Le gallerie naturali della Catania-Siracusa - PRO ITER

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Grandi Opere
Le gallerie naturali
della Catania-Siracusa
Sergio Bandieri
ingegnere Pizzarotti & C SpA
Enrico Maria Pizzarotti
ingegnere Pro Iter Srl
NELL’AMBITO DELLA REALIZZAZIONE DELL’ASSE AUTOSTRADALE MES-
SINA-SIRACUSA-GELA È IN CORSO DI COMPLETAMENTO IL TRATTO CA-
TANIA-SIRACUSA. PARTE TECNICAMENTE PIÙ SIGNIFICATIVA DELL’OPE-
RA È COSTITUITA DA CINQUE GALLERIE NATURALI A DOPPIO FORNICE
AUTOSTRADALE PER UNA LUNGHEZZA COMPLESSIVA DI QUASI SEI KM.
L’ORGANIZZAZIONE DEI CANTIERI E LE SOLUZIONI PROGETTUALI ADOT-
TATE HANNO CONSENTITO DI COMPLETARE I TUNNEL IN TEMPI DI EC-
CELLENZA.
Autostrade
9/2008 LE STRADE

1a
1a. L’autostrada Catania-Siracusa
in costruzione
1b
Catania
65
1b. Autostrada
Catania-Siracusa,
tratto in costruzione.
Fonte Anas
Augusta
La nuova infrastruttura viaria denominata “Catania-
Siracusa” costituisce la variante autostradale alla
SS 114 “Orientale Sicula”. L’asse stradale ha una
lunghezza complessiva di circa 25 km, svincoli esclusi,
ed è composto percentualmente dalle seguenti categorie
di opere:
• viadotti 17%,
• gallerie naturali 24%,
• gallerie artificiali 11%,
• tratti in rilevato/trincea 48%.
L’importo complessivo dei soli lavori ammonta a 518
milioni di euro, di cui 151 milioni, corrispondenti al 29%
dell’importo per le gallerie naturali, il cui scavo, iniziato
nei primi mesi del 2005, è stato completato nel
maggio 2007. In tab. 1 si riportano le lunghezze delle
gallerie naturali (riferite alle singole canne, comprensive
dei tratti realizzati in artificiale).
TAB. 1 LUNGHEZZA DELLE GALLERIE NATURALI
Galleria Asse CT-SR Asse SR-CT
San Demetrio 2895,25 m 2948,51 m
Filippella 1335,00 m 1297,35 m
Agnone I 290,00 m 290,34 m
Agnone II 220,5 m 217,29 m
Serena 1190,00 m 1181,76 m
9/2008 LE STRADE
Autostrade

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QUADRO GEOLOGICO
E GEOMECCANICO
L’area interessata dal progetto è ubicata nella Sicilia
orientale e si estende tra le province di Catania e
Siracusa. In questo settore gli elementi fisiografici principali
sono la Piana di Catania a Nord ed il Plateau Ibleo
a Sud; entrambi gli elementi sono delimitati a Est, in
mare, dalla Scarpata di Malta. La piana di Catania è
una depressione ampia e articolata impostata sull’estremo
lembo settentrionale della zolla crostale africana,
su cui sovrascorrono le strutture complesse costituenti
la Falda di Gela. Questo lineamento crostale,
orientato NE SW, costituisce il fronte di avanzamento
della catena appenninica sul Plateau Ibleo. La depressione
isostatica in corrispondenza del fronte orogenetico
ha generato una fossa in subsidenza, con svincolo
verso il Plateau Ibleo tramite un sistema di faglie
normali a gradonata. La struttura che ne deriva, la
Fossa Gela-Catania, è stata quindi suturata da sedimenti
più recenti, inizialmente marini fino ai termini
Pliocenici e successivamente continentali. La successione
del Plateau Ibleo è prevalentemente carbonatica
di acque basse per quanto riguarda le unità pre-
Messiniane. Sul margine NW, subsidente, si instaurano
condizioni bacinali che permangono fino a parte del
Pleistocene, espresse da sedimenti marnosi ed argillosi,
mentre sul plateau condizioni di mare basso sono
testimoniate da unità biocalcarenitiche come il membro
di Melilli della Formazione dei Monti Climiti; si tratta
in generale di formazioni calcaree ben stratificate,
massicce, con livelli marnosi subordinati, cui suben-
Autostrade
trano unità silicoclastiche deposte in ambiente continentale
e transizionale dovute soprattutto allo smantellamento
dei depositi vulcanici. Nell’area nordorientale
sono infatti evidenziate sequenze vulcanitiche
riferibili al Tortoniano (Formazione di Carlentini) e al
Pliocene terminale, rappresentate da colate basaltiche,
orizzonti vulcanoclastici grossolani e fini e da sedimenti
intercalati. Al fine di desumere i dati necessari per la
caratterizzazione geologica, geotecnica e geomeccanica,
sono state eseguite, dalla fase di progettazione
preliminare (1998) fino alla fase di progetto esecutivo
di dettaglio, diverse campagne di indagini in sito consistenti
in sondaggi geognostici a carotaggio continuo
con esecuzione di prove SPT, prelievo di campioni
per prove di laboratorio e installazione di piezometri
a tubo aperto (circa 12.000 m), prove penetrometriche
statiche (circa 4.000 m), prospezioni sismiche down
hole e indagini sismiche a rifrazione (2.000 m e 4.000
m). In particolare i sondaggi geognostici della campagna
integrativa sono stati realizzati con apparecchiature
idonee a recare il minor disturbo possibile alla roccia,
ottenendo così risultati attendibili e chiarificatori
dell’effettivo stato degli ammassi rocciosi in profondità.
Per quanto riguarda le gallerie naturali, le indagini
hanno condotto alla determinazione dei principali parametri
significativi dei litotipi interessati dallo scavo, evidenziati
in tab. 2.
Come è desumibile dalla tab. 2, lo scavo delle gallerie
ha interessato formazioni sia sedimentarie di origine
marina che vulcaniche, con intercalati livelli di piroclastici
a testimonianza dell’intensa attività eruttiva
TAB. 2 PARAMETRI GEOMECCANICI DEI LITOTIPI
Litotipo GSI γ (kN/m 3 ) σ ci (MPa) m i E d (GPa)
Calcareniti Pleistoceniche 65-70 22 11-14 15 7.9-11.8
Membro basale delle Calcareniti Pleistoceniche
(conglomerati, marne, marne calcaree)
Lenti di marne argillose-argille marnose con livelli
55-60 22 2-4 7-20 1.9-3.6
di sabbie fini all'interno di Membro basale
delle Calcareniti Pleistoceniche.
30 19 1-2 5 0.3-0.45
Vulcaniti plio-pleistoceniche (basalti) 50-55 24 45-60 25 6.7-10.3
Formazione di Monte Carrubba (calcareniti) 50-55 22 30-40 12 5.4-8.4
Formazione di Carlentini (vulcanoclastiti) 35-40 23 12-20 13-14 1.4-2.5
Formazione di Carlentini (basalti) 50-55 24 30-70 25 5.4-11.1
GSI: Geological Strength Index (Hoek 1994, Hoek, Kaiser and Bawden 1995, Hoek and Brown 1997, Hoek,
Marinos and Benissi, 1998, Marinos and Hoek, 2000)
σ ci : resistenza a compressione monoassiale della roccia intatta
mi : costante di Hoek-Brown relativa alla roccia intatta
Ed : Modulo di deformabilità dell’ammasso roccioso
γ: peso dell’unità di volume dell’ammasso roccioso
9/2008 LE STRADE

2. Sezione architettonica
galleria
2
che ha caratterizzato questo settore dell’isola. I litotipi
sedimentari (fatta eccezione per le calcareniti della
formazione di Monte Carrubba) e le vulcanoclastiti possono
essere classificate come rocce tenere. Inoltre, fatta
eccezione per le Calcareniti e le Vulcaniti Plio-pleisticeniche,
tutte le formazioni presenti alle quote di
scavo sono caratterizzate da una elevata eterogeneità
litologica e meccanica dovuta sia ai frequenti passaggi
eteropici, per ciclica trasgressione e regressione
del mare, che alla presenza di ripetuti livelli vulcanoclastici
debolmente cementati (formazioni complesse)
(fig. 9a, 9b, 10, 11).
LAY-OUT, IMPIANTI
E DOTAZIONI DI SICUREZZA
Le gallerie sono state progettate in osservanza delle
“Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle
strade” (DM 5/11/2001, n. 6792 e DM 22/04/2004, n.
67/S), dei “Requisiti minimi di sicurezza per le gallerie
della Rete stradale transeuropea” (Direttiva 2004/54/CE,
attuata con D.Lgs. 5/10/2006, n. 264) e delle “Linee
guida per la progettazione della sicurezza nelle gallerie
stradali” dell’ANAS (novembre 2006). La carreggiata
autostradale è composta da due corsie di marcia
da 3.75 m, da una corsia d’emergenza da 3 m e da una
banchina in sinistra di larghezza pari a 0.7m (fig. 2).
La pendenza trasversale massima è del 4.12%. La sagoma
utile è stata mantenuta di altezza (misurata in
verticale) pari a 5 m nelle corsie di marcia da 3.75 m
e pari a 4.8 m nella banchina laterale e corsia d’emergenza.
Su entrambi i lati della pavimentazione a sal-
67
vaguardia dello svio degli automezzi sono stati ubicati
profili ridirettivi a tergo dei quali sono state alloggiate
le canalizzazioni impiantistiche. Inoltre è stata prevista
l’esecuzione di piazzole di sosta di larghezza di
3 m poste ad interasse minore di 600 m, nonché la realizzazione
di by pass pedonali (BP-p) e carrabili (BP-c).
I by-pass collegano le canne Nord e Sud e sono stati disposti
ad interasse inferiore a 300 m (mantenendo comunque
900 m tra due BP-c successivi), in linea con il
criterio di raggiungibilità delle vie di fuga in caso d’incendio
ogni 150 m. I by-pass saranno mantenuti in sovrapressione
rispetto alla galleria da appositi ventilatori
e dotati di porte pedonali e carrabili REI 120 alle estremità.
All’interno del BP c è stato ubicato un percorso pedonale
in sede separata e protetta. Lungo la galleria sono
state inoltre previste nicchie dotate di apposita attrezzatura
di emergenza, disposte ad interasse inferiore a 200
m. Le piazzole di sosta in galleria hanno lunghezza netta
pavimentata pari a circa 50 m. Le dimensioni dei bypass
carrabili e pedonali e delle nicchie SOS sono tali da
rendere agevole la loro fruizione e da garantirne la funzionalità
anche nelle condizioni di impiego più gravose.
Per quanto riguarda gli impianti a servizio delle gallerie,
il D.Lgs. 264 ha introdotto sostanziali integrazioni,
con particolare riguardo a illuminazione, vie di fuga,
ventilazione e rilevazione incendi, gruppi elettrogeni,
impianti radio e video, centro di controllo, armadi SOS,
impianti antincendio e sistemi di segnalazione. I sistemi
impiantistici sono stati previsti nel progetto delle diverse
gallerie congruentemente con la loro lunghezza:
nelle gallerie aventi lunghezza maggiore a 500 m (San
Demetrio, Filippella e Serena) sono
state contemplate tutte le dotazioni
di sicurezza, mentre nelle gallerie più
brevi (Agnone I e II) solo le dotazioni
minime necessarie (illuminazione,
centro di controllo, armadi SOS e sistemi
di segnalazione). Inoltre il
D.Lgs 264 ha reso necessari interventi
di adeguamento dell’esistente
Centro di Controllo ANAS, le cui dimensioni
hanno dovuto essere significativamente
incrementate in relazione
alle aumentate esigenze
legate alla nuova configurazione impiantistica,
oltre ad ulteriori interventi
minori, sempre connessi alle esigenze
impiantistiche (nicchie integrative nei
by pass, cavidotti integrativi in galleria
eccetera).
9/2008 LE STRADE
Autostrade

68
PROGETTO E REALIZZAZIONE
Sezioni tipo
Il dimensionamento delle gallerie è stato affrontato se-
guendo l’iter delle fasi necessarie per la definizione del
progetto (inteso come complesso di interventi di stabilizzazione,
di rivestimento e di consolidamento, di
modalità e fasi di esecuzione, di specifiche tecniche dei
materiali e dei mezzi e degli strumenti da impiegare
per la realizzazione) descritto nel seguito. A valle dello
studio geologico e della caratterizzazione geomeccanica
dei litotipi, è stato formulata, per ogni litotipo,
un’attendibile ipotesi di modello di comportamento allo
scavo in funzione delle proprie caratteristiche geotecniche,
dello stato tensionale originario e delle condizioni
locali e al contorno (coperture, corticalità, morfologia,
idrogeologia, ecc.). La scelta di modelli costitutivi
coerenti con il modello di comportamento del terreno
ha permesso di passare a una successiva fase di simulazione
della realizzazione dello scavo, attraverso
modellazioni numeriche (FDM). Queste analisi, ripetute
per ogni tratta a comportamento e con condizioni
omogenee in cui può essere suddiviso il tracciato, sono
risultate indispensabili per definire la necessità degli
interventi di consolidamento, stabilizzazione e rivestimento
e le tempistiche di messa in opera. Esse hanno
fornito l’andamento in funzione della distanza dal
fronte di scavo delle convergenze, degli spostamenti
assiali del fronte, delle plasticizzazioni, dei tassi di
deconfinamento. La valutazione dei risultati di queste
simulazioni ha consentito di delineare la strategia di
costruzione in termini di modalità e fasi costruttive e
di interventi da applicare per il miglioramento delle caratteristiche
del terreno, per fornire le necessarie pressioni
di confinamento e per evitare l’innesco di processi
di instabilità o di eccessive deformazioni. Definiti gli interventi
e le modalità di scavo e di applicazione, ne è
3
Autostrade
stata verificata l’adeguatezza con un’ulteriore fase di
modellazione delle fasi costruttive, ripetuta iterativamente
fino all’ottimizzazione degli interventi.
L’individuazione della soluzione ottimale ha comportato,
oltre che la validazione della strategia di costruzione
in termini di effetti sul terreno e sulle strutture
eventualmente presenti sul contorno della cavità,
anche la verifica strutturale degli interventi di sostegno,
consolidamento e rivestimento. La fase conclusiva
dell’iter di progettazione ha condotto alla traduzione
in termini di specifiche tecniche della strategia
di costruzione definita e verificata nonché alla redazione
del programma di prove e di controlli in corso
d’opera per la verifica delle ipotesi di progetto, per il
controllo del reale comportamento del terreno e per
l’eventuale ottimizzazione del progetto. Dato il valore
relativamente contenuto delle coperture rocciose
lungo il tracciato delle gallerie (copertura massima
circa 60 m) in rapporto alle caratteristiche
geomeccaniche delle formazioni interessate, l’applicazione
delle varie sezioni tipo (fig. 3), in funzione
del comportamento della cavità allo scavo, è avvenuta
principalmente in ragione della variabilità della
qualità geomeccanica dei litotipi attraversati, qualificata
attraverso la classificazione tecnica che fa
riferimento al parametro RMR (Rock Mass Rating,
Bieniawski 1989). In particolare:
• nelle zone di imbocco, in probabile presenza di roccia
alterata, per le ridotte coperture e la presenza di
materiali allentati, è stata progettata una sezione tipo
con centine e betoncino proiettato fibrorinforzato, dotata
di infilaggi metallici e consolidamento del fronte
in avanzamento (GA-Ci), al fine di assicurare la stabilità
del fronte e di scongiurare il possibile verificarsi di
camini;
• nelle zone di roccia tettonizzata, dove le analisi han-
3. Sezioni tipo gallerie
naturali
9/2008 LE STRADE

4
4. Imbocco San
Demetrio Sud (scavi)
no evidenziato possibili fenomeni di instabilità del
fronte, è stata prevista l’adozione di due sezioni tipo
distinte in funzione della lunghezza della tratta di applicazione:
per brevi passaggi in faglia, una sezione
di scavo cilindrica con centine e betoncino proiettato
fibrorinforzato ed elementi strutturali in VTR sul
fronte e sul contorno (sezione tipo GA-B2p). In alternativa,
in condizioni geomeccaniche particolarmente
sfavorevoli previste per tratte di lunghezza significativa,
è stata predisposta una sezione di scavo
tronco-conica, con infilaggi metallici sul contorno e
tubi in VTR sul fronte (GA-C1);
• dove la scadente qualità geomeccanica (classe V)
era determinata dalla presenza di litotipi con matrice
particolarmente poco resistente, è stata prevista
una sezione con centine e betoncino proiettato
fibrorinforzato, consolidamento del fronte in VTR e
chiodature radiali in corrispondenza dei piedritti aventi
lo scopo di costituire un vincolo immediato per il
rivestimento di prima fase prima della fase di getto
dell’arco rovescio (GA-B2);
• nelle zone di classe IV, l’avanzamento ha previsto una
69
sezione (GA-B1) con centine e betoncino proiettato fibrorinforzato,
chiodature radiali in corrispondenza
dei piedritti, con eventuali interventi di consolidamento
sul fronte qualora le condizioni locali dell’ammasso
lo rendessero necessario e comunque in caso di soste
prolungate;
• la sezione tipo adottata in classe III ha comportato
la messa in opera di betoncino proiettato fibrorinforzato
e chiodature in calotta, dove erano possibili rilasci
di blocchi (GA-A1). In alternativa è stata prevista
la sezione tipo GA-A1L priva di arco rovescio, da applicare
esclusivamente nelle tratte caratterizzate da
condizioni geomeccaniche particolarmente favorevoli
(resistenza a compressione monoassiale di matrice superiore
a 30MPa), con intensità della fatturazione e dell’alterazione
modeste e in assenza di venute d’acqua;
• per le piazzole di sosta, sia in classe III che in classe
IV, in relazione alle maggiori dimensioni della cavità
è stato previsto un rivestimento di prima fase costituito
da centine, betoncino proiettato fibrorinforzato
e chiodatura radiale a protezione dei piedritti (PS-B1 e
PS-B2).
9/2008 LE STRADE
Autostrade

70
IMBOCCHI
Galleria San Demetrio
L’area di imbocco Nord ha interessato i litotipi
di origine sedimentaria appartenenti alle
Formazioni delle Calcareniti Pleistoceniche; in
questo tratto i piani di strato presentavano
blanda inclinazione verso NW, con angoli compresi
tra 10° e 20° circa, mentre le sequenze
sedimentarie si presentavano con spessori superiori
ai 60 m. L’attacco degli scavi in sotterraneo
di entrambe le canne è stato ubicato
in corrispondenza di una parete rocciosa affiorante,
fortemente inclinata e immergente
con direzione che diverge di pochi gradi rispetto
all’asse del tracciato stradale.
L’area d’imbocco Sud è stata impostata nei
termini basaltici della Formazione di Carlentini
che si presentavano in bancate massive intercalate
da orizzonti stratoidi di brecce vulcanoclastiche
con spessore di pochi decimetri.
L’attacco degli scavi è stato ubicato in
corrispondenza di una parete rocciosa subaffiorante
inclinata di circa 30° rispetto all’orizzontale
e con immersione sostanzialmente
parallela al tracciato.
Per entrambi gli imbocchi, sono stati previsti
scavi di approccio con pendenza 5/1 nell’ammasso
roccioso e 1/1 nello strato più superficiale
di coltre di riporto o di alterazione, stabilizzati
tramite chiodature e betoncino
proiettato armato (fig. 4).
Galleria Filippella
L’imbocco Nord ha interessato un rilievo rimodellato
a terrazzamenti a uso agricolo. Dal
punto di vista litologico lungo tale versante
la situazione si presentava piuttosto complessa
in quanto affioravano sia rocce ignee sia vulcanoclastiti
con sottili livelli sedimentari di natura
carbonatica. Tra i livelli basaltici e le sottostanti
vulcanoclastiti era osservabile un livello
di spessore metrico di alterazione dell’ammasso
roccioso, verosimilmente connesso a
circolazione idrica in corrispondenza di una
locale variazione di permeabilità.
Gli scavi della canna Sud attaccavano in modo
pressochè frontale, guadagnando dopo uno
sbancamento di lunghezza ridotta la copertura
necessaria allo scavo a foro cieco. La can-
Autostrade
na Nord, invece, incideva per un tratto lungo
quasi 230 m il versante laterale del dosso, con
coperture sopra la calotta della galleria molto
basse o addirittura, in certi tratti, assenti.
Nella configurazione sopra delineata, piuttosto
che procedere con un doppio ordine di
paratie berlinesi con connessi problemi di prossimità
tra le zone interessate dai tiranti e quelle
interessate dallo scavo della canna Sud, si
è optato per la realizzazione di una paratia in
pannelli in c.a., in grado di fornire maggiore rigidezza
rispetto alla precedente e con la necessità
di un solo ordine di tiranti. Viste le caratteristiche
geomeccaniche dei materiali in
sito, con orizzonti rocciosi basaltici caratterizzati
da medio-alta resistenza a compressione,
per la realizzazione di tali pannelli non
è stato possibile prevedere l’utilizzo di una comune
benna mordente, ma è stato necessario
ricorrere allo scavo con idrofresa.
L’area d’imbocco Sud ha interessato la quota
di passaggio tra le sovrastanti calcareniti
della formazione di Monte Carrubba e la formazione
di origine vulcanica di Carlentini. Il
passaggio tra le due formazioni era localmente
caratterizzato dalla presenza di strati argillificati
di potenza variabile. Nella zona in oggetto,
a una quota prossima al fondo scavo, si
è rinvenuto uno strato argilloso avente spessore
di 5 m e giacitura suborizzontale, tendente
a digradare verso Sud, salvo presentare irregolarità
dovute a locali dislocazioni tettoniche.
Il substrato roccioso di natura calcarenitica,
che risultava subaffiorante al di sotto di una
coltre di copertura localmente assente o di
spessore modesto, ha permesso la scelta progettuale
di realizzare la trincea di approccio
agli scavi in sotterraneo mediante sbancamenti
stabilizzati con interventi di chiodatura sistematici.
Galleria Agnone I
Anche in questo caso sono stati realizzati scavi
di approccio, in un ammasso roccioso costituito
da vulcaniti basiche, con pendenza 5/1
nell’ammasso roccioso e 1/1 nello strato più
superficiale di coltre di riporto o di alterazione,
stabilizzati tramite chiodatura, previa messa
in opera di uno strato di betoncino proiettato
armato con rete elettrosaldata (fig 5).
5a
5b
6a
6b
Galleria Agnone II
L’area di imbocco Nord ha interessato un versante
costituito da vulcaniti basiche appartenenti
al complesso delle Vulcaniti Plio
Pleistoceniche (basalti fratturati). L’attacco degli
scavi in sotterraneo di entrambe le canne è
stato ubicato in corrispondenza di un versante
naturale con inclinazione indicativamente di
13°÷17°. Il substrato roccioso di natura vulcanica,
che risultava subaffiorante al di sotto di una
coltre di copertura localmente assente o comunque
di spessore modesto, nonostante il suo
stato di fratturazione, non presentava particolari
problemi di stabilità. Sono stati quindi previsti
scavi con pendenza 5/1 nell’ammasso roccioso
e 1/1 nello strato più superficiale di coltre
di riporto o di alterazione, stabilizzati tramite
chiodatura realizzata previa messa in opera di
9/2008 LE STRADE

7a
7b
5. Imbocco Agnone I Sud
(scavi e sistemazione definitiva)
6. Imbocco Agnone II Nord
(scavi e sistemazione definitiva)
7. Imbocco Agnone II Sud
(scavi e sistemazione definitiva)
8. Imbocco Serena Sud (scavi)
uno strato di betoncino proiettato armato con
rete elettrosaldata. L’imbocco Sud e l’attacco degli
scavi in sotterraneo hanno interessato il contatto
tra il tetto delle Vulcaniti Plio Pleistocenice
e il Membro basale delle Calcareniti
Pleistoceniche (prevalenti conglomerati cementati).
Lungo tale contatto erano previsti fenomeni
di instabilità dovuti al crollo di voluminosi
blocchi di calcareniti (Calcareniti
Pleistoceniche) a causa dell’erosione differenziale
agente al letto della formazione sedimentaria,
in corrispondenza del livello conglomeratico
(Membro Basale). Per la realizzazione della
trincea d’approccio all’imbocco naturale, la morfologia
del versante (interessata da fenomeni di
crollo) ha reso necessaria l’esecuzione di una
paratia tipo berlinese (figg. 6 e 7).
8
Galleria Serena
Il versante in corrispondenza dei due fronti di attacco
a Nord presentava inclinazione pari a circa
20°-30°; l’imbocco in sotterraneo ha attaccato
il versante lateralmente (inclinazione di circa
30° rispetto all’asse del tracciato), comportando
uno sfalsamento dei due fronti di scavo di
una decina di metri. L’imbocco e l’attacco degli
scavi in sotterraneo hanno interessato il contatto
tra il tetto delle Vulcaniti Plio Pleistoceniche e
il Membro basale delle Calcareniti Pleistoceniche
(prevalenti conglomerati cementati), ubicato in
corrispondenza della quota di calotta della futura
galleria. La morfologia del versante ha reso
pertanto necessaria, per la realizzazione della
trincea d’approccio all’imbocco naturale, al fine
di minimizzare l’estensione verso monte degli
sbancamenti, la realizzazione di una paratia tipo
berlinese, contrastata da più ordini di ancoraggi
passivi, costituiti da barre d’acciaio tipo
Dywidag.
L’area d’imbocco Sud presentava una stratigrafia
abbastanza complessa per l’alternanza
delle formazioni che si presentavano nella fascia
interessata dal passaggio delle gallerie.
Infatti, al di sotto dei depositi eluvio colluviali
di versante, costituiti da limi e limi sabbiosi con
ghiaia e ciottoli di varia natura, trovava sede la
formazione delle Vulcaniti Plio-Pleistoceniche,
intercalata da una spessa lente di marne e marne
calcaree appartenenti al Membro basale delle
Calcareniti Pleistoceniche. Quest’ultima, man
mano che si procedeva verso monte, aumentava
di potenza presentando nella parte superiore
una lente di materiale costituito da marne
argillose della stessa formazione, il cui limite
inferiore si trovava circa alla quota del piano
dei centri della sezione di galleria, in canna sinistra,
e di calotta in canna destra.
La superficie di contatto tra i depositi eluvio
colluviali di versante e la sottostante formazione
delle Vulcaniti Plio-Pleistoceniche si
estendeva per circa 80 m oltre la progressiva
d’imbocco prevista inizialmente. Lo strato superficiale
presentava potenza variabile, (spessore
massimo circa 15 m), mantenendosi, per
tutto il tratto, inferiormente alla quota di calotta
della futura galleria, fino a scomparire
in prossimità della sommità del versante, e ad
essere sostituita dalla sovrastante lente di mar-
71
ne argillose. Quest’ultima, dello spessore massimo
di circa 15 m, si estendeva verso monte,
all’interno della formazione del Membro basale,
per circa 250 m lungo la canna SR-CT, e
per circa 100 m lungo la canna CT SR adiacente,
interessando come precedentemente
detto, la parte superiore della sezione di galleria.
In tale contesto, al fine di evitare, per i primi 100
m circa di galleria (tratto in cui le coperture risultano
inferiori ai 10 m), l’applicazione di una
sezione tipo di scavo in sotterraneo caratterizzata
da pesanti e sistematici interventi di sostegno
e consolidamento in avanzamento, sono
state operate alcune ottimizzazioni:
arretramento della parete di imbocco di circa
80 m, in corrispondenza del tratto a basse
coperture, allo scopo di limitare il più possibile
lo scavo in naturale che in tale contesto sarebbe
risultato problematico per la stabilità
della cavità e del fronte;
dove le coperture hanno assunto altezze modeste,
dell’ordine di circa 10 15 m, realizzazione
di un’opera di sostegno sulle pareti di attacco
della galleria, limitata al solo tratto di trincea
interessato dalla presenza della lente di marne
argillose, e riprofilatura del versante con pendenza
1/2 senza interventi di stabilizzazione fino
alla quota di imposta della paratia;
prosecuzione della trincea di approccio con
rimodellamento delle pareti di scavo laterali
con pendenza 1/2 senza interventi di stabilizzazione
nella coltre superficiale e, dove lo scavo
ha interessato le rocce vulcaniche, pendenza
5/1, stabilizzata con barre tipo Dywidag
e betoncino proiettato armato con rete elettrosaldata.
In particolare, in corrispondenza dell’imbocco
(fig. 8), per il sostegno della parete frontale
di attacco della galleria naturale e di quelle
laterali limitrofe, è stata prevista la realizzazione
di paratie in pali in c.a. di grande diametro,
contrastati in testa da un solettone gettato
in opera, sotto il quale è stato impostato
l’attacco della galleria naturale. Tale soluzione,
oltre a fornire notevole rigidezza con conseguente
limitazione di possibili movimenti
dell’ammasso a monte dell’imbocco, non ha
reso necessario alcun ordine di tiranti a sostegno
dei pali durante le fasi di scavo.
9/2008 LE STRADE

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GALLERIE NATURALI
L’esecuzione delle gallerie è stata effettuata con le se-
guenti progressioni:
• da entrambi i fronti per la galleria San Demetrio;
• principalmente dal fronte Sud per la galleria Filippella;
• rispettivamente dai fronti Sud e Nord per le gallerie
Agnone I e Agnone II, i cui imbocchi si affacciano sulla
stessa valle;
• principalmente dal fronte Nord per la galleria Serena,
a seguito del completamento delle gallerie Agnone I e II.
