• Tecniche • Cantieri • Realizzazioni • Sicurezza
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Edilizia<br />
E113<br />
PROGETTARE<br />
& COSTRUIRE<br />
Pasquale Apone<br />
Costruzione<br />
di gallerie<br />
<strong>•</strong> <strong>Tecniche</strong><br />
<strong>•</strong> <strong>Cantieri</strong><br />
<strong>•</strong> <strong>Realizzazioni</strong><br />
<strong>•</strong> <strong>Sicurezza</strong><br />
Se<br />
®<br />
sistemi editoriali<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Excerpt of the full publication<br />
Professionisti, tecnici e imprese<br />
Gruppo Editoriale Esselibri - Simone
Estratto distribuito da Biblet<br />
Excerpt of the full publication
Copyright © 2006 Esselibri S.p.A.<br />
Via F. Russo, 33/D<br />
80123 Napoli<br />
Azienda certificata dal 2003 con sistema qualità ISO 14001: 2004<br />
Tutti i diritti riservati<br />
È vietata la riproduzione anche parziale<br />
e con qualsiasi mezzo senza l’autorizzazione<br />
scritta dell’editore.<br />
Per citazioni e illustrazioni di competenza altrui, riprodotte in questo libro, l’editore è<br />
a disposizione degli aventi diritto. L’editore provvederà, altresì, alle opportune correzioni<br />
nel caso di errori e/o omissioni a seguito della segnalazione degli interessati.<br />
Prima edizione: ottobre 2006<br />
E113 - Costruzione di gallerie<br />
ISBN 88-513-0392-4<br />
Ristampe<br />
8 7 6 5 4 3 2 1 2006 2007 2008 2009<br />
Questo volume è stato stampato presso:<br />
MultiMedia - V.le Ferrovie dello Stato Zona ASI - Giugliano - (NA)<br />
Coordinamento redazionale: Alice Berto<br />
www.sistemieditoriali.it<br />
Per conoscere le nostre novità editoriali consulta il sito internet: www.sistemieditoriali.it<br />
Excerpt of the full publication
n Prefazione<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Questo libro, redatto da un praticone, perché tale mi ritengo, avendo svolto la<br />
mia ultra quarantennale attività di ingegnere più nei cantieri che nelle sedi generali<br />
delle Imprese di costruzioni presso le quali ho lavorato, vuole dare un<br />
contributo, un supporto di esperienza acquisita a tutti quei tecnici, manager, impiegati,<br />
capi cantiere che operano nel settore delle grandi opere di ingegneria<br />
civile e più specificatamente in quello della costruzione di gallerie. Sicuramente<br />
la costruzione di una galleria incute rispetto e timore, perché ci si avventura<br />
nel cuore della terra, ove le incognite sono tante e spesso imprevedibili, sebbene<br />
la scienza e la tecnologia, oggi, abbiano dato tanti supporti per una preliminare<br />
ed accurata analisi di tutte quelle difficoltà di carattere geomeccanico,<br />
idraulico, soprattutto, che possono aversi nel corso dello scavo. Ma, occorre dire,<br />
ogni timore di inadeguatezza viene sempre superato quando si affronta la<br />
realtà dei cantieri, e più la si affronta più si acquisisce sicurezza. Più si vive<br />
l’esaltante esperienza di costruire una galleria più si entra nei dettagli della roccia<br />
sino a conoscerne i comportamenti, i segnali e le reazioni. La pratica quotidiana<br />
del lavoro dà sicurezza e conoscenze nuove, i turni di lavoro in galleria<br />
ti permettono di seguire nelle sue fasi di svolgimento ogni lavorazione, dalla<br />
perforazione dei fori da mina al brillamento della volata, dallo smarino al<br />
trasporto alle discariche del materiale di risulta. Si apprendono molte cose dai<br />
minatori, dai perforatori, dai fuochini, forse più di quello che si è sentito nelle<br />
aule dell’università.<br />
La costruzione di una galleria ha costituito sempre il momento più importante<br />
dei lavori di un cantiere, sia per l’alto valore economico di siffatte opere sia<br />
per la necessità di entrare, sebbene in modo pratico, nella conoscenza di numerose<br />
branche quali la geologia, la idrogeologia, la meccanica delle rocce, le<br />
macchine quali pompe, ventilatori, escavatori, elettrocompressori, l’elettrotecnica,<br />
la chimica ed infine la tecnica degli esplosivi.<br />
Questo libro, redatto da un ingegnere minerario, come si suol dire un vecchio<br />
lupo di cantiere, ha la modesta pretesa di apportare un contributo di esperienze<br />
reali in un settore sempre più al centro dello sviluppo economico e industriale<br />
del nostro paese. Basti pensare al ruolo fondamentale che le linee ferroviarie<br />
ad alta velocità, le autostrade, i gasdotti avranno nel collegamento dell’Italia<br />
al resto dell’Europa ed ai paesi in via di sviluppo dell’Est, attraverso il<br />
superamento della catena montagnosa delle Alpi, per conseguire il fine di accelerare<br />
gli interscambi commerciali. Le gallerie avranno, inoltre, sempre più importanza<br />
nell’ ammorbidire l’impatto ambientale, riducendo la percentuale delle<br />
