a cura di Christian Busato
1 SCELTA DEL METODO DI SCAVO
Per quanto riguarda la scelta del metodo costruttivo per la realizzazione di gallerie in ambito urbano possiamo certamente affermare che non ci sono né possono esserci regole fisse per l’uso di un particolare metodo di costruzione e che le scelte non si possono trasferire da una città all’altra. La decisione se utilizzare il metodo cut-and-cover o a foro cieco è una conseguenza della valutazione di una serie di problematiche, quali:
Struttura topografica della città. Caratteristiche del sistema di trasporto. Obiettivi di pianificazione e riqualificazione urbana. Idrogeologia e geologia. Caratteristiche geotecniche del terreno. Dimensioni della sezione di scavo e lunghezza della galleria. Impatto ambientale. Costi di costruzione.
Certamente l’attraversamento di agglomerati urbani che presentano un centro storico di notevole pregio e dall’urbanistica molto irregolare è reso possibile quasi unicamente dall’utilizzo di tecniche di avanzamento a foro cieco, mentre gli usuali disagi connessi ai cantieri civili vengono limitati ai pochi punti posti in corrispondenza ai pozzi di attacco.
Il metodo cut-and-cover invece, pur presentando indubbi vantaggi in termini di costi, viene più facilmente impiegato in zone di non elevata urbanizzazione, quali i prolungamenti verso la zona di cintura della città, ove i vincoli di superficie sono meno importanti. In generale, quindi, nelle città moderne, dove il traffico è già al collasso, sarebbe impossibile pensare di utilizzare il metodo di scavo a cielo aperto per l’intera durata di tutte le lavorazioni per le immaginabili conseguenze sulla circolazione stessa, questo il motivo per cui si opta per lo scavo a foro cieco.
2 SCAVO A CIELO APERTO (METODO MILANO):
2.1 Premessa:
In generale uno scavo a cielo aperto consiste nella preliminare esecuzione di una trincea, nella costruzione di una galleria e nella sua copertura. Rispetto al metodo a foro cieco, tale tipologia è maggiormente impattante sul traffico e sulla vita quotidiana, produce un sensibile aumento dei tempi realizzativi, anche se ha un minor costo di costruzione e una maggiore sicurezza del cantiere dovuta alla riduzione di imprevisti e infortuni. Attualmente, infatti, sono adottati due metodi che si riferiscono allo scavo di trincee con particolare riguardo alla protezione della struttura:
Scavo previa protezione con pali trivellati.
Scavo sotto battente di bentonite e posa di paratie di protezione (anche detto “Metodo Milano”).
Brevemente, nel primo caso si eseguono ad una distanza pari alla larghezza dello scavo diversi pali trivellati, tra loro ravvicinati, fino a formare un vero e proprio muro interrato; in un secondo tempo si getta la trave di coronamento che lega la serie di pali e si procede al ribasso dello scavo fino alla quota di progetto, previa eventuale tirantatura delle pareti della trincea. In ultimo si costruisce un solettone di calcestruzzo armato per il ripristino della sede stradale e un secondo solettone di fondo scavo.
2.2 Metodo Milano:
La seconda tipologia (Metodo Milano) si presta meglio a essere descritta attraverso
un’elencazione delle sue fasi, che risultano:
Scavo e getto, in presenza di fanghi bentonitici, di due solchi paralleli necessari all’infilaggio delle paratie continue a pannelli che evitano l’innesco di franamento del terreno verso l’interno dello scavo.
Scavo della zona di terreno fino alla quota di imposta del solaio di copertura.
Realizzazione del solaio di copertura.
Operazione di reinterro e pavimentazione della strada sovrastante in modo da ripristinare il traffico.
Scavo del terreno sottocopertura e realizzazione dell’arco rovescio si svolgono sotto il traffico già ripristinato.
Tale metodo, utilizzato per la prima volta nella costruzione della Linea 1 della Metropolitana di Milano, risponde all’esigenza di minimizzare i disagi dell’interruzione della viabilità superficiale propri del metodo a cielo aperto. Il metodo Milano ha subito nel tempo diverse modifiche che hanno inciso sia sull’aspetto economico che tecnologico. Tali modifiche sono state per lo più mirate alla riduzione delle difficoltà originate dallo scavo richiesto per la realizzazione di paratie profonde oltre 12 metri.
