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Innovazione delle metodologie di scavo in sabbie sottofalda

Il caso del sottopasso di Via Gobbi con una galleria naturale della variante di Campalto sulla S.S. 14 “Triestina”

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L’area metropolitana di Venezia rappresenta uno snodo fondamentale della rete stradale e autostradale del Nord-Est. All’interno della rete viaria che interessa tale area, la S.S. 14 “della Venezia Giulia” costituisce un’importante direttrice di collegamento tra le province di Venezia, Udine, Gorizia, Trieste e la Slovenia.

In particolare, il tratto veneto della Statale denominato S.S. 14 “Triestina”, si configura come una viabilità di collegamento tra i più importanti centri della provincia di Venezia con l’aeroporto Marco Polo a Tessera.

Il progetto denominato “Varianti alla S.S. 14 “Triestina” dei centri abitati di Campalto e Tessera in comune di Venezia – variante di Campalto” propone un tracciato di variante che produce una razionalizzazione e una ridistribuzione del traffico veicolare presso l’abitato di Campalto verso l’aeroporto di Tessera. La variante, che presenta uno sviluppo di 2 km, attraversa zone scarsamente antropizzate, ai margini di aree attualmente agricole.

A circa metà del suo sviluppo, il tracciato incontra la viabilità comunale di Via Gobbi la cui interferenza è stata risolta attraverso la realizzazione di una galleria naturale della lunghezza di circa 26 m realizzata con il metodo del Pipe Arch, integrata da due tratti in artificiale di lunghezza complessiva di 49 m e dalle relative rampe di accesso, di lunghezza pari a 430 m e 410 m, rispettivamente.

  • Fastigi
    1 prom

Tale opera è in assoluto, sia sotto il profilo tecnico che sotto quello economico, la più impegnativa dell’intero intervento; questa si è resa necessaria per la rilevanza di Via Gobbi che rappresenta uno dei pochi assi di collegamento della viabilità veneta con l’aeroporto.

Tale arteria – oltre a sostenere i principali sottoservizi afferenti – rappresenta uno dei pochi collegamenti stabili e tali da garantire la continuità dell’esercizio stradale. La soluzione progettuale adottata, altamente innovativa, ha consentito il mantenimento per tutta la durata dei lavori della fruibilità di Via Gobbi come richiesto dal comune di Venezia e dagli Enti gestori (www.prometeoengineering.it). 

La geologia

Il sottosuolo del settore della pianura veneta all’interno del quale ricade il presente progetto è costituito da un potente spessore, valutato nell’ordine delle centinaia di metri, di terreni appartenenti al bacino sedimentario pleistocenico-olocenico veneto, costituiti da terreni di scarso addensamento o consistenza.

Essi rientrano nel gruppo delle terre a granulometria fine, comprendendo termini che vanno dal basso verso l’alto, dalle argille, con varia incidenza di frazione limosa e sabbiosa, ai limi, alle sabbie fini, alle terre organiche tipiche della laguna veneta.

La disposizione geometrica dei diversi corpi sedimentari risulta essere del tutto casuale, in virtù delle variazioni relative subite dal livello marino nel corso del quaternario e, con esso, dall’ambiente di sedimentazione, regolato dal succedersi di ingressioni e regressioni del mare, nonché dalle variazioni idrografiche dei corsi dei fiumi.

Essa è caratterizzata da eteropie laterali e interdigitazioni fra depositi a geometria frequentemente lentiforme e dalla presenza di paleo alvei, spesso individuabili come fasce allungate, morfologicamente rilevate rispetto alle aree circostanti.

Il tracciato della variante in progetto attraversa terreni sciolti a granulometria fine e finissima; in particolare, nel tratto iniziale, dalla rotatoria di innesto sulle Vie Sabbadino e Orlanda fino all’attraversamento in galleria naturale di Via Gobbi, sono segnalati in affioramento affioramento terreni limo-argillosi di colore dal nocciola al grigio, per uno spessore dell’ordine dei 1÷2 m circa, deposti nelle aree depresse interfluviali.