infrastrutture a cielo aperto che spesse volte deturpano l’ambiente circostante<br />
sotto tutti i punti di vista. Basti pensare al ruolo fondamentale che hanno avuto<br />
ed avranno ancora le metropolitane nel ridurre l’inquinamento atmosferico Prefazione<br />
Excerpt of the full publication<br />
3
Costruzione di gallerie 4<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
ed il degrado ambientale delle grandi città. Basti riflettere su quanto ancora non<br />
è stato fatto per utilizzare cunicoli sotterranei per lo smaltimento veloce dei rifiuti<br />
solidi urbani. In definitiva con questo libro ho voluto dare un quadro abbastanza<br />
completo di tutte le problematiche tecniche, economiche e ambientali<br />
che riguardano lo scavo a foro cieco di una galleria, attingendo dalla mia esperienza<br />
personale e, soprattutto, dalle teorie di molti valenti esperti nella materia<br />
onde permettere ai tecnici, ai funzionari, ai dirigenti di imprese pubbliche e<br />
private, agli studenti di avere un approccio abbastanza semplice verso questo<br />
settore dell’ingegneria, che è stato sempre considerato come una specie di oligarchia<br />
del sapere esclusivo e misterioso della “terra”. Ricordo che nei lontani<br />
anni della costruzione del raddoppio ferroviario Battipaglia–Reggio Calabria e<br />
dell’autostrada Salerno–Reggio Calabria, i personaggi più importanti, fra l’altro<br />
i più pagati, erano i rudi capi cantiere provenienti generalmente dal Veneto, dal<br />
Trentino e dall’Abruzzo, privi di qualsiasi titolo di studio ma portatori di una<br />
conoscenza pratica, maturata attraverso il lavoro duro nelle gallerie minerarie e<br />
idrauliche, che conservavano gelosamente e difendevano con estrema autorità<br />
senza trasmetterla ai tecnici laureati o diplomati. Costituivano una oligarchia<br />
chiusa e impenetrabile della scienza delle gallerie. Ma il sistema migliore per<br />
sottrargli questo sapere consisteva nel dedicarsi quotidianamente, anche per turni<br />
interi di lavoro, alla galleria, osservare e analizzare tutte le fasi del lavoro,<br />
anche le più elementari, seguire gli operai in tutte le operazioni e le sequenze<br />
di lavorazioni banali ma importanti, andare a vedere come funzionavano gli impianti<br />
a servizio della galleria, annotare tutte le variazioni geologiche ed idrauliche<br />
che si manifestavano sul fronte di avanzamento, leggere i progetti, le relazioni,<br />
ascoltare le parole dei consulenti universitari. Voglio dire, quindi, che<br />
in questo settore ha molta importanza la pratica, l’esperienza del cantiere, ma<br />
è anche importante che questa vada a coniugarsi, in ogni caso, con le conoscenze<br />
teoriche. Un vecchio minatore di una volta era capace di sostenere gli<br />
scavi con l’arte del legno, era una specie di artigiano che lentamente affrontava<br />
la montagna con la realizzazione di perfette e squadrate armature in tondoni<br />
di legno. Ma il lavoro era lento e spesso pericoloso. Oggi la scienza e la tecnologia<br />
hanno messo a disposizione dei tecnici delle gallerie attrezzature e sistemi<br />
di avanzamento rapidi e sicuri, che richiedono quindi non più il minatore<br />
artigiano di una volta ma un tecnico capace di conoscere le nuove tecnologie<br />
e desideroso di viverle nella realtà fondamentale del cantiere. Insomma ho<br />
voluto, anche se in modo sintetico, esporre la pratica del buon minatore alla<br />
luce della teoria.
n 1 Le rocce e gli scavi in galleria<br />
1.1 Tipologie di gallerie<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Le gallerie naturali vengono realizzate completamente all’interno dell’ammasso<br />
roccioso e possono avere, una volta rivestite con calcestruzzo semplice o armato,<br />
una sezione trasversale finita policentrica, mistilinea o perfettamente circolare.<br />
Abbiamo essenzialmente gallerie ferroviarie, stradali, idrauliche.<br />
Le gallerie ferroviarie a doppio binario e quelle autostradali a tre corsie di<br />
marcia hanno generalmente una sagoma policentrica con dimensioni di larghezza<br />
ed altezza che possono assumere valori elevati e variabili dai 10 ai<br />
15 metri. Le aree di scavo assumono di conseguenza valori di oltre 100 mq,<br />
generando enormi quantità di materiale lapideo da abbattere e da trasportare<br />
a discarica o, se idonei, da impiegare per la formazione di rilevati o per<br />
la produzione di inerti per calcestruzzi o per conglomerati bituminosi. Nelle<br />
gallerie idrauliche generalmente i diametri sono modesti e le sezioni spesso<br />
circolari.<br />
Le gallerie artificiali vengono costruite a cielo aperto e poi interrate. Oggi le tecnologie<br />
di costruzione per queste gallerie sono molto più veloci per l’uso di paratie<br />
in cemento armato costituite da diaframmi a sezione rettangolare o da pali<br />
