fronte della canna nord che ha preceduto quello della canna sud di circa 80 metri; il rivestimento provvisorio era realizzato con centine e spritz-beton, quello definitivo con calcestruzzo armato. Durante le operazioni di scavo si sono registrati spostamenti e deformazioni non tutti imputabili alle deformazioni indotte dallo scavo, ma in parte dovuti anche a movimenti gravitativi complessi, che hanno richiesto modifiche sia dei consolidamenti al fronte sia del rivestimento messo in opera. In figura 3 è indicata la planimetria dell area di studio con l ubicazione di alcune delle verticali inclinometriche utilizzate per la ricostruzione del movimento di versante, la traccia della sezione presa

3 in esame e un ipotetica delimitazione dei movimenti (linea rossa). La ricostruzione della superficie di scorrimento (figura 4), sulla base delle misure inclinometriche, evidenzia un movimento gravitativo complesso, nel quale si individua una superficie di scorrimento profonda circa 60 m e due superfici di scorrimento meno profonde. La figura 4 evidenzia inoltre come le sezioni di scavo delle gallerie attraversano il corpo di frana profondo. La riattivazione/accelerazione del movimento gravitativo ha certamente una relazione con le attività di scavo ai fronti delle due canne: gli andamenti temporali degli spostamenti registrati sulle superfici di Figura 3. Planimetria dell area di studio con indicazione di parte della strumentazione installata. Figura 4. Ricostruzione dei movimenti di versante lungo la sezione B-B.

4 scorrimento e al piano campagna dagli inclinometri, mostrano che le velocità di spostamento hanno presentato un massimo al passaggio dei fronti di scavo nel corpo di frana; successivamente si sono progressivamente ridotte fino al sostanziale annullamento odierno; a titolo di esempio in figura 5 sono riportate le letture della risultante degli spostamenti registrati dall inclinometro VDS-8, subito a valle delle gallerie, in anni successivi. La figura 5-a relativa agli spostamenti misurati nel 2011, quando lo scavo delle gallerie interessava ancora il corpo di frana, evidenzia chiaramente uno scorrimento su una superficie posta a circa 20 m di profondità e gli spostamenti cumulati nell anno raggiungono i 4 cm. Nel 2012 (figura 5-b) gli spostamenti, di un ordine di grandezza inferiori a quelli dell anno precedente, sono imputabili alla deformazione dell intero corpo di frana e non si rilevano scorrimenti concentrati. Nel 2012, il confronto tra gli andamenti temporali degli spostamenti e quelli dei livelli piezometrici evidenzia che gli spostamenti sono strettamente correlati all oscillazione stagionale delle quote piezometriche. (a) (b) Figura 5. Risultante degli spostamenti registrati dall inclinometro VDS-8: misure relative al 2011 (a); misure relative al 2012 (b). Misure di convergenza Le misure di spostamento nelle gallerie in prossimità dei fronti di scavo (ovvero nel tratto interessato dal rivestimento provvisorio) sono state eseguite mediante l installazione di stazioni di convergenza, costituita da cinque target topografici solidarizzati al prerivestimento e posti, rispettivamente, due ai piedritti (m1, m5), due alle reni (m2, m4) e uno in calotta (m3). In figura 6 sono riportati, in funzione della progressiva della galleria, gli spostamenti trasversali misurati sul rivestimento provvisorio della canna nord; in particolare nelle figure 6-a e 6-b sono riportati, rispettivamente, la media degli spostamenti trasversali delle mire [m1, m5] ed [m2, m4], mentre in figura 6-c lo spostamento trasversale della mira m3. In condizioni ideali e in assenza di spostamenti trasversali della galleria, gli spostamenti orizzontali di mire opposte rispetto all asse della galleria dovrebbero essere sostanzialmente simmetrici (a somma nulla se si tiene conto del verso). In questo caso le misure mostrano, tra le progressive 4670 e 4920 (tratto corrispondente all area interessata dal movimento gravitativo), una somma non nulla con valori negativi e dunque, tenendo conto della convezione dei

5 segni scelta, il rivestimento provvisorio tende a spostarsi verso valle. Non sempre però le misure mostrano un comportamento uniforme a livello della sezione monitorata, infatti, tra le progressive 4670 e 4740, la media degli spostamenti orizzontali delle mire m1 e m5 sulle pareti laterali è minore degli spostamenti, lungo la stessa direzione, degli altri punti posti alle reni e in calotta. I modesti valori (positivi e negativi) della media delle mire [m1, m5], rispetto ai valori negativi ed uniformi della media delle mire [m2, m4] e della mira m3, potrebbero indicare che in questa zona la galleria attraversa la superficie di scorrimento entrando nel corpo di frana. Visionando i fronti di scavo della canna nord, si è potuto constatare che nel tratto iniziale della zona indicata come area in frana, il fronte evidenzia una zona continua di fratturazione dell ammasso roccioso che può corrispondere alla banda di taglio della superficie di scorrimento (figura 7) (a) (b) (c) Figura 6. Spostamenti trasversali del rivestimento provvisorio della canna nord: media degli spostamenti delle mire m1, m5 (a); media degli spostamenti delle mire m2, m4 (b); spostamenti della mira m3 (c). Nel tratto compreso tra la progressiva 4740 e la progressiva 4885 circa, le misure di spostamento (figura 6), per ogni sezione, mostrano un andamento uniforme, a denotare il fatto che la galleria è immersa interamente nel corpo di frana. Per un breve tratto in prossimità della progressiva 4920, la galleria attraversa la superficie di scorrimento per poi uscire dal corpo di frana. Le misure mostrano infatti un aumento degli spostamenti nella parte superiore del cavo rispetto a quelli misurati ai piedritti. Successivamente, la media degli spostamenti oscilla su valori prossimi allo zero. Infine, in corrispondenza della progressiva 4950 si registrano spostamenti uniformi e diretti verso monte che sono al momento oggetto di approfondimento.

6 LEGENDA: Arenarie intensamente fratturate ed alterate Argillite Sabbia Ghiaia Limo Argilla Smarino Figura 7. Rilievo geologico strutturale e foto del fronte di scavo alla progressiva 4685 in canna nord. Conclusioni La temporanea riattivazione del movimento prodotta dalle attività di scavo testimonia che lungo la superficie di scorrimento era presente uno stato di sforzo prossimo a quello limite. L analisi degli andamenti temporali degli spostamenti conferma che quando le gallerie hanno oltrepassato il corpo di frana i movimenti si riducono notevolmente. In questo scenario le misure di convergenza effettuate sul rivestimento provvisorio mostrano bene l attraversamento della galleria nel corpo instabile e sono utili per lo studio del fenomeno di interazione frana-galleria. Bibliografia Picarelli L, Petrazzuoli S, Warren C.D (2002). Interazione tra gallerie e versanti. Le opere in sotterraneo in rapporto con l ambiente - IX Ciclo di conferenze di meccanica e ingegneria delle rocce. Desideri A, Fontanella E, Scandale S, D Effremo M.E (2012). Studio dell interazione tra movimenti di versante e infrastrutture sotterranee: Analisi delle misure di monitoraggio del versante Scaramuzza. Desideri A, Fontanella E, Scandale S, D Effremo M.E (2013). Studio dell interazione tra movimenti di versante e infrastrutture sotterranee: Analisi delle misure di monitoraggio del versante Santa Maria Maddalena. D Effremo M.E (2013). Riattivazioni di movimenti di versante indotte dallo scavo di una galleria. Tesi di dottorato. Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica Sapienza Università di Roma.