Al di sotto di questi e, in superficie, nel tratto intermedio e terminale del tracciato, a partire dall’attraversamento di Via Gobbi, è segnalata la prevalenza di termini sabbiosi, subordinatamente limo-sabbiosi, da grigi a nocciola. La granulometria delle sabbie è da molto fine a medio-fine.

La galleria naturale interessa terreni a granulometria sabbioso limosa, sede di un acquifero la cui superficie piezometrica è prossima al piano campagna.

  • Geologia
    2 prom
    2. Il profilo geologico-geotecnico

Le indagini condotte in fase di progettazione esecutiva hanno prediletto l’approfondimento delle indagini nelle zone a maggiori criticità ai fini progettuali, ovvero, nel tratto in galleria. Alla luce di tali indagini, è stato definito il seguente modello geologico-geotecnico suddiviso in quattro unità geologiche geotecniche (U.G.):

  • U.G. I: presente al di sotto del piano campagna è presente uno strato di spessore variabile da 1 a 2 m rappresentata da terreni di copertura e di natura limosa;
  • U.G.II: a seguire si rileva la presenza di uno strato di spessore 7÷10 m di terreni di natura prevalentemente incoerente costituiti da sabbie a granulometria variabile da fine a media con l’aumentare della profondità;
  • U.G. III e U.G. IV: al di sotto del banco di materiale sabbioso e sino alla profondità di 33÷33,5 m dal p.c. si incontrano terreni di natura incoerente costituiti da argille limose e sabbiose (U.G. III).

All’interno di questo strato sono presenti frequenti intercalazioni di limo sabbioso e sabbie fini limose con spessore variabile da 0,5 m a 2 m circa e grado di addensamento medio (U.G.IV). 

L’idrogeologia

La rilevanza e la difficoltà dell’opera sono conseguenti anche alla prossimità della laguna di Venezia distante solo qualche centinaio di metri dal sottosuolo di Via Gobbi.

Attraverso la campagna di misure nelle fasi progettuali e realizzativa, è stata confermata la presenza nella zona in esame di una falda nei livelli superficiali a una quota di 0,5÷1 m dal piano campagna.

In relazione alle variazioni litologiche descritte in precedenza, è nota comunque la presenza di un sistema multifalda più in profondità, con livelli piezometrici localizzati a quote diverse.

  • Diaframmi
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    3A. Il tratto delle rampe tra diaframmi definitivi
  • Puntoni
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    3B. Il tratto delle rampe tra diaframmi definitivi
  • Opere
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    4A. Vista 3D delle opere in corrispondenza di Via Gobbi
  • Pipe Arch
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    4B. Vista 3D delle opere in corrispondenza di Via Gobbi

Descrizione delle opere e delle analisi condotte 

Le rampe di approccio alla galleria naturale

All’interno delle due rampe si distinguono diverse tipologie di intervento, le cui diverse soluzioni progettuali derivano dal progressivo approfondimento della quota di scavo. 

Il tratto tra muri ad U

Sono i tratti terminali del sottovia per i quali è stato sufficiente realizzare dei muri laterali a sbalzo dalla fondazione per il sostegno delle pareti laterali di scavo. Gli scavi sono stati realizzati per un tratto senza l’utilizzo di opere provvisionali e per un tratto con l’utilizzo di opere di sostegno provvisionali (palancolati), anche contrastate da puntoni in acciaio, in funzione dell’altezza di scavo. 

Il tratto tra diaframmi e puntoni definitivi

Nelle zone dove la trincea risulta più profonda, il sostegno degli scavi è stato realizzato con paratie di diaframmi di spessore 120 cm e profondità 19 e 20 m. Il contrasto alla spinta delle terre e dell’acqua è coadiuvato da puntoni definitivi posti sulla trave di collegamento dei diaframmi.