circolari a grande diametro accostati. Le fasi lavorative consistono in: 1. realiz-<br />
Fig. 1.1 Sezione trasversale galleria ferroviaria.<br />
5<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
Costruzione di gallerie 6<br />
Fig. 1.2 Galleria artificiale paramassi.<br />
Fig. 1.3 Interramento galleria artificiale.<br />
Fig. 1.4 Sezione di una galleria autostradale a doppia canna.<br />
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Estratto distribuito da Biblet<br />
1 1<br />
4<br />
2<br />
3<br />
Fig. 1.5 Galleria artificiale con paratie di pali.<br />
zazione della paratia, 2. scavo del nucleo di terra, 3. realizzazione della platea di<br />
fondazione e 4. getto successivo della copertura (Fig. 1.5).<br />
Le gallerie per metropolitane urbane hanno generalmente sezione circolare con<br />
diametri variabili dai 6 agli 8 metri (Fig. 1.6).<br />
Fig. 1.6 Galleria metropolitana di Caracas – Seli Spa – D (scavo = 5,88 metri).<br />
7<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
Costruzione di gallerie 8<br />
Paramento<br />
1.2 Terminologia<br />
Fig. 1.7 Terminologia.<br />
La terminologia usata nello scavo di gallerie è quella illustrata nella Fig. 1.7.<br />
Si precisa che nel caso in cui gli ammassi rocciosi siano costituiti da rocce compatte<br />
ed integre, l’arco rovescio viene sostituito da una semplice platea. L’arco<br />
rovescio è sempre necessario in presenza di rocce sciolte coerenti e incoerenti<br />
o di rocce spingenti quali le argille e gli scisti argillosi.<br />
1.3 Le rocce e i sistemi di scavo<br />
Calotta<br />
Chiave di volta<br />
Sezione<br />
di calotta<br />
Sezione<br />
di strozzo<br />
Sezione<br />
di arco rovescio<br />
Arco rovescio Platea<br />
Profilo<br />
di intradosso<br />
Profilo<br />
di estradosso<br />
Piedritto<br />
Una buona conoscenza della mineralogia, della geologia e della geotecnica è indispensabile<br />
ad ogni tecnico che si interessi di gallerie per capire la fondamentale<br />
connessione che esiste fra le caratteristiche geologiche e geotecniche di un<br />
ammasso roccioso che è l’insieme di rocce, acqua e aria, e la costruzione delle<br />
gallerie. La geologia studia la genesi delle rocce, la loro composizione mineralogica,<br />
la loro struttura e giacitura o disposizione rispetto al nord, mentre la<br />
geotecnica ne analizza le caratteristiche fisico-meccaniche, quali ad esempio mo-<br />
Excerpt of the full publication
dulo di elasticità, resistenza a rottura per compressione, per taglio, pesi specifici,<br />
granulometria e vari altri parametri.<br />
Le rocce si dividono in tre grandi gruppi: rocce ignee, metamorfiche e sedimentarie.<br />
Riportiamo nella Tab 1.1 alcune caratteristiche delle più importanti rocce ignee,<br />
metamorfiche e sedimentarie.<br />
Rocce<br />
sedimentarie<br />
Tab. 1.1 Tipologie di rocce.<br />
Cause di debolezza Conseguenze<br />
Salgemma Elevatissima solubilità Cavernosità, cedimenti nelle rocce soprastanti<br />
Gesso Alta solubilità Carsismo con gallerie e cedimenti nelle<br />
rocce soprastanti<br />
Anidrite Modesta solubilità Carsismo con gallerie e cedimenti nelle<br />
rocce soprastanti<br />
Calcare Solubile in tempi lunghi per attacco C0 2<br />
e acqua. Inoltre la stratificazione porta<br />
superfici di debolezza<br />
Dolomia Solubile in tempi lunghi per attacco C0 2<br />
e acqua. Inoltre la stratificazione porta<br />
superfici di debolezza<br />
Calcari marnosi Hanno caratteri intermedi con le marne<br />
e marne calcaree.<br />
Selci Stratificazione accentuata, che le predispone<br />
a rari franamenti.<br />
Arenarie Se alterate, perdono il cemento calcareo,<br />
o argillloso, o siliceo e si trasformano<br />
in sabbie<br />
Marne Soprattutto se alterate, si suddividono<br />
in scaglie minute e si polverizzano in<br />
frammenti<br />
Meno esposto al carsismo dei gessi, ma<br />
in tempi lunghi dà luogo a doline, cavità<br />
e corsi d’acqua sotterranei. Pericoloso<br />
in questi casi per strade, gallerie,<br />
edifici<br />
Meno esposto al carsismo dei gessi, ma<br />
in tempi lunghi dà luogo a doline, cavità<br />
e corsi d’acqua sotterranei. Pericoloso<br />
in questi casi per strade, gallerie,<br />
edifici<br />
Se argillose e calcaree hanno discreta<br />
franosità<br />
Determinano facilmente frane in presenza<br />
di acqua<br />
Argille e argilliti Sono pseudocoerenti Determinano facilmente frane anche di<br />
grandi dimensioni (colamenti)<br />
Siltiti Hanno coesione molto ridotta Determinano facilmente frane anche di<br />
grandi dimensioni (colamenti)<br />
9<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
Costruzione di gallerie 10<br />
Rocce<br />
piroclastiche<br />
Cause di debolezza Conseguenze<br />
Tufi Hanno elevata porosità, fatto che li espone<br />
al gelo, e bassa resistenza alla compressione<br />
Rocce<br />
magmatiche<br />