Per la canna Nord della galleria San Demetrio è inoltre
stato approntato un ulteriore cantiere nell’area a basse
coperture, ubicato a circa 500 m dall’imbocco Nord, realizzata
con una porzione di galleria a cielo aperto, che ha
permesso di attaccare gli scavi da Sud ancor prima di ultimare
il tratto precedente. L’abbattimento è avvenuto
pressoché esclusivamente con mezzi meccanici in tutte
le gallerie. Durante l’avanzamento è stato effettuato un
costante rilievo delle caratteristiche geomeccaniche dei
fronti di scavo che ha permesso di modulare con continuità
l’applicazione delle sezioni tipo in funzione delle reali
e locali caratteristiche dell’ammasso roccioso. Le misure
di convergenza effettuate su sezioni aventi interasse
pari all’avanzamento settimanale hanno fornito valori
di spostamento delle pareti di scavo al più centimetrici,
fatta eccezione per la tratta della galleria San Demetrio
sopra evidenziata.
In tab. 3 sono riportate, per ogni galleria, le percentuali
sulla lunghezza delle classi geomeccaniche e delle principali
sezioni tipo previste in progetto e di quelle effettivamente
rinvenute e applicate durante lo scavo.
Dai dati sopra riportati si può evincere un sostanziale miglioramento
delle condizioni effettivamente riscontrate
durante l’avanzamento rispetto alle previsioni progettuali
per le gallerie San Demetrio e, in minor misura, per le
gallerie Filippella e Serena; viceversa, un evidente peggioramento
rispetto alle previsioni iniziali è stato riscontrato
per le gallerie Agnone I e Agnone II. Ciò può essere
spiegato, da un lato, con una valutazione ottimistica
a livello progettuale delle Vulcaniti Plio-Pleistoceniche (in
cui sono interamente scavate le gallerie Agnone I e Agnone
II), e, dall’altro, con una stima pessimistica delle proprietà
delle formazioni sedimentarie (Calcareniti
Pleistoceniche, Formazione di Monte Carrubba), rinvenute
diffusamente durante lo scavo della galleria San
Demetrio.
Per quanto riguarda le sezioni tipo, rispetto alle indicazioni
progettuali, nel corso dello scavo sono state adottate
alcune modifiche per meglio aderire all’effettivo comportamento
allo scavo rilevato in sito. In particolare:
• l’ottima qualità dell’ammasso roccioso della formazione
di Monte Carrubba ha consentito un alleggerimento
degli interventi di chiodatura originariamente previsti;
• data la continua variabilità della qualità geomeccanica
TAB. 3 PERCENTUALI DELLE CLASSI GEOMECCANICHE E DELLE TRATTE
DI APPLICAZIONE DELLE PRINCIPALI SEZIONI TIPO, PREVISTE IN PROGETTO
E A CONSUNTIVO, SULLA LUNGHEZZA DELLE GALLERIE
GALLERIA
classe
Progetto
% classe sezione tipo GA
Consuntivo
% classe sezione tipo GA
San Demetrio II 5% A1a'
III 53% A1 81% A1/B1
IV 45% B1 (PS-B2) 16% B1 (PS-B2)
V 5% B2, B2p/C1, Ci 1% Ci
Filippella III 21% A1 27% A1/B1
IV 54% B1 (PS-B2) 71% B1 (PS-B2)
V 24% B2, B2p/C1, Ci 2% Ci
Agnone I III 59% A1 9% B1b
IV 32% B1 82% B1
V 9% Ci 9% Ci
Agnone II III 42% A1 4% B1b
IV 19% B1 83% B1
V 39% Ci 13% Ci
Serena III 10% A1 31% A1/B1
IV 69% B1 (PS-B2) 52% B1 (PS-B2)
V 21% B2, B2p/C1, Ci 18% B2
Autostrade
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Gli autori desiderano ringraziare per la collaborazione
nell’esecuzione del lavoro e nella redazione
del presente articolo tecnico i colleghi:
Ing. Giovanni Pinna, Ing. Pietro Mazzoli, Ing.
Isa Venturini, Ing. Denise Po, Ing. Domenico
Cometti, Geol. Monica Boni, Geol. Maria Devita,
Ing. Alessio Traini, Ing. Claudio Fiumara
(Pizzarotti & C SpA, Parma, General
Contractor); Ing. Maura Rivoltini, Ing. Elisabetta
Scattolini, Geol. Lorenzo Verzani, Ing.
Pierfrancesco Redaelli, Ing. Valentina Cioci,
Ing. Roberto Ghirardi, Ing. Ilaria Fornasiero
(Pro Iter Srl, Milano, Consulenza geologicogeotecnica,
Progettazione e Direzione Operativa
geotecnica di tutta l’opera, Progetto Esecutivo
di Dettaglio delle gallerie naturali).
nella Formazione di Carlentini e nelle Vulcaniti
Pleistoceniche, anche in classe III è stato frequentemente
applicato un rivestimento di prima fase con centine,
con passo variabile in funzione delle condizioni locali;
• l’assenza di convergenze apprezzabili ha consentito di
ridurre o, in alcuni casi, annullare le chiodature previste,
in abbinamento alla messa in opera di centine metalliche,
nelle tratte di classe IV.