3 SCAVO A FORO CIECO:
La tecnica costruttiva a foro cieco, in cui lo scavo viene realizzate con apposite macchine, dette scudi meccanizzati, differenti a seconda del tipo di terreno in cui si va a effettuare l’operazione (se argilloso o sabbioso) e se si è in presenza o meno di falda acquifera, può essere sostanzialmente riassunta in cinque passi fondamentali:
Pre-consolidamenti o precontenimento.
Realizzazione dello scavo.
Rivestimento della galleria.
Impermeabilizzazione della galleria.
Rivestimento di seconda fase.
3.1 Preconsolidamenti o precontenimento:
Tali tecniche hanno la funzione di dare migliori caratteristiche fisico-meccaniche ai terreni entro cui andremo a scavare, in particolare in termini di resistenza al taglio. I preconsolidamenti sono differenti a seconda del terreno a cui andiamo incontro, in particolare in termini di granulometria e quindi di penetrabilità delle miscele che andiamo ad iniettare.
Per essere brevi e di maggiore comprensibilità possibile, soprattutto ai non addetti, possiamo dire che il preconsolidamento avviene tramite miscele cementizie, che differiscono nel contenuto d’acqua e quindi nella loro fluidità a seconda del terreno. Terreni più fini e quindi poco permeabili (limi e argille) avranno bisogno di soluzioni più fluide, terreni più grossolani e quindi con una permeabilità maggiore avranno bisogno di soluzioni più pastose, con una quantità minore di acqua.
Tale operazione è riconoscibile anche dai non esperti perché vedranno spuntare in superficie delle “cannuccette”.
Se il terreno è in falda, ossia c’è presenza di acqua il preconsolidamento avverrà tramite congelamento del terreno mediante sonde refrigeranti che iniettano azoto alla temperatura di -196°!
3.2 Scavo della galleria:
Fatti i preconsolidamenti e tutti quegli interventi necessari atti a migliorare le caratteristiche fisico-meccaniche dei terreni affinché all’apertura del cavo non si abbia un riversamento del materiale nello stesso è ora possibile iniziare la fase realizzativa più complessa ossia lo scavo.
Lo scavo in sotterraneo si può condurre secondo l’uso di due grandi metodi costruttivi:
Metodi tradizionali con sezioni parzializzate.
Metodi impieganti scudi.
I metodi impieganti lo scudo sono tecniche che negli ultimi decenni hanno subito una tale evoluzione da essere frequentemente adoperate soprattutto per lo scavo di gallerie metropolitane.
La funzione principale dello scudo è quella di sostenere lo scavo, fronte e pareti, prima della messa in opera del rivestimento, fornendo maggiore protezione ai macchinari e agli operai e tecnici addetti alle lavorazioni di scavo. La scelta della macchina è in relazione al tipo di terreno (differente macchinari per sabbie e argille) e se c’è la presenza di falda lungo il fronte di scavo.
Lo scudo meccanizzato quindi è il macchinario addetto allo scavo, attraverso una testa rotante, ma anche allo smarino (ossia alla rimozione del materiale di scavo) tramite appositi nastri trasportatori insiti nella macchina.
Le principali fasi operative saranno:
1) Messa in azione dei cuscinetti idraulici per stabilizzare la macchina;
2) Fresatura del fronte di scavo con asportazione dello smarino tramite nastri trasportatori;
3) Ritiro dei cuscinetti idraulici;
4) Avanzamento della fresa tramite gallerie;
3.3 Rivestimento della galleria:
Il rivestimento nella maggior parte dei casi viene costruito anello per anello, assemblando i conci prefabbricati di calcestruzzo. Esistono vari tipi di conci, le cui caratteristiche variano a seconda delle esigenze progettuali (in caso di carichi ingenti, per curve, flessibili). Possono essere fatti di calcestruzzo, di ghisa, di acciaio e all’occorrenza di materiale flessibile, quest’ultimo tipo viene impiegato solo per brevi tratti in quanto hanno prevalentemente funzione di raccordo.
Il dispositivo di messa in opera del rivestimento si trova nella parte terminale dello scudo in corrispondenza della coda dello scudo, in modo tale da agire al riparo durante le operazioni d’installazione del rivestimento.