intrusive<br />
Graniti, sieniti,<br />
dioriti<br />
Cause di debolezza Conseguenze<br />
Se alterate, danno luogo a suoli superficiali<br />
sabbioso-argillosi<br />
Gabbri Si alterano più facilmente delle altre<br />
rocce intrusive<br />
Rocce<br />
metamorfiche<br />
Pericoli per fondazioni, dighe e gallerie<br />
se lo spessore della coltre di alterazione<br />
non è previsto<br />
Pericoli per fondazioni, dighe e gallerie<br />
se lo spessore della coltre di alterazione<br />
non è previsto<br />
Cause di debolezza Conseguenze<br />
Marmi Più soggetti al carsismo dei calcari Idem come i calcari<br />
Ardesie Molto scistose, fragili, alterabili Franosità elevata, ma resistono negli<br />
scavi molto meglio delle argilliti<br />
Lavagne Molto più deboli delle precedenti Franosità elevata, ma resistono negli<br />
scavi molto meglio delle argilliti<br />
Filladi Deboli, ma più resistenti delle lavagne,<br />
hanno inclusioni di quarzo<br />
Idem; in scavo sono più resistenti delle<br />
precedenti<br />
Micascisti Sono scistosi Frane frequenti, resistenti negli scavi<br />
Gneiss Non sono scistosi, ma presentano una<br />
bancatura<br />
Serpentinoscisti Molto scistosi; talora contengono amianto<br />
Eclogiti Non scistose. Deboli solo se alterate<br />
Sono predisposti alle frane solo se sono<br />
presenti intercalazioni ricche di miche<br />
Franosità alta; inquinamento aria e acqua<br />
da amianto<br />
Rocce di faglia Cause di debolezza Conseguenze<br />
Brecce di frizione Possono anche avere punti di debolezza,<br />
dove si riduce la cementazione<br />
Miloniti Deboli se non ricementate da quarzo<br />
o calcite<br />
Frane localizzate<br />
Producono in alcune occasioni frane<br />
Cataclasiti Debolissime, pulverulente o scistose Franose e portatrici di acqua in gallerie<br />
Excerpt of the full publication
Un sistema semplice per riconoscere in indagini di campagna le rocce è quello<br />
di cospargere sul campione prelevato delle gocce di acido cloridrico per<br />
capire se nella composizione della roccia vi sia o meno la presenza di carbonato<br />
di calcio. Infatti se la goccia schiuma vuol dire che siamo in presenza<br />
di carbonato di calcio e quindi la roccia può appartenere soltanto al gruppo<br />
delle sedimentarie o delle metamorfiche. Occorre poi scalfire la superficie<br />
del campione con l’unghia o con un temperino per saggiarne la durezza e<br />
quindi verificare l’esistenza o meno di quarzo che è specifico in linea di massima<br />
delle rocce ignee, ed è un minerale che riga o scalfisce un semplice<br />
frammento di vetro.<br />
1.4 Rocce ignee o magmatiche<br />
Riportiamo nella Tab. 1.2 la suddivisione delle rocce ignee in funzione della percentuale<br />
di silice SiO 2 presente.<br />
Le rocce ignee derivano dal consolidarsi, in ambiente sotterraneo o subaereo, di<br />
una massa fluida incandescente denominata magma. Se il consolidamento per<br />
raffreddamento di questo magma avviene in ambiente sotterraneo, hanno origine<br />
allora le rocce ignee intrusive che si evidenziano in grandiosi ammassi geologici,<br />
costituenti spesso delle vere e proprie catene montagnose. Se il consolidamento<br />
avviene rapidamente in ambiente subaereo o aereo, hanno origine le<br />
rocce ignee effusive che costituiscono delle notevoli distese geologiche, abbastanza<br />
spesse, le cosiddette colate laviche, quali quelle che si osservano sui versanti<br />
di alcuni vulcani italiani come il Vesuvio e l’Etna. Fra le rocce ignee intrusive,<br />
costituite essenzialmente da allumosilicati o silicati di alluminio, sodio,<br />
potassio, calcio, magnesio e silice pura, cioè ossido di silicio, che costituisce il<br />
quarzo, uno dei minerali più duri, ricordiamo il granito che è presente in misura<br />
notevole nelle catene alpine e in Sardegna, caratterizzato dall’associazione<br />
Tipo di roccia magmatica Rocce intrusive Rocce effusive<br />
Rocce sialiche o acide<br />
SiO 2 > 65 %<br />
Rocce femiche o basiche<br />
SiO 2 < 52 %<br />
Rocce neutre<br />
SiO 2 52 - 65 %<br />
Rocce ultrabasiche<br />
SiO 2 < 45 %<br />
Graniti<br />
Granodioriti<br />
Gabbri Basalti<br />
Leucititi<br />
Dioriti<br />
Sieniti<br />
Monzoniti<br />
Peridotiti<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Tab. 1.2 Rocce magmatiche.<br />
Excerpt of the full publication<br />
Lipariti o Rioliti<br />
Porfido quarzifero<br />
Ossidiane<br />
Pomice<br />
Andesiti<br />
Trachiti<br />
11<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
Costruzione di gallerie 12<br />
di quarzo e ortoclasio (allumosilicato di potassio), la sienite, la diorite, mentre<br />
fra le rocce ignee effusive ricordiamo il porfido quarzifero, il basalto, la leucitite<br />
del Vesuvio.<br />
Le rocce ignee, siano esse intrusive che effusive, sono caratterizzate da elevati<br />
