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L’Alto Adige e il metodo austriaco per lo scavo delle gallerie stradali

Le particolari condizioni dei terreni attraversati richiedono l’adozione di tecniche di scavo che uniscono tradizione e innovazione: per affrontare situazioni geologiche e geomeccaniche assai complesse, in un ambiente di lavoro con elevati standard di sicurezza, entra in gioco il sistema NATM (New Austrian Tunnelling Method)

sfondo strabag

Il metodo austriaco

Nel cuore del Sud Tirolo, la Provincia di Bolzano sta realizzando una galleria stradale di circa 1 km con l’adozione del metodo di scavo austriaco.

Le particolari difficili condizioni dei terreni da attraversare rendono necessario avvalersi di tecniche di scavo sicure e consolidate nel tempo, che siano in grado di poter massimizzare le opportunità che il progresso tecnologico offre nel settore dell’underground.

Il metodo di scavo austriaco ha avuto origine oltre 60 anni fa e viene chiamato dagli addetti ai lavori NATM, acronimo di New Austrian Tunnelling Method. Si tratta di un metodo di avanzamento per lo scavo delle gallerie di natura sperimentale, basato sull’esperienza e sul comportamento progressivo delle convergenze del cavo sulla base del quale viene “tarata” la sequenza esecutiva.

NATM
1. La tipica sezione di una galleria scavata con il metodo NATM

In estrema sintesi, il metodo austriaco prevede di scavare la galleria per porzioni progressivamente più ampie sino a raggiungere la dimensione di scavo di progetto. Tale procedimento, pertanto, permette di poter affrontare situazioni geologiche e geomeccaniche assai complesse, in condizioni di lavoro con elevato livello di sicurezza.

Lo scavo avviene quindi per “campi” che in genere variano da 8 a 12 m protetti da infilaggi, con singoli cicli di avanzamento da 1 a 2 m. Al termine di ogni ciclo di scavo, vengono messi in opera i sostegni di prima fase (spritz beton, chiodi, centine, lance, ecc.), il cui impiego viene modulato in funzione dell’evoluzione del comportamento deformativo del cavo rilevato.

È questo l’elemento fondamentale che contraddistingue il metodo di scavo austriaco rispetto al metodo ADECO, che invece presenta un approccio conservativo con l’obiettivo di voler “bloccare” il cavo. 

Il cantiere in Val Pusteria

A San Lorenzo di Sebato, nei pressi di Brunico, l’Impresa internazionale Strabag AG sta realizzando la galleria stradale Floronzo con il metodo di scavo austriaco. La galleria viene scavata da entrambi gli imbocchi Nord e Sud.

Dall’imbocco Nord lo scavo è progredito attraversando terreni di pessime caratteristiche geomeccaniche anche in presenza di zone con massi ciclopici ad elevata densità (in prevalenza si tratta di depositi fluvio-glaciali).

  • Tunnel
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    2. Foto d’insieme del cantiere dal campo base e dall’area logistica
  • Cantiere
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    3. Foto d’insieme del cantiere dall’imbocco Nord

La sezione di scavo adottata per attraversare queste particolari situazioni è consistita nel dividere il fronte in tre successivi allargamenti denominati: calotta, strozzo e arco rovescio (per dirla all’austriaca “Kalotte, Strosse und Sohle”).

Per sostenere la porzione di scavo primaria vengono infilati nella matrice del terreno 44 tubi metallici di diametro 168 mm della lunghezza di 18 m complessivi (composti da tubi singoli a 3 m) che fungono da schermo protettivo e mettono in sicurezza statica il cavo.

Dall’imbocco Sud lo scavo progredisce attraversando le filladi quarzifere di Bressanone con locale presenza di dicchi dioritici, paragneiss e livelli quarzitici.

L’abbattimento del fronte di scavo in questo caso avviene in prevalenza con l’ausilio di esplosivo, operando sempre con sezione di scavo parzializzata, sostegni di prima fase e controllo del comportamento deformativo del cavo.

Il substrato roccioso, avendo subito più stadi deformativi nel tempo, presenta una scistosità molto variabile e imprevedibile. Per tale motivo, l’avanzamento richiede particolari attenzioni e non permette sfondi di profondità significativa.

Si registrano anche distacchi di porzioni di ammasso dal fronte; tali situazioni hanno comportato la necessità di dover mantenere la sezione parzializzata alla “austriaca”.

Inoltre, il livello di scistosità è tale da comportare anche distacchi di porzioni significative del fronte di scavo, che vengono messe in sicurezza mediante l’infittimento delle chiodature al fronte e al contorno.

  • infilaggi
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    4. Il profilo geomeccanico della galleria Floronzo immersa nel complesso metamorfico subalpino
  • Imbocco
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    5. La sezione di scavo della galleria Floronzo scavata dall’imbocco Nord

Tecnologia, controllo e sicurezza

Per lo scavo della galleria dall’imbocco Nord nei depositi fluvioglaciali, il sistema adottato prevede la realizzazione di infilaggi in tubi metallici che vengono messi in opera mediante un jumbo bi-braccio Atlas Copco modello WE 3C-C18.

Il sistema è stato messo a punto in collaborazione con la Società DSI Underground, che possiede uno speciale brevetto di maschiatura dei tubi che riduce il rischio di rotture fragili del sostegno, tipiche della zona di unione delle aste tra di loro.

Il “braccio di ferro” per lo scavo in avanzamento

Per lo scavo della galleria, la Strabag si avvale di un escavatore in grado di sprigionare elevata energia durante la propria azione meccanica di abbattimento del fronte protetto dall’ombrello di infilaggi.

Si tratta di un escavatore marca Liebherr modello R 924 Compact; questo tipo di escavatore viene chiamato “braccio di ferro”.

La particolarità costruttiva risiede nella sua capacità di sprigionare notevole forza senza perturbare eccessivamente il fronte di scavo in fase di abbattimento, come invece avviene con l’utilizzo dei martelloni tradizionali.

In tal modo, si riducono eventuali fenomeni di distacco di materiale dal fronte durante le fasi di scavo, aumentando anche la sicurezza nelle fasi di scavo per gli operatori impegnati al fronte.

  • Scavo
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    6. Il profilo della sezione di scavo della galleria Floronzo con infilaggi
  • Provincia di Bolzano
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    7. Il jumbo in azione per la messa in opera dei tubi metallici degli infilaggi
  • escavatore
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    8. L’escavatore modello “braccio di ferro”

La sequenza esecutiva dei lavori

Di seguito si riporta la sequenza esecutiva in corso dall’imbocco Nord della galleria Floronzo (Figure 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 e 16 sottostanti).

Alla luce delle effettive caratteristiche dei terreni finora attraversati riscontrate nel corso dei lavori, è evidente che la scelta del metodo di scavo austriaco si è rivelata quella vincente in questo ambizioso progetto di interesse della collettività, sia dal punto di vista tecnico che temporale.

I lavori sono attualmente in linea con il programma lavori originario. 

Il commento del Tecnico

L’Ing. Andreas Pichler, Direttore di Cantiere, e l’Ing. Georg Fischnaller, Direttore dei Lavori, hanno gradito dare ulteriori dettagli su questa particolare tecnica di scavo delle gallerie.

“Andrea Marzi”: “Come ci si trova ad applicare il metodo austriaco in Italia?”.

“Andreas Pichler”: “La sfida principale è legata alla capacità di riuscire a trasferire alle maestranze italiane un approccio al lavoro completamente diverso rispetto a quello a cui siamo normalmente abituati.

Per tale motivo abbiamo integrato il personale di cantiere con alcuni Tecnici e operai specializzati provenienti dalla nostra divisione Tunnelling austriaca, dotati di una grande esperienza con tale metodologia. Questo ha permesso di accelerare i processi conoscitivi e le competenze del nostro gruppo di lavoro qui a San Lorenzo di Sebato”.

  • New Austrian Tunnelling Method
    9A stra
    9A. Lo scavo della galleria con escavatore Liebherr 924 Compact: si noti il particolare dell’escavatore
  • ADECO
    9B stra
    9B. Lo scavo della galleria con escavatore Liebherr 924 Compact: si noti il particolare dei trovanti che vengono rimossi dalla matrice del terreno
  • Smarino
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    10. Lo smarino del materiale scavato con i camion a quattro assi in transito lungo la galleria
  • pala gommata
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    11. Il caricamento del camion con pala gommata che opera alla movimentazione del materiale scavato
  • fronte scavo
    12 stra
    12. La messa in opera della rete elettrosaldata e la posa della centina 14. Il tracciamento dell’ombrello di sostegno in tubi metallici e il controllo topografico continuo del fronte scavo
“AM”: “Quali sono le produzioni in avanzamento con questo metodo in terreni sciolti come quello che state affrontando dall’imbocco Nord?”.

“AP”: “Le produzioni sono assai variabili a causa del continuo mutamento delle caratteristiche geologiche e geomeccaniche del terreno che stiamo quotidianamente affrontando.

Abbiamo raggiunto produzioni fino a 1,5 m al giorno, ma abbiamo dovuto anche subire produzioni inferiori a 0,5 m giornalieri, laddove ci siamo imbattuti in particolari situazioni come quelle dei trovanti di grandi dimensioni (anche di 1-2 m3) presenti nella matrice del terreno”.

“AM”: “Quale futuro può avere il metodo austriaco in Italia?”.

“Georg Fischnaller”: “Ritengo personalmente che il metodo di scavo austriaco abbia possibilità di ampliare il proprio campo di utilizzo anche sul territorio italiano.

D’altronde, sia le Alpi che gli Appennini presentano delle complessità geologico-geotecniche così eterogenee che spesso potrebbero trovare giovamento nello scavo proprio dall’applicazione del metodo NATM.

Va ricordato, inoltre, che il metodo di scavo NATM è meno invasivo in termini di sostegni di prima fase rispetto al classico consolidamento in jet-grouting che viene spesso adottato in Italia.

Tale aspetto – riducendo la presenza di cemento nella matrice del materiale scavato – va incontro anche alla sempre più elevata sensibilità che viene giustamente posta all’aspetto ambientale dei lavori di costruzione dei tunnel nell’arco alpino”.

  • arco rovescio
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    13. L’esecuzione dello spritz beton al contorno e al fronte
  • calotta
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    14. Il tracciamento dell’ombrello di sostegno in tubi metallici e il controllo topografico continuo del fronte scavo
  • Val Pusteria
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    15. Dopo aver tracciato l’ombrello di infilaggi, si procede all’infilaggio dei tubi metallici muniti di testina a perdere
  • Perforazione
    16 stra
    16. Particolare del braccio del jumbo in fase di perforazione e messa in opera dei tubi di infilaggio
“AM”: “In definitiva, è meglio il metodo di scavo ADECO o NATM?”.

“GF”: “Entrambi sono metodi di scavo consolidati ed efficaci. In sede di progettazione, vanno condotte accurate indagini conoscitive e scelte progettuali in funzione del contesto in cui si opera in modo da poter scegliere la metodologia di scavo che più si adatta alla particolare situazione”.

Un nuovo accesso alla Val Badia e alla galleria Floronzo

Il progetto esecutivo in oggetto del lotto di costruzione “Bosco del convento” comprende la sistemazione del tracciato della S.S. 49, dalla curva del Kniepass fino alla galleria di Castel Badia e la realizzazione dell’allacciamento stradale nella Val Badia con la realizzazione dell’incrocio presso la strada della Pusteria, il ponte sulla Rienza e la galleria sotto il dosso Floronzo (galleria Floronzo).

Con la nuova strada d’accesso in futuro sarà possibile gestire meglio i flussi di traffico provenienti e diretti alla val Badia, sgravando anche la statale della Pusteria.

Il lotto è composto dalle seguenti opere principali:

  • la sistemazione della strada dal confine con il comune di Chienes fino al nuovo accesso in Val Badia;
  • il nuovo incrocio Val Badia-Val Pusteria;
  • il nuovo accesso alla Val Badia;
  • la galleria Floronzo, di lunghezza di circa 1 km;
  • il ponte sul fiume Rienza.

  • Galleria Floronzo
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    17. Quantità dei principali materiali da costruzione
  • Strabag
    18 stra
    18. Rendering del progetto Val Badia

Dati tecnici

  • Stazione Appaltante: Provincia Autonoma di Bolzano
  • Ufficio responsabile: Ripartizione 10 Infrastrutture, Ufficio tecnico Strade Nord/Est 10.3
  • Direttore della ripartizione infrastrutture: Ing. Valentino Pagani Direttore d’ufficio: Ing. Umberto Simone dell’Ufficio Strade Nord/Est
  • Responsabile del Procedimento: Ing. Umberto Simone
  • Progetto esecutivo: Ing. Josef Aichner, Ing. Karl Pichler e Ing. Josef Galehr della M+G Ingenieure
  • Direttore dei Lavori: Ing. Georg Fischnaller della EUT Engineering Srl
  • Direzione Lavori: EUT Engineering Srl, Ing. Mario Valdemarin, Ing. Dieter Schölzhorn, Plan Team Srl (Ing. Johann Röck), Pfeiferplanung Srl, Kauer Ingenieure Srl e Dott. Vito Adami della Ingenieurteam Bergmeister Srl
  • Collaudatore: Ing. Luigi Rausa della Pasquali Rausa Engineering Srl
  • Responsabile Sicurezza: Ing. Mario Valdemarin e Ing. Dieter Scholzhorn
  • Direttore Tecnico Strabag AG: Ing. Andrea Marzi
  • Direttore di Cantiere Strabag AG: Ing. Andreas Pichler
  • