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Edilizia

E113

PROGETTARE

& COSTRUIRE

Pasquale Apone

Costruzione

di gallerie

Tecniche

Cantieri

Realizzazioni

Sicurezza

Se

®

sistemi editoriali

Estratto distribuito da Biblet

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Professionisti, tecnici e imprese

Gruppo Editoriale Esselibri - Simone


Estratto distribuito da Biblet

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Copyright © 2006 Esselibri S.p.A.

Via F. Russo, 33/D

80123 Napoli

Azienda certificata dal 2003 con sistema qualità ISO 14001: 2004

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e con qualsiasi mezzo senza l’autorizzazione

scritta dell’editore.

Per citazioni e illustrazioni di competenza altrui, riprodotte in questo libro, l’editore è

a disposizione degli aventi diritto. L’editore provvederà, altresì, alle opportune correzioni

nel caso di errori e/o omissioni a seguito della segnalazione degli interessati.

Prima edizione: ottobre 2006

E113 - Costruzione di gallerie

ISBN 88-513-0392-4

Ristampe

8 7 6 5 4 3 2 1 2006 2007 2008 2009

Questo volume è stato stampato presso:

MultiMedia - V.le Ferrovie dello Stato Zona ASI - Giugliano - (NA)

Coordinamento redazionale: Alice Berto

www.sistemieditoriali.it

Per conoscere le nostre novità editoriali consulta il sito internet: www.sistemieditoriali.it

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n Prefazione

Estratto distribuito da Biblet

Questo libro, redatto da un praticone, perché tale mi ritengo, avendo svolto la

mia ultra quarantennale attività di ingegnere più nei cantieri che nelle sedi generali

delle Imprese di costruzioni presso le quali ho lavorato, vuole dare un

contributo, un supporto di esperienza acquisita a tutti quei tecnici, manager, impiegati,

capi cantiere che operano nel settore delle grandi opere di ingegneria

civile e più specificatamente in quello della costruzione di gallerie. Sicuramente

la costruzione di una galleria incute rispetto e timore, perché ci si avventura

nel cuore della terra, ove le incognite sono tante e spesso imprevedibili, sebbene

la scienza e la tecnologia, oggi, abbiano dato tanti supporti per una preliminare

ed accurata analisi di tutte quelle difficoltà di carattere geomeccanico,

idraulico, soprattutto, che possono aversi nel corso dello scavo. Ma, occorre dire,

ogni timore di inadeguatezza viene sempre superato quando si affronta la

realtà dei cantieri, e più la si affronta più si acquisisce sicurezza. Più si vive

l’esaltante esperienza di costruire una galleria più si entra nei dettagli della roccia

sino a conoscerne i comportamenti, i segnali e le reazioni. La pratica quotidiana

del lavoro dà sicurezza e conoscenze nuove, i turni di lavoro in galleria

ti permettono di seguire nelle sue fasi di svolgimento ogni lavorazione, dalla

perforazione dei fori da mina al brillamento della volata, dallo smarino al

trasporto alle discariche del materiale di risulta. Si apprendono molte cose dai

minatori, dai perforatori, dai fuochini, forse più di quello che si è sentito nelle

aule dell’università.

La costruzione di una galleria ha costituito sempre il momento più importante

dei lavori di un cantiere, sia per l’alto valore economico di siffatte opere sia

per la necessità di entrare, sebbene in modo pratico, nella conoscenza di numerose

branche quali la geologia, la idrogeologia, la meccanica delle rocce, le

macchine quali pompe, ventilatori, escavatori, elettrocompressori, l’elettrotecnica,

la chimica ed infine la tecnica degli esplosivi.

Questo libro, redatto da un ingegnere minerario, come si suol dire un vecchio

lupo di cantiere, ha la modesta pretesa di apportare un contributo di esperienze

reali in un settore sempre più al centro dello sviluppo economico e industriale

del nostro paese. Basti pensare al ruolo fondamentale che le linee ferroviarie

ad alta velocità, le autostrade, i gasdotti avranno nel collegamento dell’Italia

al resto dell’Europa ed ai paesi in via di sviluppo dell’Est, attraverso il

superamento della catena montagnosa delle Alpi, per conseguire il fine di accelerare

gli interscambi commerciali. Le gallerie avranno, inoltre, sempre più importanza

nell’ ammorbidire l’impatto ambientale, riducendo la percentuale delle

infrastrutture a cielo aperto che spesse volte deturpano l’ambiente circostante

sotto tutti i punti di vista. Basti pensare al ruolo fondamentale che hanno avuto

ed avranno ancora le metropolitane nel ridurre l’inquinamento atmosferico Prefazione