L’anello si monta posizionando i conci lungo il perimetro, accostandoli l’uno all’altro, infatti ogni concio si appoggia a quelli adiacenti, ed alle volte vengono fissati mediante bulloni, negli ultimi anni sono stati brevettati dei sistemi di tenuta come le malte cementizie e le resine.
Quando si lavora sotto falda, ciascun segmento è dotato di un sistema di tenuta dell’acqua, attualmente sono in uso le guaine idroespandenti, diversamente possono essere previsti dei giunti in gomma che fungono da guida durante la fase di montaggio ed impediscono alla miscela di colmataggio di penetrare nel tunnel.
3.4 Impermeabilizzazione della galleria:
Uno degli aspetti che il progettista non deve sottovalutare, soprattutto nelle realizzazioni sottofalda è l’impermeabilizzazione della galleria. L’opera di impermeabilizzazione consiste nell’applicazione sulle pareti di scavo di un manto in PVC oppure di geotessile al fine di evitare forme di ammaloramento del calcestruzzo ed il drenaggio delle acque di infiltrazione. Come detto è di eccezionale importanza che l’impermeabilizzazione di una galleria sia eseguita a regola d’arte per evitare gli stessi danni che si hanno, ad esempio, nelle tratte della linea M2 di Milano Loreto-Piola o Sant’Ambrogio-Sant’Agostino in cui l’acqua percola all’interno della galleria.
3.5 Rivestimento di seconda fase della galleria:
Dopo l’impermeabilizzazione viene infine realizzato il rivestimento di seconda fase o rivestimento definitivo, consistente in un getto di calcestruzzo eventualmente armato lungo le pareti della cavità, di spessore variabile in funzione delle condizioni geomeccaniche esistenti compreso tra 30 cm (situazioni particolarmente buone) e 120 cm (situazioni eccezionalmente scadenti).
Nella realizzazione di una metropolitana lo scavo della galleria è la parte più impegnativa e rischiosa, ma prima di essa è n
ecessario fare lo spostamento di tutti i sottoservizi (condutture elettriche, telefoniche, dell’acqua, del gas e, in generale, di qualsiasi condotta che si ha nel sottosuolo). La durata dello spostamento dei sottoservizi dura circa 6 mesi e si può dire che sia la fase preparatoria alla realizzazione delle opere civili, ossia costruzione della galleria e delle stazioni. La realizzazione delle opere civili dura circa 36 mesi. La realizzazione delle stazioni, per facilità, avviene a cielo aperto, con una costruzione dal basso verso l’alto, ossia prima il piano binari, poi il piano mezzanino ed, infine, il piano superficiale con le uscite per il pubblico. Una volta realizzate le opere civili, l’ultimo passo è costituito dal rivestimento delle stazioni per una durata di 18 mesi circa.
4 Tempi
Con lo scavo a foro cieco (perché questo è il metodo nel 99% dei casi):
– 3 mesi per la cantierizzazione
– 6 mesi per lo spostamento dei sottoservizi ed intanto montare la talpa
– 36 mesi per le opere civili (dal preconsolidamento alle uscite)
– 18 mesi per il rivestimento delle stazioni
5 Costi
100 milioni di euro al km per la tratta in sotterraneo con mezzi meccanici (talpe, frese, martelloni,…) differenti a seconda del tipo di terreno.
– 80/90 milioni per la trincea profonda. Poi più profonda è la trincea e più paghi. Se fai una trincea profonda 7 metri paghi il 10 % in meno dello scavo. Se la trincea è poco profonda (circa 3-4 metri) i costi sono minori.Le spinte del terreno sul muro hanno andamento triangolare e quindi la spinta è direttamente proporzionale alla profondità dello scavo. Inoltre l’angolo della spinta è in relazione al peso specifico del terreno. Se fai una trincea e, quindi, in un muro saturo di acqua la spinta è doppia rispetto ad un terreno secco.
– 18-20 milioni al km in rilevato. Costi economici, ma vincolati a dove costruisci, per esempio non lo puoi fare in aree urbanizzate. 5 km di rilevato grosso modo costa come 1 km in sotterranea.
– Ponti/Viadotto: dipende dal ponte, se è in cassoni prefabbricati, realizzato in loco, strallato, sospeso, realizzato con predalle. Non si può calcolare un prezzo preciso.
