LMR DRILLING GmbH Attraversamento del fiume PO 10 dicembre 2007 Luciano Adinolfi Un Progetto avventuroso
Premessa SIGEMI gestisce dal 2000 un oleodotto DN 250 che collega il deposito di S. Quirico, sito in provincia di Genova, con il deposito di Lacchiarella ubicato a sud di Milano sin dalla fine degli anni 60. Nel suo percorso l oleodotto attraversa diversi punti di particolare importanza fra cui il fiume PO, nella provincia di Pavia. Nell ambito di un vasto programma di manutenzione, ed in considerazione del numero di anni in cui la linea è stata esercita, SIGEMI ha ritenuto opportuno procedere alla sostituzione di alcuni tratti della vecchia tubazione, fra cui l attraversamento del fiume Po, che all epoca venne eseguito con la tecnica dello scavo a cielo aperto. L area interessata dall attraversamento è molto vasta in quanto, su richiesta delle autorità competenti l attraversamento non poteva essere limitato al solo letto del fiume ma avrebbe dovuto estendersi anche a tutta l area golernale compresa fra i due argini, ed essere posato ad una profondità minima di 6 metri. Questo comporta quindi un attraversamento lungo 2 kilometri non eseguibile con i sistemi tradizionali. La progettazione di un nuovo attraversamento, di tale lunghezza, ha richiesto varie indagini geognostiche e accurati studi del territorio coinvolto. Nella provincia di Pavia il fiume percorre una vasta pianura formata da uno strato di materiale alluvionale, profondo anche centinaia di metri, depositatosi nelle diverse ere geologiche; dal Pliocene al Quaternario. Il corso del fiume è stato soggetto a variazioni planimetriche ed altimetriche dovute alla dinamica dei flussi, in particolar modo risalenti agli eventi del quaternario, (periodi intermedi fra le varie glaciazioni). Inoltre, la particolare ubicazione è compresa fra due affluenti, uno proveniente in sponda destra, proveniente dagli Appennini e l altro, in sponda sinistra, proveniente dalle Alpi. Dato il carattere geomorfologico della zona nteressata, il terreno alluvionale è prevalentemente eterogeneo con significative variazioni sia laterali che verticali. Il progetto preliminare Il progetto preliminare è stato basato su di una serie di indagini atte a valutare la natura del terreno e costituite da n 4 carotaggi, con relativi campionamenti e prove di laboratorio, spinti alla profondità di 30 metri; e 10 sondaggi, eseguiti mediante coclea, e spinti sino alla profondità di metri 25. Sulla base dei risultati ottenuti è stato redatto un progetto preliminare, per l esecuzione dell attraversamento, utilizzando la tecnica No Dig : Trivellazione Orizzontale Controllata o Microtunnel. Il profilo preliminare prevede di eseguire l attraversamento alla profondità di 28 metri.
La lunghezza dell attraversamento ed i costi ipotizzati hanno portato a preferire la tecnica della Trivellazione Orizzontale Controllata. Tramite i suoi consulenti, SIGEMI ha svolto una ricerca accurata fra imprese qualificate per il lavoro con una comprovata esperienza nel campo delle trivellazioni di particolare lunghezza. L Impresa Tre Colli S.p.A. è stata qualificata quale contrattista principale ed incaricata delle opere di coordinamento, preparazione delle are di cantiere, fornitura dei tubi e preparazione del tratto di condotta da posare. LMR Drilling GmbH è risultata la solcietà qualificata per eseguire la trivellazione. A questo fine sono valse le sue esperienze nella esecuzione di trivellazioni superiori ai mille metri ed in particolare quelle acquisite nel corso dell attraversamento del fiume Elba, lungo 2.626 metri, nel quale sono state adottate tutte le tecniche idonee per attraversamenti particolarmente lunghi in terreni che presentano difficoltà intrinseche dovute alla presenza di ghiaie. Il progetto esecutivo La natura del terreno, come evidenziata dalle indagine esperite da SIGEMI, non si presenta in modo molto invitante per un attraversamento da eseguirsi con la tecnica della Trivellazione Orizzontale Controllata. La presenza di ghiaie alla profondità di trivellazione ed il lungo tratto scoperto, privo di indagini, riduce sensibilmente la percentuale di successo. È stato quindi deciso di estendere le indagini cognitive del terreno avvalendosi delle tecniche idonee ad individuare un percorso tale da fornire le maggiori possibilità di successo. La nuova indagine geognostica è stata basata sul sistena VES (Vertical Electrical Soundings), tecnica che consente di determinare la stratigrafia del terreno basandosi sulla diversa resistività elettrica dello stesso in funzione delle diverse stratigrafie e caratteristiche geolitologiche. Indagine estesa anche al tratto in alveo. L interpretazione dei risultati ottenuti è stata agevolata dalla esecuzione di sei nuovi carotaggi estesi alla profondità di 70 metri circa, accompagnati da diversi campionamenti da sottoporre, in laboratorio, all analisi granulometrica, e prove in situ atte a determinare: la portanza del terreno, prove SPT, e la sua permeabilità alla profondità di un possibile attraversamento. Geologia Le indagini esperite hanno confermato la natura alluvionale del terreno, composto principalmente da terreno granulare, con leggere variazioni verticali e con lenti stratigrafiche disposte in modo irregolare. Sulla base della frequenza statistica della granulometria e dall aspetto visivo dei campioni prelevati, è stato possibile suddividere il terreno in quattro diversi livelli:
Livello A: strato superficiale dello spessore compreso fra 4 e 7 metri, continuo per tutto il percorso, cosistente in sabbia fine limosa con strati limosi, e scarsa presenza di ghiaie con diametro fino a 3 cm; Livello B: strato con spessore compreso fra 4 7metri e 20 25 metri consistente, nella parte alta di sabbia limosa, e strati sottostanti di sabbia fine limosa e strati più profondi di sabbia e ghiaia ( diametro medio 3 4 cm, massimo 6 8cm); Livello C: strato continuo orizzontale, spesso 1 2 metri, di argilla scura, argilla limosa e torba. Livello D: sottostante allo strato di argilla e fino alla profondità indagata, (spesso 40 metri circa), composto da sabbia e sabbia con ghiaia. Sabbie con matrice limosa e scarsa presenza di ghiaia di piccole dimensioni prevalentemente presenti nella parte centrale dello strato, mentre negli strati superiori ed inferiori sono presenti in modo prevalente sabbie e ghiaie. I parametri che interessano le trivellazioni in terreni granulari sono, principalmente, le granulometrie la resistenza al taglio la permeabilità del terreno Poiché la maggior difficoltà è dovuta alla presenza delle ghiaie e dalle sue dimensioni, tutti i campioni prelevati sono stati sottoposti a setacciatura per rilevare il maggior numero possibile di curve granulometriche. Si sono analizzate in totale 42 curve granulometriche, la maggior parte delle quali è riferita al livello D, nel quale si è individuato il corridoio più adatto ad eseguire l attraversamento. Il profilo di trivellazione Sulla base di quanto rilevato il profilo di trivellazione è stato progettato con lo scopo di: 1. attraversare la formazione geologica nel tratto più favorevole, ad una profondità compresa fra 40 47 metri; 2. Angolo di ingresso pari a 13 così da attraversare rapidamente lo strato di ghiaie presenti a 25 metri 3. Angolo di uscita pari a 10, così da ridurre al minimo l attrito e lo sforzo di tiro durante la fase di varo, e ridurre al minimo possibile l altezza della catenaria di varo. Precauzione molto importante per una trivellazione particolarmente lunga.
4. Raggio di trivellazione minimo pari a 800 metri tale da ridurre al 50% del valore ammissibile la sollecitazione combinata per le condizioni di esercizio. 5. Verifica della condotta, tubazione DN 250mm spessore 9,27mm materiale X 52, e analisi delle sollecitazioni così da garantire le sollecitazioni minime durante tutta la fase di costruzione e varo. 6. Rivestimento della tubazione in Polipropilene spessore 5 mm tale da garantire l efficacia dell isolamento per un varo lungo 2 kilometri in un terreno fortemente abrasivo. Tecnica operativa Per questo progetto LMR ha utilizzato una sua unità di trivellazione la cui capacità di spinta e tiro è pari a 250 ton. La trivellazione è stata eseguita in più fasi: Esecuzione del foro pilota con asta da 2 7/8 per una lunghezza iniziale di 200 metri; Infissione di tubo guaina DN 20 per una lunghezza di metri 164 fino alla profondità di metri 30 e successiva iniezione di cemento per stabilizzare le ghiaie presenti in quel livello. Ripresa del foro pilota da con aste da 2 7/8 alle quali sono state sovrapposte aste da 6 5/8, tecnica usata di rado ma utile per aumentare la rigidità delle aste di trivellazione spinte su percorsi molto lunghi. Utilizzo del sistema PWD (lettura della pressione di fondo foro nel corso della trivellazione), metodo che ha consentito di monitorare in continuo la pressione dei fanghi all interno del foro e quindi prevenirne la fuoriuscita incontrollata in superficie, rischio particolarmente presente in trivellazioni di lunghezza significativa. Utilizzo del sistema di guida magnetico, tipo Paratrack di seconda generazione, che ha consentito di raggiungere il punto di uscita con un errore di 9 cm, a due kilometri di distanza. L esecuzione del foro pilota ha richiesto 13 giorni di lavoro sulle 24 ore ed il varo della condotta ha richiesto 23 ore di lavoro continuo incluso la sosta di 4 ore circa, ad intervalli diversi, per consentire la saldatura della seconda colonna di varo. La linea di varo è stata divisa in due tronconi da 1.200 e 800 metri a causa dello spazio disponibile. Durante tutta la fase di varo lo sforzo di tiro è stato costantemente pari a 490 kn. Al termine delle operazioni la colonna posata è stata verificata per accertare:
L efficienza del rivestimento, mediante la misura delle cadute di potenziale; Ovalizzazione della condotta, mediante passaggio di pig con piastra calibrata; Efficienza dell insieme, mediante prova idraulica alla pressione massima compatibile, condotta sulle 24 ore. Conclusioni L attraversamento del fiume PO mediante la Trivellazione Orizzontale controllata è stato un successo. La tubazione posata dispone di una copertura tale da renderla sicura per qualsiasi movimento o piena del fiume che si possa verificare nel futuro. Il lavoro ha comportato un impatto ambientale minimo. In principio sembrava che l attraversamento non fosse possibile e che travalicasse le possibilità della tecnica della Trivellazione. Le misure cautelative svolte nella fase iniziale e la scelta accurata dei partecipanti all impresa ha contribuito in modo significativo al risultato ottenuto. Lo sforzo compiuto nel comprendere in modo completo la natura del terreno e la sfida contenuta nello strato geologico coinvolto ha consentito una corretta pianificazione del lavoro ed ha contribuito al suo risultato. Hanno contribuito alla redazione di questo articolo: o Andrea Stagni: Responsabile tecnico Sigemi o Eric Skonberg: Supervisore e coordinatore delle attività di trivellazione o Giovanni Polloni: Geologo coordinatore delle attività geognostiche o Gunter Kruse: Direttore Tecnico della LMR Drilling GmbH o Luciano Adinolfi: Rappresentante della LMR Drilling GmbH