Excerpt of the full publication

3


Costruzione di gallerie 4

Estratto distribuito da Biblet

ed il degrado ambientale delle grandi città. Basti riflettere su quanto ancora non

è stato fatto per utilizzare cunicoli sotterranei per lo smaltimento veloce dei rifiuti

solidi urbani. In definitiva con questo libro ho voluto dare un quadro abbastanza

completo di tutte le problematiche tecniche, economiche e ambientali

che riguardano lo scavo a foro cieco di una galleria, attingendo dalla mia esperienza

personale e, soprattutto, dalle teorie di molti valenti esperti nella materia

onde permettere ai tecnici, ai funzionari, ai dirigenti di imprese pubbliche e

private, agli studenti di avere un approccio abbastanza semplice verso questo

settore dell’ingegneria, che è stato sempre considerato come una specie di oligarchia

del sapere esclusivo e misterioso della “terra”. Ricordo che nei lontani

anni della costruzione del raddoppio ferroviario Battipaglia–Reggio Calabria e

dell’autostrada Salerno–Reggio Calabria, i personaggi più importanti, fra l’altro

i più pagati, erano i rudi capi cantiere provenienti generalmente dal Veneto, dal

Trentino e dall’Abruzzo, privi di qualsiasi titolo di studio ma portatori di una

conoscenza pratica, maturata attraverso il lavoro duro nelle gallerie minerarie e

idrauliche, che conservavano gelosamente e difendevano con estrema autorità

senza trasmetterla ai tecnici laureati o diplomati. Costituivano una oligarchia

chiusa e impenetrabile della scienza delle gallerie. Ma il sistema migliore per

sottrargli questo sapere consisteva nel dedicarsi quotidianamente, anche per turni

interi di lavoro, alla galleria, osservare e analizzare tutte le fasi del lavoro,

anche le più elementari, seguire gli operai in tutte le operazioni e le sequenze

di lavorazioni banali ma importanti, andare a vedere come funzionavano gli impianti

a servizio della galleria, annotare tutte le variazioni geologiche ed idrauliche

che si manifestavano sul fronte di avanzamento, leggere i progetti, le relazioni,

ascoltare le parole dei consulenti universitari. Voglio dire, quindi, che

in questo settore ha molta importanza la pratica, l’esperienza del cantiere, ma

è anche importante che questa vada a coniugarsi, in ogni caso, con le conoscenze

teoriche. Un vecchio minatore di una volta era capace di sostenere gli

scavi con l’arte del legno, era una specie di artigiano che lentamente affrontava

la montagna con la realizzazione di perfette e squadrate armature in tondoni

di legno. Ma il lavoro era lento e spesso pericoloso. Oggi la scienza e la tecnologia

hanno messo a disposizione dei tecnici delle gallerie attrezzature e sistemi

di avanzamento rapidi e sicuri, che richiedono quindi non più il minatore

artigiano di una volta ma un tecnico capace di conoscere le nuove tecnologie

e desideroso di viverle nella realtà fondamentale del cantiere. Insomma ho

voluto, anche se in modo sintetico, esporre la pratica del buon minatore alla

luce della teoria.


n 1 Le rocce e gli scavi in galleria

1.1 Tipologie di gallerie

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Le gallerie naturali vengono realizzate completamente all’interno dell’ammasso

roccioso e possono avere, una volta rivestite con calcestruzzo semplice o armato,

una sezione trasversale finita policentrica, mistilinea o perfettamente circolare.

Abbiamo essenzialmente gallerie ferroviarie, stradali, idrauliche.

Le gallerie ferroviarie a doppio binario e quelle autostradali a tre corsie di

marcia hanno generalmente una sagoma policentrica con dimensioni di larghezza

ed altezza che possono assumere valori elevati e variabili dai 10 ai

15 metri. Le aree di scavo assumono di conseguenza valori di oltre 100 mq,

generando enormi quantità di materiale lapideo da abbattere e da trasportare

a discarica o, se idonei, da impiegare per la formazione di rilevati o per

la produzione di inerti per calcestruzzi o per conglomerati bituminosi. Nelle

gallerie idrauliche generalmente i diametri sono modesti e le sezioni spesso

circolari.

