Gallerie

GALLERIE

Sono infrastrutture civili realizzate nel sottosuolo nel campo dell’ingegneria stradale,

ferroviaria, mineraria ed idraulica. In base alle funzioni a cui sono destinate possiamo

avere: gallerie stradali, ferroviarie, metropolitane, minerarie, militari, per acquedotti e

fognature e di drenaggio (usate per captare e drenare l’acqua di alcune sorgenti, come

ad esempio quella di Gorgovivo).

Forma e dimensioni dipendono dalla funzione che hanno:

I cunicoli sono gallerie di piccola sezione trasversale (usati generalmente per

o condurre le indagini, spesso rimangono tali; in altri casi vengono convertiti in fori

esplorativi “pilota”).

I trafori sono gallerie di grande sezione e lunghi chilometri

o

Poiché la variabilità geologica del sottosuolo è notevole, il progetto esecutivo delle

gallerie non è mai davvero tale: la progettazione cambia a seguito della realizzazione dei

primi cunicoli e delle prime ramificazioni, perché vengono fatte nuove scoperte man

mano che si procede con gli scavi.

Fase 1: indagini in sito per la scelta del tracciato ottimale

Il tracciato deve conciliare la minor lunghezza con le condizioni geologiche, nel rispetto

dell’ambiente. A seguito dello studio dettagliato di una striscia di terreno viene prodotto

il tracciato preliminare della galleria e, contestualmente, vengono costruite sezioni

geologiche trasversali e longitudinali al tracciato per verificare le migliori condizioni di

realizzazione.

In seguito, è prevista la costruzione del profilo geologico definitivo con eventuale ausilio

di sondaggi e prospezioni geofisiche; da questo è possibile:

Ricostruire le caratteristiche morfologiche individuando eventuali dissesti

o soprattutto in ingresso e in uscita (considerando anche la possibilità di instabilità

dei versanti), per progettare eventuali opere di stabilizzazione

Ricostruire le condizioni idrogeologiche e idrologiche prevedibili

o Prevedere le emanazioni gassose

o Ricercare materiali da costruzione in situ

o

Durante l'esecuzione dei lavori è necessario:

Controllare la sezione geologica, aggiornando progressivamente

o Modificare la sezione di zone non ancora raggiunte

o Considerare il comportamento delle rocce attraversate in relazione ai rivestimenti

o e alle opere di sostegno (provvisorie durante gli scavi); è doveroso valutare la

resistenza all’avanzamento opposta per decidere di conseguenza che tipo di fresa

utilizzare per gli scavi

Verificare la presenza di fattori di disturbo tettonico

o Studiare eventuali cedimenti

o Studiare le acque sotterranee e le condizioni geotermiche

o

Per verificare che le carte geologiche forniscano una buona approssimazione dell’area di

interesse, vengono condotte varie indagini:

Prospezioni geofisiche (sismiche e geoelettriche) per valutare gli spessori

o della roccia, dei depositi e le caratteristiche dei materiali attraversati.

Indagini geognostiche, i cui risultati e forniscono indicazioni sulle

o caratteristiche fisiche, di resistenza, deformabilità, permeabilità delle rocce

che la galleria attraverserà

a. In sito: rilievo geologico, geomorfologico, sondaggi con carotaggi,

prove penetrometriche, di deformabilità, pressiometriche,

dilatometriche, posa di inclinometri

b. In laboratorio, su campioni indisturbati prelevati nei sondaggi vengono

condotte prove penetrometriche

Cunicoli esplorativi

o

La galleria scarica il proprio peso sul terreno, insieme alle spinte delle rocce sovrastanti

che si scaricano sulla struttura di sostegno che a loro volta vengono trasmesse alla trave

di base; a queste azioni si sommano i carichi veicolari:

INFLUENZA DELLE CONDIZIONI GEOLOGICHE

L’acqua ha un ruolo primario sugli equilibri dello scavo appena aperto, in quanto:

Riduce le qualità geotecniche (resistenza al taglio) dei terreni sciolti

o Può dar luogo a delle venute idriche in rocce fratturate

o L’accumulandosi in rocce permeabili, o in aree di sinclinale, o di alvei sepolti

o o faglie, può creare problemi in fase di scavo

In aree carsiche le venute di acqua possono essere pericolosissime

o

È doveroso fare particolare attenzione alle rocce calcaree, perché possono contenere

quantitativi di acqua ingenti nelle fessure e nelle cavità; inoltre, se si trovano in

profondità, sono a temperature molto alte.

Consideriamo i diversi casi riguardo alle venute d’acqua:

Rocce permeabili per fessurazione: possono contenere grandi

quantitativi d’acqua, a notevoli pressioni e spesso ad alte temperature (che

dipendono dalla profondità). Le venute, che possono verificarsi in tutta la

galleria, devono essere captate con delle opere di drenaggio, fondamentali

sia durante la realizzazione dell’opera che dopo.

Attraversamento di un acquifero: quando la galleria attraversa un

orizzonte acquifero (in nero nel disegno), le venute d’acqua sono localizzate

preferenzialmente a livello dell’orizzonte. Quelli in figura sono strati a bassa

permeabilità con un acquifero di mezzo; quindi, è necessario prendere un

drenaggio dello scavo in corrispondenza della roccia.

Fronte acquifero contenuto nelle rocce permeabili per porosità: in

una galleria costruita in un ambiente del genere, le venute d’acqua

possono arrivare da tutte le direzioni; a differenza di quanto avviene con

le rocce porose, infatti, in un calcare fessurato l’acqua arriva in maggiore

quantità e solo in corrispondenza delle fessure.

Rocce tipo micascisti (metamorfiche, relativamente plastiche): in una

galleria costruita in un ambiente del genere, con rocce metamorfiche con

piccoli filoni, come ad esempio il quarzo fratturato, le venute d’acqua

sono possibili al livello dei suddetti filoni. Il quarzo (relativamente rigido)

contenuto nelle rocce plastiche reagisce fratturandosi agli sforzi tettonici e

tali fratture sono attraversate da acqua.

Per impermeabilizzare lo scavo in corso d’opera:

se la galleria non è profonda si procede con delle perforazioni verticali, dalle

o quali si inietta la miscela consolidante e l’operazione è sostenuta da delle

armature

se la galleria è molto profonda, è necessario procede dall’interno, prendendo

o tutte le precauzioni del caso: vengono usate delle armature provvisorie che

stabilizzano lo scavo man mano che si procede. Nel caso in cui scavando si

incontrino argille, si chiude il fronte con un muro attraverso il quale si

iniettano le sostanze che lo consolidano (e così si procede

progressivamente).

Ne consegue che, prima di fare i lavori, è necessario determinare:

Le caratteristiche dell’acquifero

o Il bacino di alimentazione della falda e monitorala

o La permeabilità delle rocce

o

Nella valutazione globale rientra anche:

Il rischio di un’estinzione, impoverimento o inquinamento delle falde

o L’analisi dei costi e dei benefici

o Lo svolgimento di analisi chimiche

o

Casi di studio

Dalla sezione geologica dell’area è possibile valutare i tipi di faglie che interessano la

formazione (costituiscono le direzioni preferenziali del flusso), la natura delle rocce

attraversate (nel caso del Gran Sasso, si incontrano rocce metamorfiche cataclasate,

consumate a causa della frizione tra due adiacenti), la resistenza delle rocce e la venuta

idrica. Per esigenze di diversa natura, spesso viene realizzato un numero minimo di

sondaggi per fare il progetto della galleria e, il resto dell’analisi, viene condotta man

mano che si procede con gli scavi.

Per gallerie poco profonde, a seguito della perforazione si può procedere con la

stabilizzazione direttamente iniettando gel silicio dall’alto (galleria Salerno-Reggio

Calabria).

Un fenomeno che può interessare gli scavi in galleria è il problema delle emanazioni

gassose, soprattutto se in pressione: le rocce possono contenere infatti diverse tipologie

di gas (ad esempio quelle vulcaniche contengono anidride solforosa, per la natura del

loro processo di formazione) e di conseguenza possono verificarsi emanazioni di ossido

di carbonio, di azoto, e acido solforico. La presenza di gas dipende dal tipo di roccia e

dalla direzione delle fratture.

Notissimo nelle miniere di carbone è il fenomeno del grisou (miscela esplosiva di

metano, e di altri idrocarburi con anidride carbonica, ossigeno e azoto. È incolore e

inodore e si può trovare raccolto in sacche isolate nelle parti superiori alla galleria).

Non è detto che le emanazioni gassose e il rinvenimento di acque aggressive

dipendano dal materiale geologico attraversato dalla galleria, bensì acqua e gas possono

provenire da zone distanti: ne consegue che lo studio previsionale deve rivolgere ad una

fascia più estesa dell’area prettamente attraversata dalla galleria.

Problemi di natura geologica

Sono prevalentemente connessi:

Alla natura litologica e all’assetto strutturale

o Alla morfologia

o All’idrogeologia

o Al reperimento di gas o al rinvenimento di acque aggressive

o Al rinvenimento materiale rigonfiante

o

Le principali problematiche geologiche sono correlate a: i rapporti con rocce coerenti

ed incoerenti, con le pieghe, con le faglie, le condizioni stabilità (in rapporto a

fessurazione e stratificazione) e la giacitura degli strati.

Nei terreni sciolti la situazione è gravosa, dipende dalla coesione e soprattutto dalla

presenza d’acqua: i problemi principali si riscontrano sul fronte di scavo, specie se i

carichi litostatici sono notevoli. Si può procedere, ai limiti del possibile, spostando il

tracciato per evitare le rocce incoerenti acquifere.

Nel passaggio tra rocce di diversa coerenza variano le condizioni tecniche di scavo

(ciascun materiale ha bisogno di un particolare tipo di fresa), sia in termini di

attrezzature che di costi. Se le rocce incoerenti sono sopra si possono avere irruzioni di

acqua in pressione ed eventualmente anche di sabbia, quindi la galleria deve essere

armata permanentemente durante gli scavi (previsto da progetto).

Nelle rocce massive, coerenti e poco fratturate la situazione è favorevole, mentre negli

ammassi stratificati e/o fratturati la stabilità dipende dallo spessore e dall’orientazione

degli strati e dalle caratteristiche strutturali della roccia.

Due sono i fattori fondamentali che determinano la relazione tra gallerie e piani di

stratificazione: la scavabilità e la stabilità. Considerando il primo fattore, le situazioni

più favorevoli sono quelle dove si ha il franapoggio o gli strati verticali (2 e 3, dove le

mine hanno più efficacia), mentre quelle meno favorevoli si hanno dove è maggiore la

stabilità, cioè negli strati orizzontali (costanza lungo l’asse, procedere in orizzontale

sig