Al fine di realizzare un efficace impermeabilizzazione tra i pannelli in calcestruzzo di larghezza 250 cm sono stati posti dei giunti water stop e all’interno i diaframmi presentano un rivestimento in c.a. costituito da un solettone di base di altezza 130 cm e una coperta laterale di 60 cm. 

I pozzi ellittici di approccio alla galleria naturale

La soluzione tecnica per la realizzazione della galleria naturale sotto Via Gobbi prevede la costruzione di pozzi ellittici entro i quali posizionare le macchine di perforazione e consolidamento necessarie alla realizzazione della galleria naturale.

Entrambi i pozzi sono realizzati mediante una corona, di pali disposti in pianta secondo un ellisse con asse maggiore e minore rispettivamente di 28,2 m e 24,0 m e sono orientati con l’asse minore allineato allo sviluppo longitudinale del sottovia.

Il paramento verticale è realizzato mediante l’impiego di pali CFA del diametro di 800 mm; in alcune zone particolarmente sensibili dal punto di vista dei possibili cedimenti e degli effetti dei consolidamenti è stata prevista un ulteriore fila di pali con tecnologia CFA a ulteriore tutela delle preesistenze.

A partire dal piano campagna tutto il volume di terreno a tergo dei pali è stato sottoposto ad un trattamento di jet grouting bifluido sub verticale al fine di migliorare le caratteristiche meccaniche del terreno spingente e di garantire la tenuta idraulica.

Analogo trattamento con jet grouting del diametro di 1.500 mm è stato eseguito per assicurare la stabilità del fondo scavo con un tampone di fondo di spessore 5 m tra le quote −26 m e −21 m da p.c.

I pozzi sono stati scavati per campioni di 1,5 m e, ad ogni avanzamento, è stata gettata in opera una parete di rivestimento per sottomurazione mediante anelli in calcestruzzo armati e ancorati ai pali già realizzati.

Le operazioni di ribasso del piano di scavo all’interno dei pozzi sono state accompagnate dalla progressiva esecuzione degli interventi al fronte (pali, VTR e iniezioni) per il consolidamento del volume di terreno entro cui si colloca la galleria naturale. 

  • pozzi ellittici
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    5A. Vista aerea dei pozzi ellittici
  • sottovia
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    5B. Vista aerea dei pozzi ellittici
L’analisi di tipo geotecnico

Il modello di calcolo utilizza il metodo degli elementi finiti (FEM). Il problema nelle diverse fasi realizzative dei pozzi ellittici è stato analizzato nell’ipotesi di stato piano di deformazione, con una mesh triangolare a tre nodi per ciascun elemento.

La sezione di riferimento è quella lungo l’asse minore dei pozzi e che interseca perpendicolarmente Via Gobbi. Le parti strutturali sono state modellate attraverso elementi beam secondo la formulazione di Timoshenko.

Il comportamento del materiale è di tipo plastico con criterio di rottura Mohr-Coulomb. La spinta esercitata dal terreno sulle paratie dipende dallo stato deformativo del terreno e, conseguentemente, è frutto della deformazione della mesh nel modello.

Le elaborazioni numeriche sono state condotte considerando la presenza di falda, il cui limite è stato posizionato a –1 m dal piano campagna nel tratto a monte delle paratie dei pozzi e a quota scavo nel tratto a valle. Sono state simulate tutte le fasi di realizzazione delle opere. 

La realizzazione della galleria naturale

La tecnica utilizzata denominata “Pipe Arch” consente di risolvere il problema della realizzazione di una cavità in terreni difficili quali quelli presenti costituiti da sabbie finissime, immersi in falda ed in condizioni di piccole coperture in rapporto alle dimensioni della galleria, potendo contare su una salda struttura resistente ancor prima della realizzazione dello scavo.