Le gallerie artificiali vengono costruite a cielo aperto e poi interrate. Oggi le tecnologie

di costruzione per queste gallerie sono molto più veloci per l’uso di paratie

in cemento armato costituite da diaframmi a sezione rettangolare o da pali

circolari a grande diametro accostati. Le fasi lavorative consistono in: 1. realiz-

Fig. 1.1 Sezione trasversale galleria ferroviaria.

5

1 Le rocce e gli scavi in galleria


Costruzione di gallerie 6

Fig. 1.2 Galleria artificiale paramassi.

Fig. 1.3 Interramento galleria artificiale.

Fig. 1.4 Sezione di una galleria autostradale a doppia canna.

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1 1

4

2

3

Fig. 1.5 Galleria artificiale con paratie di pali.

zazione della paratia, 2. scavo del nucleo di terra, 3. realizzazione della platea di

fondazione e 4. getto successivo della copertura (Fig. 1.5).

Le gallerie per metropolitane urbane hanno generalmente sezione circolare con

diametri variabili dai 6 agli 8 metri (Fig. 1.6).

Fig. 1.6 Galleria metropolitana di Caracas – Seli Spa – D (scavo = 5,88 metri).

7

1 Le rocce e gli scavi in galleria


Costruzione di gallerie 8

Paramento

1.2 Terminologia

Fig. 1.7 Terminologia.

La terminologia usata nello scavo di gallerie è quella illustrata nella Fig. 1.7.

Si precisa che nel caso in cui gli ammassi rocciosi siano costituiti da rocce compatte

ed integre, l’arco rovescio viene sostituito da una semplice platea. L’arco

rovescio è sempre necessario in presenza di rocce sciolte coerenti e incoerenti

o di rocce spingenti quali le argille e gli scisti argillosi.

1.3 Le rocce e i sistemi di scavo

Calotta

Chiave di volta

Sezione

di calotta

Sezione

di strozzo

Sezione

di arco rovescio

Arco rovescio Platea

Profilo

di intradosso

Profilo

di estradosso

Piedritto

Una buona conoscenza della mineralogia, della geologia e della geotecnica è indispensabile

ad ogni tecnico che si interessi di gallerie per capire la fondamentale

connessione che esiste fra le caratteristiche geologiche e geotecniche di un

ammasso roccioso che è l’insieme di rocce, acqua e aria, e la costruzione delle

gallerie. La geologia studia la genesi delle rocce, la loro composizione mineralogica,

la loro struttura e giacitura o disposizione rispetto al nord, mentre la

geotecnica ne analizza le caratteristiche fisico-meccaniche, quali ad esempio mo-

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dulo di elasticità, resistenza a rottura per compressione, per taglio, pesi specifici,

granulometria e vari altri parametri.

Le rocce si dividono in tre grandi gruppi: rocce ignee, metamorfiche e sedimentarie.

Riportiamo nella Tab 1.1 alcune caratteristiche delle più importanti rocce ignee,

metamorfiche e sedimentarie.

Rocce

sedimentarie

Tab. 1.1 Tipologie di rocce.

Cause di debolezza Conseguenze

Salgemma Elevatissima solubilità Cavernosità, cedimenti nelle rocce soprastanti

Gesso Alta solubilità Carsismo con gallerie e cedimenti nelle

rocce soprastanti

Anidrite Modesta solubilità Carsismo con gallerie e cedimenti nelle

rocce soprastanti

Calcare Solubile in tempi lunghi per attacco C0 2

e acqua. Inoltre la stratificazione porta

superfici di debolezza

Dolomia Solubile in tempi lunghi per attacco C0 2

e acqua. Inoltre la stratificazione porta

superfici di debolezza

Calcari marnosi Hanno caratteri intermedi con le marne

e marne calcaree.

Selci Stratificazione accentuata, che le predispone

a rari franamenti.

Arenarie Se alterate, perdono il cemento calcareo,

o argillloso, o siliceo e si trasformano

in sabbie

Marne Soprattutto se alterate, si suddividono

in scaglie minute e si polverizzano in

frammenti

Meno esposto al carsismo dei gessi, ma

in tempi lunghi dà luogo a doline, cavità

e corsi d’acqua sotterranei. Pericoloso

in questi casi per strade, gallerie,

edifici

Meno esposto al carsismo dei gessi, ma

in tempi lunghi dà luogo a doline, cavità

e corsi d’acqua sotterranei. Pericoloso

in questi casi per strade, gallerie,

edifici

Se argillose e calcaree hanno discreta

franosità

Determinano facilmente frane in presenza

di acqua

Argille e argilliti Sono pseudocoerenti Determinano facilmente frane anche di

grandi dimensioni (colamenti)