Galleria San Demetrio
L’ammasso roccioso appartiene sostanzialmente alla formazione
delle Calcareniti Pleistoceniche (contenenti sabbie
cementate), alla Formazione di Monte Carrubba
(Calcareniti a elevato grado di cementazione) e alla
Formazione di Carlentini (Vulcanoclastiti alternate a livelli
basaltici). Le coperture massime si aggirano intorno ai
60 m per entrambi i fornici ad eccezione del tratto a basse
coperture ubicato a circa 500 m dall’imbocco Nord, caratterizzato
da un’ampia depressione parzialmente colmata
da depositi alluvionali e colluviali che sottende un
bacino idrografico convogliante le acque sul punto di minima
copertura. In questo tratto è stato rilevato, all’interno
del Membro Basale delle Calcareniti Pleistoceniche,
un livello di litareniti il cui letto interessava lo scavo in chiave
di calotta per circa 50 m lungo la canna Sud e per circa
100 m lungo la canna Nord. Non era prevista una superficie
di saturazione piezometrica continua intercettata
dallo scavo; tuttavia, considerando l’elevata permeabilità
sia primaria per porosità che secondaria per fratturazione,
e l’alternanza di orizzonti a diversa permeabilità, si
ritenevano possibili modesti apporti idrici connessi alla
presenza di locali falde sospese. Il primo tratto di galleria
interessante le formazioni calcarenitiche, presentava
caratteristiche geomeccaniche riconducibili prevalentemente
alla classe III, con classe IV nella zona a basse coperture.
La tratta successiva nella Formazione di Carlentini,
complessa per la sua conformazione a strati degli orizzonti
basaltici e vulcanoclastici sviluppati lungo superfici
suborizzontali, veniva ricondotta prevalentemente alle
classi III e IV, con tratti di classe V in corrispondenza
della faglia normale di contatto tra la Formazione di Monte
Carrubba e la Formazione di Carlentini.
Nella tratta a basse coperture (circa 500 m dall’imbocco
Nord), in canna Nord, dove le coperture toccavano un
minimo di 6 m, la particolare condizione geotecnica e
morfologica ha condotto alla realizzazione di una porzione
di galleria a cielo aperto, preferibile alla soluzione in
sotterraneo sia per le condizioni particolarmente favorevoli
per tale tipo di lavorazione in relazione all’accessibilità
dell’area (limitrofa a un sito di cava esistente e quin-
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di scarsa o nulla vulnerabilità ambientale), sia perchè
consentiva l’apertura di un fronte di attacco intermedio
per lo scavo della galleria, che con i suoi quasi 3 km di
lunghezza risultava la più impegnativa dal punto di vista
del rispetto delle scadenze temporali previste per la realizzazione
dell’autostrada. Per questa tratta gli scavi della
trincea sono stati eseguiti con pendenza 5/1 nell’ammasso
roccioso e 1/1 nello strato più superficiale di coltre
di riporto o di alterazione e stabilizzati tramite chiodature
e betoncino proiettato armato. In fase definitiva è
stato previsto l’inserimento di un tratto di galleria artificiale
e il completo ritombamento della trincea.
Come anticipato, nel corso dello scavo la qualità della roccia
è risultata in alcuni casi migliore di quella prevista.
Sono state comunque riscontrate anche alcune difficoltà,
come ad esempio in corrispondenza della progr. km
6+730 in canna Sud. Si è infatti manifestato un cedimento
del rivestimento di prima fase sul piedritto (spostamento
di oltre 20 cm del piede centina verso la cavità)
per un tratto di circa 25 m, a causa della presenza
di una lente di materiale argilloso disposto lateralmente
a franappoggio e non riscontrato sul fronte di scavo. La
risoluzione dell’imprevisto ha comportato l’immediato
getto del rivestimento definitivo armato nei tratti di circa
35 m di galleria a cavallo dell’area deformata, previa
esecuzione di interventi di chiodatura integrativa nella
zona che aveva subito le deformazioni, dopo riprofilatura
dello scavo con taglio e ripristino delle centine deformate.
Sono state riscontrate anche sporadiche ma abbondanti
venute d’acqua (fino a 30 litri/secondo di portata
di picco) che hanno richiesto localmente la messa in opera
di un sistema di drenaggio integrativo.
Galleria Filippella
Lungo i primi 750 m circa a partire da Nord gli scavi in
sotterraneo hanno interessato i litotipi appartenenti alla
Formazione di Carlentini (alternanze di basalti e vulcanoclastiti).
Nella rimanente tratta, lo scavo ha attraversato
per oltre 300 m il piano di contatto suborizzontale
tra le Calcareniti Pleistoceniche e la sottostante Formazione
di Carlentini, poi, in prossimità dell’imbocco Sud, quest’ultima
è risultata invece a letto della Formazione di
Monte Carrubba (Calcareniti a elevato grado di cementazione).
Le coperture massime sulla calotta delle gallerie
sono state circa pari a 50 m sulla canna Sud e 40 m
sulla più parietale canna Nord.
Il primo tratto di galleria (circa 500 m) interessante la
Formazione di Carlentini, complessa per la sua conformazione
a strati degli orizzonti basaltici e vulcanoclastici
sviluppati lungo superfici suborizzontali, era
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