Essa è da considerarsi, infatti, non un preconsolidamento ma un presostegno costituito da un fraticcio strutturale formato da tubi in acciaio esterni, capace di garantire la canalizzazione delle tensioni al contorno del cavo e quindi di creare artificialmente l’effetto arco che il terreno non è in grado di crearsi naturalmente e la seconda di archi continui in calcestruzzo armato attraverso pali del diametro di 400 compenetrati armati anche con VTR, tali da consentire una ripartizione trasversale delle forze di scavo.

Entrambe le corone interna ed esterna sono coadiuvate elementi trasversali chiusi costituiti da centine HEB220 passo 0,5 m a formare un graticcio resistente e in grado di contrastare gli effetti dei cedimenti in superficie.

Nella progettazione e realizzazione di una cavità deve essere tenuto ben presente come la canalizzazione del flusso di tensioni deviato dalla sua apertura (“effetto arco”) possa essere controllata attraverso la scelta delle fasi di scavo e degli interventi di stabilizzazione e, di conseguenza, come la deviazione del flusso possa essere pilotata con i medesimi strumenti (fasi di scavo e strumenti di stabilizzazione) nelle diverse situazioni geostrutturali e geomeccaniche dei terreni in gioco.

Inoltre la tecnica del Pipe Arch, rinunciando al contributo statico del fronte (anche se nel caso specifico del sottopasso di Via Gobbi è stato effettuato un consolidamento mediante jet grouting armati con elementi in VTR e iniezioni cementizie e/o chimiche) e operando un contenimento continuo del terreno al contorno del cavo, permette di minimizzare e spesso annullare le deformazioni che si innescano nell’ammasso, riducendo sensibilmente le spinte che si generano sul rivestimento e permette, in definitiva, di conservare quasi inalterati gli equilibri preesistenti allo scavo della cavità. 

  • Monitoraggio
    6 prom
    6. La geometria e il tipo di consolidamenti utilizzati per lo scavo della galleria naturale
Il monitoraggio topografico e strutturale

Durante l’esecuzione dei lavori è stato effettuato un costante monitoraggio topografico e strutturale delle strutture in fase di realizzazione e delle strutture preesistenti (edifici, Via Gobbi). 

Conclusioni

L’esecuzione di scavi in sotterraneo in ambito urbano presenta spesso molte problematiche complesse connesse alla presenza di possibili interazioni del terreno con le preesistenze in termini di cedimenti ammissibili.

Nel sottoattraversamento di Via Gobbi si è aggiunta l’esigenza del Committente di non interrompere il traffico veicolare e la particolare conformazione geologica dell’area con terreni sotto falda costituiti da sabbie finissime a poche centinaia di metri dalla laguna di Venezia.

Queste condizioni al contorno hanno suggerito la scelta di una soluzione progettuale innovativa e di carattere sperimentale per quanto riguarda lo scavo della galleria naturale.

In generale, la soluzione prevede un presostegno costituito da due ordini di pali del diametro di 400 per tutta la lunghezza della galleria naturale pari a 25 m. Questo, insieme ad adeguati interventi di consolidamento e di impermeabilizzazioni, ha permesso di contrastare i processi di filtrazione e gli effetti sulle strutture adiacenti.

Dati tecnici

  • Stazione Appaltante: ANAS SpA
  • Progetto definitivo: ANAS SpA
  • Progetto esecutivo: Proger SpA
  • Consulente specialistico geotecnica e opere in sotterraneo: Ing. Alessandro Focaracci di Prometeoengineering.it Srl
  • Responsabile del Procedimento: Ing. Pietro Gualandi di ANAS SpA
  • Direzione Tecnica e Project Manager: Ing. Paolo Pujia di Intercantieri Vittadello SpA
  • Direttore dei Lavori: Ing. Umberto Vassallo di ANAS SpA
  • Direzione di Cantiere: Ing. Stefano Vogrig e Geom. Roberto Marin di Intercantieri Vittadello SpA
  • Impresa esecutrice dei lavori: Intercantieri Vittadello SpA
  • Importo dei lavori: 23.122.975 Euro

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