Siltiti Hanno coesione molto ridotta Determinano facilmente frane anche di

grandi dimensioni (colamenti)

9

1 Le rocce e gli scavi in galleria


Costruzione di gallerie 10

Rocce

piroclastiche

Cause di debolezza Conseguenze

Tufi Hanno elevata porosità, fatto che li espone

al gelo, e bassa resistenza alla compressione

Rocce

magmatiche

intrusive

Graniti, sieniti,

dioriti

Cause di debolezza Conseguenze

Se alterate, danno luogo a suoli superficiali

sabbioso-argillosi

Gabbri Si alterano più facilmente delle altre

rocce intrusive

Rocce

metamorfiche

Pericoli per fondazioni, dighe e gallerie

se lo spessore della coltre di alterazione

non è previsto

Pericoli per fondazioni, dighe e gallerie

se lo spessore della coltre di alterazione

non è previsto

Cause di debolezza Conseguenze

Marmi Più soggetti al carsismo dei calcari Idem come i calcari

Ardesie Molto scistose, fragili, alterabili Franosità elevata, ma resistono negli

scavi molto meglio delle argilliti

Lavagne Molto più deboli delle precedenti Franosità elevata, ma resistono negli

scavi molto meglio delle argilliti

Filladi Deboli, ma più resistenti delle lavagne,

hanno inclusioni di quarzo

Idem; in scavo sono più resistenti delle

precedenti

Micascisti Sono scistosi Frane frequenti, resistenti negli scavi

Gneiss Non sono scistosi, ma presentano una

bancatura

Serpentinoscisti Molto scistosi; talora contengono amianto

Eclogiti Non scistose. Deboli solo se alterate

Sono predisposti alle frane solo se sono

presenti intercalazioni ricche di miche

Franosità alta; inquinamento aria e acqua

da amianto

Rocce di faglia Cause di debolezza Conseguenze

Brecce di frizione Possono anche avere punti di debolezza,

dove si riduce la cementazione

Miloniti Deboli se non ricementate da quarzo

o calcite

Frane localizzate

Producono in alcune occasioni frane

Cataclasiti Debolissime, pulverulente o scistose Franose e portatrici di acqua in gallerie

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Un sistema semplice per riconoscere in indagini di campagna le rocce è quello

di cospargere sul campione prelevato delle gocce di acido cloridrico per

capire se nella composizione della roccia vi sia o meno la presenza di carbonato

di calcio. Infatti se la goccia schiuma vuol dire che siamo in presenza

di carbonato di calcio e quindi la roccia può appartenere soltanto al gruppo

delle sedimentarie o delle metamorfiche. Occorre poi scalfire la superficie

del campione con l’unghia o con un temperino per saggiarne la durezza e

quindi verificare l’esistenza o meno di quarzo che è specifico in linea di massima

delle rocce ignee, ed è un minerale che riga o scalfisce un semplice

frammento di vetro.

1.4 Rocce ignee o magmatiche

Riportiamo nella Tab. 1.2 la suddivisione delle rocce ignee in funzione della percentuale

di silice SiO 2 presente.

Le rocce ignee derivano dal consolidarsi, in ambiente sotterraneo o subaereo, di

una massa fluida incandescente denominata magma. Se il consolidamento per

raffreddamento di questo magma avviene in ambiente sotterraneo, hanno origine

allora le rocce ignee intrusive che si evidenziano in grandiosi ammassi geologici,

costituenti spesso delle vere e proprie catene montagnose. Se il consolidamento

avviene rapidamente in ambiente subaereo o aereo, hanno origine le

rocce ignee effusive che costituiscono delle notevoli distese geologiche, abbastanza

spesse, le cosiddette colate laviche, quali quelle che si osservano sui versanti

di alcuni vulcani italiani come il Vesuvio e l’Etna. Fra le rocce ignee intrusive,

costituite essenzialmente da allumosilicati o silicati di alluminio, sodio,

potassio, calcio, magnesio e silice pura, cioè ossido di silicio, che costituisce il

quarzo, uno dei minerali più duri, ricordiamo il granito che è presente in misura

notevole nelle catene alpine e in Sardegna, caratterizzato dall’associazione

Tipo di roccia magmatica Rocce intrusive Rocce effusive

Rocce sialiche o acide

SiO 2 > 65 %

Rocce femiche o basiche

SiO 2 < 52 %

Rocce neutre

SiO 2 52 - 65 %

Rocce ultrabasiche

SiO 2 < 45 %

Graniti

Granodioriti

Gabbri Basalti

Leucititi

Dioriti

Sieniti

Monzoniti

Peridotiti

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Tab. 1.2 Rocce magmatiche.