moduli di elasticità longitudinale e trasversale, E e G, e da una notevole resistenza<br />
alle sollecitazioni di compressione, come si evidenzia dalla seguente Tab.<br />
1.3 ove vengono riportate anche le resistenze a compressione di alcune rocce<br />
metamorfiche, quali scisti cristallini e gneiss, e di rocce sedimentarie quali tufi,<br />
arenarie e travertini.<br />
Un cubetto di granito può presentare una resistenza a rottura a compressione<br />
anche di oltre 2000 kg/cmq, un cubetto di sienite circa 1450 kg/cmq, uno di<br />
basalto può raggiungere anche valori di 4000 kg/cmq.<br />
Quindi queste rocce caratterizzate da altissimi valori delle resistenze alle sollecitazioni<br />
di compressione e di taglio costituiscono, da un punto di vista statico,<br />
il meglio che si possa incontrare nello scavo di una galleria, sempre che<br />
siano sane, omogenee e non siano state interessate da fortissimi movimenti<br />
tettonici. Infatti le rocce ignee sottoposte alle rimarchevoli sollecitazioni meccaniche<br />
di movimenti tettonici si frantumano, si spaccano appunto per la loro<br />
notevole rigidità, in una tela di fessurazioni, dette litoclasi e diaclasi, nelle<br />
quali possono circolare le acque che possono innescare un lentissimo processo<br />
di disfacimento chimico fisico. Le acque circolanti nelle fratture di un<br />
ammasso granitico possono, quindi, ingenerare un lento processo di argillificazione<br />
degli allumosilicati. Nelle cavità createsi si formano sacche di argille<br />
plastiche che alcune volte sono state intercettate durante lo scavo di<br />
gallerie.<br />
Roccia Rottura a Taglio<br />
kg/cmq<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Tab. 1.3 Caratteristiche meccaniche di alcune rocce<br />
Rottura<br />
a compressione<br />
kg/cmq<br />
Modulo<br />
di elasticità<br />
longitudinale<br />
kg/cmq<br />
Rottura a<br />
flessione<br />
kg/cmq<br />
Graniti-sieniti 100/150 1600/2400 500.000/600.000 100/240<br />
Dioriti 130/180 1700/3000 800.000/1.200.000 100/200<br />
Basalti 100/150 2500/4000 1.050.000 150/250<br />
Tufi vulcanici 8 30/70<br />
Tufi calcarei 75<br />
Scisti cristallini 700<br />
Gneiss 1100 210.000/970.000 180<br />
Arenarie 10/40 400/1300 25/250<br />
Travertini 450<br />
Excerpt of the full publication
13<br />
Ma in generale possiamo dire che le rocce ignee intrusive ed effusive garantiscono<br />
l’adozione di metodi di scavo a piena sezione di galleria altamente<br />
meccanizzati con forti produzioni e con un abbattimento della roccia<br />
a mezzo di esplosivi. Si potrebbero abbattere queste rocce anche con frese<br />
puntiformi o con frese full face cioè a piena sezione di scavo, ma gli elevati<br />
costi della macchina, milioni di euro, e gli elevati costi di frequenti sostituzioni<br />
degli utensili di taglio, dovuti alla forte abrasività di queste rocce<br />
contenenti minerali duri quali il quarzo e i silicati di alluminio, fanno<br />
propendere la scelta verso l’abbattimento a mezzo di esplosivi. In sintesi, il<br />
sistema di lavoro per le grandi gallerie autostradali e ferroviarie in rocce<br />
ignee, si estrinseca nella fase di scavo della galleria a piena sezione mediante<br />
l’abbattimento della roccia per mezzo di volate lunghe anche due o tre<br />
metri, i cui fori da mina vengono perforati da carri Jumbo a più bracci di<br />
perforazione.<br />
L’organizzazione del lavoro si sviluppa praticamente su due cantieri distinti e<br />
separati, non interferenti fra loro, posti anche ad un centinaio di metri di distanza:<br />
il fronte di scavo ed il fronte di getto. Sul fronte di scavo il carro Jumbo<br />
effettua la perforazione dei fori da mina che sono centinaia, subito dopo si<br />
effettua il caricamento dei fori con candelotti di dinamite gelatinosa, per ogni<br />
foro la colonna di candelotti viene interrotta da un candelotto armato con una<br />
capsula di detonatore elettrico a tempo munito di due fili elettrici; tutti questi<br />
fili vengono infine collegati fra loro onde formare un circuito elettrico continuo,<br />
i cui due estremi vengono collegati mediante un cavetto bipolare ad un<br />
esploditore elettrico posto a grande distanza. Una volta effettuata la volata,<br />
cioè l’esplosione dei fori da mina, si aspetta che i fumi dell’esplosione vengano<br />
eliminati dalla ventilazione, per raggiungere subito dopo il fronte di scavo<br />
per effettuare un disgaggio, cioè una specie di pulizia delle pareti eliminando<br />
eventuali massi pericolanti a mezzo bracci meccanici snodabili portanti alle<br />
estremità palanchini o utensili metallici specifici. Si effettua lo smarino con<br />
grandi pale gommate caricando il materiale su dumper e, dopo aver effettuato<br />
lo smarino, si procede alla messa in opera di centine metalliche a doppio<br />
T, intervallate di un metro e collegate fra loro con catene metalliche. Subito<br />
dopo si effettua un prerivestimento a mezzo spritz-beton che consiste nel lancio<br />
violento contro le pareti dello scavo di una miscela a base di cemento ed<br />
acqua con additivi chimici atti ad accelerarne la presa. Tale rivestimento vie- galleria<br />
ne effettuato con macchine pneumatiche o pompe azionate da motore elettri- in<br />
co o ad aria compressa.<br />
scavi<br />
Prima di effettuare lo spritz-beton, alcune volte si pone sulla volta degli scavi<br />
gli<br />
una rete elettrosaldata chiodata alle pareti, oppure si associa alle miscele ce- e<br />
mentizie una certa quantità di fibre metalliche o sintetiche atte a costituire una<br />
rocce<br />
specie di betoncino armato, per scoraggiare eventuali distacchi di materiale non<br />
Le<br />
perfettamente agganciato al corpo dell’ammasso roccioso. 1<br />
Excerpt of the full publication
Costruzione di gallerie 14<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
Effettuate queste operazioni, che richiedono almeno due turni di lavoro, si riprende<br />
la perforazione del fronte di scavo con carro Jumbo come prima descritto.<br />
Ad alcune centinaia di metri di distanza si procede sul fronte di getto al rivestimento<br />
definitivo della galleria con calcestruzzo non armato con resistenza<br />
caratteristica di 300 - 250 kg/cmq e dello spessore generalmente pari a 50 cm,<br />
mediante il posizionamento di casseri metallici assemblati su di un carro porta<br />
casseri munito di pistoni idraulici, atti a contenere il getto. Si armano e gettano<br />
tratte di lunghezza pari ad 8 metri.<br />
È chiaro che durante il posizionamento dei casseri il traffico veicolare proveniente<br />
dal fronte di scavo viene ridotto, per cui occorre organizzare le fasi in<br />
modo specifico e puntuale. Generalmente prima di effettuare il rivestimento definitivo<br />
della galleria, si pone a contatto delle pareti, rivestite con betoncino,<br />
un manto impermeabile atto ad impedire infiltrazioni di acqua nel calcestruzzo,<br />
che ne potrebbero rapidamente compromettere le caratteristiche di resistenza<br />
meccanica, e che creano fastidiosi gocciolamenti in fase di esercizio sui mezzi<br />
transitanti.<br />
In queste tipologie di roccia possiamo avere avanzamenti medi giornalieri di<br />
galleria finita dell’ordine di 5 e anche 6 metri, il che presuppone lo smarino di<br />
centinaia di mc di roccia e di altrettante centinaia di mc di calcestruzzo da porre<br />
in opera. Da questi numeri ci si rende conto dei numerosi problemi di carattere<br />
tecnico ed organizzativo che devono essere affrontati dai tecnici preposti,<br />
quali:<br />
1. centrale di betonaggio ad alta produzione ed estremamente meccanizzata;<br />
2. autobetoniere idonee a svolgere un servizio continuo su percorsi in sotterraneo;<br />
3. officina attrezzata di uomini e mezzi onde poter effettuare una manutenzione<br />
periodica di mezzi meccanici impegnati in terreni fortemente abrasivi;<br />
4. centrale di frantumazione delle rocce provenienti dallo scavo per la produzione<br />
e selezione degli inerti per il calcestruzzo;<br />
5. centrale di compressione dell’aria progettata per sopperire a tutte le utenze<br />
ubicate lungo il percorso della galleria;<br />
6. centrale elettrica e relative diramazioni atte a fornire l’energia in tutte le zone<br />
del cantiere;<br />
7. mezzi meccanici quali dumper, pale meccaniche, escavatori, ruspe, martelli<br />
perforatori e demolitori, carri Jumbo di perforazione, argani, pompe, tubazioni,<br />
pompe per il getto dei calcestruzzi, pompe per spritz-beton, perfettamente<br />
idonei al metodo di scavo applicato;<br />
8. centrale di ventilazione progettata in modo tale che per tutta la durata del<br />
lavoro vengano eliminate dal sotterraneo tutte le impurità provenienti dai<br />
gas di combustione dei motori a scoppio, dalle polveri, dai fumi dell’esplosione<br />
delle volate e da eventuali e, in questo caso, improbabili fughe di gas<br />
immagazzinati nell’ammasso roccioso. La ventilazione deve provvedere inol-<br />
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Estratto distribuito da Biblet<br />
tre al raffreddamento dell’aria in sotterraneo surriscaldata dall’aumento del<br />
gradiente termico, dal calore sviluppato dalla presa del calcestruzzo, dalla<br />
combustione dei motori termici e da altre fonti di energia;<br />
9. laboratorio prove munito di tutti gli attrezzi necessari a controllare le resistenze<br />
caratteristiche dei materiali usati, a monitorare lo stato di tensione<br />
nell’ammasso roccioso, a misurare e controllare il grado di impurità dell’aria<br />
in sotterraneo.<br />
Occorre sottolineare il fatto che lo scavo in queste rocce con elevate caratteristiche<br />
meccaniche risulta molto facile, considerato che si può addirittura evitare<br />
ogni sostegno provvisorio delle pareti dello scavo. Infatti nello scavo della<br />
galleria dello scarico di fondo della diga di Pattada (SS), che si sviluppava in<br />
un ammasso granitico compatto, si realizzò prima tutto lo scavo della galleria<br />
con abbattimento a mezzo esplosivo, senza apporre alcuna armatura provvisoria,<br />
e poi si realizzò il rivestimento definitivo. Soltanto il disgaggio delle pareti<br />
doveva essere molto accurato per staccare dei massi o cunei di roccia pericolanti<br />
e lesionati dalle vibrazioni dell’esplosione. Cosa che si sarebbe potuto<br />
evitare con un pretaglio o pre-spletting da realizzare con l’esplosione simultanea<br />
di fori perimetrali, posti ad interasse di 20 cm e caricati solo con miccia<br />
detonante, che avrebbero isolato dalle rocce retrostanti il nucleo centrale dello<br />
scavo ove realizzare la volata vera e propria.<br />
Fig. 1.8 Galleria scarico di fondo – diga di Pattada.<br />
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15<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
Costruzione di gallerie 16<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
1.5 Rocce ignee fratturate o tettonizzate<br />
Difficoltà notevoli possono nascere allorché le rocce ignee siano state interessate<br />
da intensi movimenti tettonici che, oltre a provocare una parziale metamorfizzazione<br />
della roccia, provocano al suo interno anche delle fessurazioni o<br />
fratturazioni che vengono evidenziate dalla campagna preliminare di perforazioni<br />
con carotaggio continuo e dalle indagini geosismiche, che evidenzieranno un<br />
abbassamento del modulo di elasticità E correlato ad un basso valore dell’Indice<br />
di qualità della roccia, Rock Quality Designation (RQD). L’RQD, che viene<br />
espresso in percentuale, misura il grado di fratturazione dell’ammasso roccioso<br />
mediante il rapporto fra la lunghezza delle carote di lunghezza maggiore o pari<br />
a 10 cm e la lunghezza totale carotata. Dalla Tab. 1.4 ricaviamo una classificazione<br />
della roccia in situ in funzione dell’RQD.<br />
Tab. 1.4 Classificazione roccia in funzione di RQD.<br />
RQD % Descrizione della roccia<br />
0/25 molto scadente<br />
25/50 scadente<br />
50/75 discreta<br />
75/90 buona<br />
90/100 eccellente<br />
Una correlazione fra RQD e modulo di elasticità E si ha dal diagramma della<br />
Fig. 1.9.<br />
Da questo diagramma si evince che con l’aumentare dei valori di RQD, cioè<br />
con il crescere dei carotaggi integri, si ha un aumento nei valori numerici<br />
del modulo elasticità E e quindi in definitiva un aumento nella qualità della<br />
roccia.<br />
Nel caso quindi di rocce ignee fratturate occorre procedere con molta cautela<br />
nella elaborazione o progettazione delle volate di esplosivo al fronte di avanzamento.<br />
Infatti una volata mal progettata, eccessivamente caricata con esplosivi<br />
ad alto potere deflagrante, può scatenare una reazione a catena di sollecitazioni<br />
meccaniche che andranno a sgranare tutti questi ammassi fratturati, ossia<br />
questi blocchi e macigni mal cementati fra loro se non per mezzo di sacche<br />
di argille fluide o plastiche. Questi macigni, una volta messi in movimento,<br />
possono gravare con spinte poderose ed asimmetriche sul volto della galleria<br />
armata solo con centine metalliche e spritz-beton, provocandone il crollo<br />
anche per lunghezze considerevoli.<br />
Negli anni sessanta un crollo di tale natura si ebbe durante lo scavo della galleria<br />
ferroviaria di Vibo Valentia in Calabria, interessante ammassi rocciosi di<br />
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10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
1<br />
0,8<br />
0,6<br />
0,4<br />
0,2<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
0,1 0 20 40 60<br />
Fig. 1.9 Correlazione fra RQD e modulo di elasticità E.<br />
gneiss provenienti dal metamorfismo di graniti silani, subito dopo lo sfumo della<br />
volata.<br />
In queste rocce ignee così fratturate e, in generale in tutte le rocce metamorfiche,<br />
si deve procedere rispettando i seguenti principi:<br />
<strong>•</strong> consolidamento preliminare di una vasta tratta di galleria da scavare a mezzo<br />
di iniezioni di malte cementizie additivate in modo da ripristinare un alto<br />
grado di saldatura dei blocchi o macigni;<br />
<strong>•</strong> chiodatura delle pareti a mezzo barre di acciaio ancorate alla retrostante roccia<br />
integra con la parte terminale cementata con iniezioni di malte cementizie<br />
o resine epossidiche o con bulbo ad espansione (vedi Fig. 1.11 pag.19). galleria<br />
Non procedere mai a piena sezione di galleria, onde evitare un aumento delle in<br />
sollecitazioni ai bordi, derivanti da macigni scollegati la cui probabilità di mag-<br />
scavi<br />
gior spinta è funzione diretta del diametro del cavo aperto. Occorre adottare il<br />
gli<br />
metodo di scavo cosiddetto “metodo belga” che consiste nello scavare e rive- e<br />
stire prima la sezione di calotta, poi effettuare lo scavo dello strozzo, e quindi<br />
procedere allo scavo e getto dei piedritti in sottomurazione ed allo scavo e get- rocce Le<br />
to dell’arco rovescio, come illustrato nella Fig. 1.10. 1<br />
17
Costruzione di gallerie 18<br />
4<br />
Estratto distribuito da Biblet<br />
2<br />
1<br />
3 4<br />
Le fasi di lavoro si articolarono nelle seguenti successioni:<br />
fase 1: scavo calotta<br />
fase 2: rivestimento in calcestruzzo della calotta<br />
fase 3: scavo dello strozzo<br />
fase 4: scavo per sottomurazione dei piedritti e loro getto<br />
fase 5. scavo e getto dell’arco rovescio.<br />
5<br />
Fig. 1.10 Metodo di scavo belga.<br />
Per evitare ogni sconnessione alla roccia in posto e per ridurre i fuori sagoma<br />
di scavo, indotti dall’esplosione, l’ideale sistema di avanzamento dovrebbe<br />
attuarsi con una fresa puntiforme, ma questa operazione sarebbe estremamente<br />
onerosa e difficile sia per la presenza di discontinuità, sia anche per<br />
la durezza ed il potere di abrasione della roccia sugli utensili o cutters. Occorre<br />
quindi procedere con volate corte, di 1 metro, ben calibrate nei tempi<br />
di sparo e con il sistema del pre-splitting (vedi Fig. 1.12 pag. 20). I parametri<br />
da calibrare sono:<br />
<strong>•</strong> numero dei fori da mina;<br />
<strong>•</strong> scelta dell’esplosivo idoneo e dei microritardi;<br />
<strong>•</strong> armatura provvisoria dello scavo.<br />
Prima dell’armatura provvisoria delle pareti va effettuato innanzitutto un preciso<br />
disgaggio dei massi pericolanti. Si procederà poi alla posa in opera di centine<br />
a doppio T, intervallate di 1 metro, fra loro incatenate, all’eventuale bullonatura<br />
o chiodatura delle pareti, alla posa in opera di uno strato di spritz-beton<br />
armato con fibre speciali in acciaio, al carbonio o polimeri, o con rete elettrosaldata<br />
chiodata.<br />
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Dado con<br />
sede sferica<br />
Nodo semisferico<br />
Dado<br />
Coni<br />
di bloccaggio<br />
Tappo<br />
Molla<br />
Piastra<br />
Iniezione con malta cementizia<br />
Piastra di ripartizione<br />
Piastra<br />
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Barra in acciaio liscio<br />
Barra in acciaio<br />
Fig. 1.11 Chiodature, bulloni, tiranti.<br />
Ancoraggio ad espansione<br />
Barra o tubo Ancoraggio fondo foro<br />
19<br />
1 Le rocce e gli scavi in galleria
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E113 - Costruzioni di gallerie<br />
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Manuali<br />
La costruzione di gallerie è un’operazione (rilevante e delicata) che richiede una conoscenza<br />
approfondita della prassi da seguire. Questo volume vuole essere un valido strumento<br />
pratico, che affronta tutti i passaggi fondamentali:<br />
– conoscere l’assetto geologico e strutturale, l’idrogeologia, per poter affrontare la complessa<br />
articolazione dell’indagine preliminare, comprendente sondaggi e prelievi di campioni<br />
da studiare;<br />
– decidere il metodo di scavo, la macchina di perforazione, le opere di sostegno temporanee<br />
e definitive;<br />
– definire l’imbocco della galleria, i tipi di esplosivi e le volate;<br />
– riconoscere i tipi di gas presenti, affrontare i problemi di ventilazione e smaltimento delle<br />
acque.<br />
L’autore pone un’ampia casistica di problematiche e suggerisce le possibili reali soluzioni,<br />
grazie alla propria esperienza di un’intera vita dedicata all’argomento.<br />
Alla fine del testo si riportano le norme di sicurezza da osservare per condurre i lavori a<br />
regola d’arte.<br />
Pasquale Apone, laureato in Ingegneria Mineraria presso l’Università di Roma, ha svolto la sua attività dedicandosi alla<br />
direzione tecnica e all’organizzazione di grandi cantieri di opere pubbliche. Si è interessato, anche, di edilizia industriale,<br />
dirigendo i lavori di costruzione di importanti stabilimenti.<br />
Volumi collegati:<br />
Guida alle tecniche di costruzione<br />
E101/1 - Volume 1 - Fondazioni e strutture<br />
Fondazioni - Sostegni - Murature - Strutture in calcestruzzo<br />
E101/2 - Volume 2 - Strutture e involucro<br />
Strutture in legno e metallo - Facciate - Serramenti - Coperture<br />
E101/3 - Volume 3 - Involucro, finiture e impianti<br />
Coperture - Acustica - Pavimenti e rivestimenti - Idraulica - Gas - Impianti elettrici<br />
E102 - Pratiche di costruzione<br />
E103 - Il cemento armato<br />
E104 - Acciaio<br />
E105 - Sismica<br />
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