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Lipariti o Rioliti

Porfido quarzifero

Ossidiane

Pomice

Andesiti

Trachiti

11

1 Le rocce e gli scavi in galleria


Costruzione di gallerie 12

di quarzo e ortoclasio (allumosilicato di potassio), la sienite, la diorite, mentre

fra le rocce ignee effusive ricordiamo il porfido quarzifero, il basalto, la leucitite

del Vesuvio.

Le rocce ignee, siano esse intrusive che effusive, sono caratterizzate da elevati

moduli di elasticità longitudinale e trasversale, E e G, e da una notevole resistenza

alle sollecitazioni di compressione, come si evidenzia dalla seguente Tab.

1.3 ove vengono riportate anche le resistenze a compressione di alcune rocce

metamorfiche, quali scisti cristallini e gneiss, e di rocce sedimentarie quali tufi,

arenarie e travertini.

Un cubetto di granito può presentare una resistenza a rottura a compressione

anche di oltre 2000 kg/cmq, un cubetto di sienite circa 1450 kg/cmq, uno di

basalto può raggiungere anche valori di 4000 kg/cmq.

Quindi queste rocce caratterizzate da altissimi valori delle resistenze alle sollecitazioni

di compressione e di taglio costituiscono, da un punto di vista statico,

il meglio che si possa incontrare nello scavo di una galleria, sempre che

siano sane, omogenee e non siano state interessate da fortissimi movimenti

tettonici. Infatti le rocce ignee sottoposte alle rimarchevoli sollecitazioni meccaniche

di movimenti tettonici si frantumano, si spaccano appunto per la loro

notevole rigidità, in una tela di fessurazioni, dette litoclasi e diaclasi, nelle

quali possono circolare le acque che possono innescare un lentissimo processo

di disfacimento chimico fisico. Le acque circolanti nelle fratture di un

ammasso granitico possono, quindi, ingenerare un lento processo di argillificazione

degli allumosilicati. Nelle cavità createsi si formano sacche di argille

plastiche che alcune volte sono state intercettate durante lo scavo di

gallerie.

Roccia Rottura a Taglio

kg/cmq

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Tab. 1.3 Caratteristiche meccaniche di alcune rocce

Rottura

a compressione

kg/cmq

Modulo

di elasticità

longitudinale

kg/cmq

Rottura a

flessione

kg/cmq

Graniti-sieniti 100/150 1600/2400 500.000/600.000 100/240

Dioriti 130/180 1700/3000 800.000/1.200.000 100/200

Basalti 100/150 2500/4000 1.050.000 150/250

Tufi vulcanici 8 30/70

Tufi calcarei 75

Scisti cristallini 700

Gneiss 1100 210.000/970.000 180

Arenarie 10/40 400/1300 25/250

Travertini 450

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13

Ma in generale possiamo dire che le rocce ignee intrusive ed effusive garantiscono

l’adozione di metodi di scavo a piena sezione di galleria altamente

meccanizzati con forti produzioni e con un abbattimento della roccia

a mezzo di esplosivi. Si potrebbero abbattere queste rocce anche con frese

puntiformi o con frese full face cioè a piena sezione di scavo, ma gli elevati

costi della macchina, milioni di euro, e gli elevati costi di frequenti sostituzioni

degli utensili di taglio, dovuti alla forte abrasività di queste rocce

contenenti minerali duri quali il quarzo e i silicati di alluminio, fanno

propendere la scelta verso l’abbattimento a mezzo di esplosivi. In sintesi, il

sistema di lavoro per le grandi gallerie autostradali e ferroviarie in rocce

ignee, si estrinseca nella fase di scavo della galleria a piena sezione mediante

l’abbattimento della roccia per mezzo di volate lunghe anche due o tre

metri, i cui fori da mina vengono perforati da carri Jumbo a più bracci di

perforazione.

L’organizzazione del lavoro si sviluppa praticamente su due cantieri distinti e

separati, non interferenti fra loro, posti anche ad un centinaio di metri di distanza:

il fronte di scavo ed il fronte di getto. Sul fronte di scavo il carro Jumbo

effettua la perforazione dei fori da mina che sono centinaia, subito dopo si

effettua il caricamento dei fori con candelotti di dinamite gelatinosa, per ogni

foro la colonna di candelotti viene interrotta da un candelotto armato con una

capsula di detonatore elettrico a tempo munito di due fili elettrici; tutti questi

fili vengono infine collegati fra loro onde formare un circuito elettrico continuo,

i cui due estremi vengono collegati mediante un cavetto bipolare ad un

esploditore elettrico posto a grande distanza. Una volta effettuata la volata,

cioè l’esplosione dei fori da mina, si aspetta che i fumi dell’esplosione vengano

eliminati dalla ventilazione, per raggiungere subito dopo il fronte di scavo

per effettuare un disgaggio, cioè una specie di pulizia delle pareti eliminando

eventuali massi pericolanti a mezzo bracci meccanici snodabili portanti alle

estremità palanchini o utensili metallici specifici. Si effettua lo smarino con

grandi pale gommate caricando il materiale su dumper e, dopo aver effettuato

lo smarino, si procede alla messa in opera di centine metalliche a doppio

T, intervallate di un metro e collegate fra loro con catene metalliche. Subito

dopo si effettua un prerivestimento a mezzo spritz-beton che consiste nel lancio

violento contro le pareti dello scavo di una miscela a base di cemento ed

acqua con additivi chimici atti ad accelerarne la presa. Tale rivestimento vie- galleria

ne effettuato con macchine pneumatiche o pompe azionate da motore elettri- in

co o ad aria compressa.

scavi

Prima di effettuare lo spritz-beton, alcune volte si pone sulla volta degli scavi

gli

una rete elettrosaldata chiodata alle pareti, oppure si associa alle miscele ce- e

mentizie una certa quantità di fibre metalliche o sintetiche atte a costituire una

rocce

specie di betoncino armato, per scoraggiare eventuali distacchi di materiale non

Le

perfettamente agganciato al corpo dell’ammasso roccioso. 1

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Costruzione di gallerie 14

Estratto distribuito da Biblet

Effettuate queste operazioni, che richiedono almeno due turni di lavoro, si riprende

la perforazione del fronte di scavo con carro Jumbo come prima descritto.

Ad alcune centinaia di metri di distanza si procede sul fronte di getto al rivestimento

definitivo della galleria con calcestruzzo non armato con resistenza

caratteristica di 300 - 250 kg/cmq e dello spessore generalmente pari a 50 cm,

mediante il posizionamento di casseri metallici assemblati su di un carro porta

casseri munito di pistoni idraulici, atti a contenere il getto. Si armano e gettano

tratte di lunghezza pari ad 8 metri.

È chiaro che durante il posizionamento dei casseri il traffico veicolare proveniente

dal fronte di scavo viene ridotto, per cui occorre organizzare le fasi in

modo specifico e puntuale. Generalmente prima di effettuare il rivestimento definitivo

della galleria, si pone a contatto delle pareti, rivestite con betoncino,

un manto impermeabile atto ad impedire infiltrazioni di acqua nel calcestruzzo,

che ne potrebbero rapidamente compromettere le caratteristiche di resistenza

meccanica, e che creano fastidiosi gocciolamenti in fase di esercizio sui mezzi

transitanti.

In queste tipologie di roccia possiamo avere avanzamenti medi giornalieri di

galleria finita dell’ordine di 5 e anche 6 metri, il che presuppone lo smarino di

centinaia di mc di roccia e di altrettante centinaia di mc di calcestruzzo da porre

in opera. Da questi numeri ci si rende conto dei numerosi problemi di carattere

tecnico ed organizzativo che devono essere affrontati dai tecnici preposti,

quali:

1. centrale di betonaggio ad alta produzione ed estremamente meccanizzata;

2. autobetoniere idonee a svolgere un servizio continuo su percorsi in sotterraneo;

3. officina attrezzata di uomini e mezzi onde poter effettuare una manutenzione

periodica di mezzi meccanici impegnati in terreni fortemente abrasivi;

4. centrale di frantumazione delle rocce provenienti dallo scavo per la produzione

e selezione degli inerti per il calcestruzzo;

5. centrale di compressione dell’aria progettata per sopperire a tutte le utenze

ubicate lungo il percorso della galleria;

6. centrale elettrica e relative diramazioni atte a fornire l’energia in tutte le zone

del cantiere;

7. mezzi meccanici quali dumper, pale meccaniche, escavatori, ruspe, martelli

perforatori e demolitori, carri Jumbo di perforazione, argani, pompe, tubazioni,

pompe per il getto dei calcestruzzi, pompe per spritz-beton, perfettamente

idonei al metodo di scavo applicato;

8. centrale di ventilazione progettata in modo tale che per tutta la durata del

lavoro vengano eliminate dal sotterraneo tutte le impurità provenienti dai

gas di combustione dei motori a scoppio, dalle polveri, dai fumi dell’esplosione

delle volate e da eventuali e, in questo caso, improbabili fughe di gas

immagazzinati nell’ammasso roccioso. La ventilazione deve provvedere inol-

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tre al raffreddamento dell’aria in sotterraneo surriscaldata dall’aumento del

gradiente termico, dal calore sviluppato dalla presa del calcestruzzo, dalla

combustione dei motori termici e da altre fonti di energia;

9. laboratorio prove munito di tutti gli attrezzi necessari a controllare le resistenze

caratteristiche dei materiali usati, a monitorare lo stato di tensione

nell’ammasso roccioso, a misurare e controllare il grado di impurità dell’aria

in sotterraneo.

Occorre sottolineare il fatto che lo scavo in queste rocce con elevate caratteristiche

meccaniche risulta molto facile, considerato che si può addirittura evitare

ogni sostegno provvisorio delle pareti dello scavo. Infatti nello scavo della

galleria dello scarico di fondo della diga di Pattada (SS), che si sviluppava in

un ammasso granitico compatto, si realizzò prima tutto lo scavo della galleria

con abbattimento a mezzo esplosivo, senza apporre alcuna armatura provvisoria,

e poi si realizzò il rivestimento definitivo. Soltanto il disgaggio delle pareti

doveva essere molto accurato per staccare dei massi o cunei di roccia pericolanti

e lesionati dalle vibrazioni dell’esplosione. Cosa che si sarebbe potuto

evitare con un pretaglio o pre-spletting da realizzare con l’esplosione simultanea

di fori perimetrali, posti ad interasse di 20 cm e caricati solo con miccia

detonante, che avrebbero isolato dalle rocce retrostanti il nucleo centrale dello

scavo ove realizzare la volata vera e propria.

Fig. 1.8 Galleria scarico di fondo – diga di Pattada.

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15

1 Le rocce e gli scavi in galleria


Costruzione di gallerie 16

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1.5 Rocce ignee fratturate o tettonizzate

Difficoltà notevoli possono nascere allorché le rocce ignee siano state interessate

da intensi movimenti tettonici che, oltre a provocare una parziale metamorfizzazione

della roccia, provocano al suo interno anche delle fessurazioni o

fratturazioni che vengono evidenziate dalla campagna preliminare di perforazioni

con carotaggio continuo e dalle indagini geosismiche, che evidenzieranno un

abbassamento del modulo di elasticità E correlato ad un basso valore dell’Indice

di qualità della roccia, Rock Quality Designation (RQD). L’RQD, che viene

espresso in percentuale, misura il grado di fratturazione dell’ammasso roccioso

mediante il rapporto fra la lunghezza delle carote di lunghezza maggiore o pari

a 10 cm e la lunghezza totale carotata. Dalla Tab. 1.4 ricaviamo una classificazione

della roccia in situ in funzione dell’RQD.

Tab. 1.4 Classificazione roccia in funzione di RQD.

RQD % Descrizione della roccia

0/25 molto scadente

25/50 scadente

50/75 discreta

75/90 buona

90/100 eccellente

Una correlazione fra RQD e modulo di elasticità E si ha dal diagramma della

Fig. 1.9.

Da questo diagramma si evince che con l’aumentare dei valori di RQD, cioè

con il crescere dei carotaggi integri, si ha un aumento nei valori numerici

del modulo elasticità E e quindi in definitiva un aumento nella qualità della

roccia.

Nel caso quindi di rocce ignee fratturate occorre procedere con molta cautela

nella elaborazione o progettazione delle volate di esplosivo al fronte di avanzamento.

Infatti una volata mal progettata, eccessivamente caricata con esplosivi

ad alto potere deflagrante, può scatenare una reazione a catena di sollecitazioni

meccaniche che andranno a sgranare tutti questi ammassi fratturati, ossia

questi blocchi e macigni mal cementati fra loro se non per mezzo di sacche

di argille fluide o plastiche. Questi macigni, una volta messi in movimento,

possono gravare con spinte poderose ed asimmetriche sul volto della galleria

armata solo con centine metalliche e spritz-beton, provocandone il crollo

anche per lunghezze considerevoli.

Negli anni sessanta un crollo di tale natura si ebbe durante lo scavo della galleria

ferroviaria di Vibo Valentia in Calabria, interessante ammassi rocciosi di

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10

8

6

4

2

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0,8

0,6

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0,2

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0,1 0 20 40 60

Fig. 1.9 Correlazione fra RQD e modulo di elasticità E.

gneiss provenienti dal metamorfismo di graniti silani, subito dopo lo sfumo della

volata.

In queste rocce ignee così fratturate e, in generale in tutte le rocce metamorfiche,

si deve procedere rispettando i seguenti principi:

consolidamento preliminare di una vasta tratta di galleria da scavare a mezzo

di iniezioni di malte cementizie additivate in modo da ripristinare un alto

grado di saldatura dei blocchi o macigni;

chiodatura delle pareti a mezzo barre di acciaio ancorate alla retrostante roccia

integra con la parte terminale cementata con iniezioni di malte cementizie

o resine epossidiche o con bulbo ad espansione (vedi Fig. 1.11 pag.19). galleria

Non procedere mai a piena sezione di galleria, onde evitare un aumento delle in

sollecitazioni ai bordi, derivanti da macigni scollegati la cui probabilità di mag-

scavi

gior spinta è funzione diretta del diametro del cavo aperto. Occorre adottare il

gli

metodo di scavo cosiddetto “metodo belga” che consiste nello scavare e rive- e

stire prima la sezione di calotta, poi effettuare lo scavo dello strozzo, e quindi

procedere allo scavo e getto dei piedritti in sottomurazione ed allo scavo e get- rocce Le

to dell’arco rovescio, come illustrato nella Fig. 1.10. 1

17


Costruzione di gallerie 18

4

Estratto distribuito da Biblet

2

1

3 4

Le fasi di lavoro si articolarono nelle seguenti successioni:

fase 1: scavo calotta

fase 2: rivestimento in calcestruzzo della calotta

fase 3: scavo dello strozzo

fase 4: scavo per sottomurazione dei piedritti e loro getto

fase 5. scavo e getto dell’arco rovescio.

5

Fig. 1.10 Metodo di scavo belga.

Per evitare ogni sconnessione alla roccia in posto e per ridurre i fuori sagoma

di scavo, indotti dall’esplosione, l’ideale sistema di avanzamento dovrebbe

attuarsi con una fresa puntiforme, ma questa operazione sarebbe estremamente

onerosa e difficile sia per la presenza di discontinuità, sia anche per

la durezza ed il potere di abrasione della roccia sugli utensili o cutters. Occorre

quindi procedere con volate corte, di 1 metro, ben calibrate nei tempi

di sparo e con il sistema del pre-splitting (vedi Fig. 1.12 pag. 20). I parametri

da calibrare sono:

numero dei fori da mina;

scelta dell’esplosivo idoneo e dei microritardi;

armatura provvisoria dello scavo.

Prima dell’armatura provvisoria delle pareti va effettuato innanzitutto un preciso

disgaggio dei massi pericolanti. Si procederà poi alla posa in opera di centine

a doppio T, intervallate di 1 metro, fra loro incatenate, all’eventuale bullonatura

o chiodatura delle pareti, alla posa in opera di uno strato di spritz-beton

armato con fibre speciali in acciaio, al carbonio o polimeri, o con rete elettrosaldata

chiodata.

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Dado con

sede sferica

Nodo semisferico

Dado

Coni

di bloccaggio

Tappo

Molla

Piastra

Iniezione con malta cementizia

Piastra di ripartizione

Piastra

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Barra in acciaio liscio

Barra in acciaio

Fig. 1.11 Chiodature, bulloni, tiranti.

Ancoraggio ad espansione

Barra o tubo Ancoraggio fondo foro

19

1 Le rocce e gli scavi in galleria


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articolazione dell’indagine preliminare, comprendente sondaggi e prelievi di campioni

da studiare;

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Pasquale Apone, laureato in Ingegneria Mineraria presso l’Università di Roma, ha svolto la sua attività dedicandosi alla

direzione tecnica e all’organizzazione di grandi cantieri di opere pubbliche. Si è interessato, anche, di edilizia industriale,

dirigendo i lavori di costruzione di importanti stabilimenti.

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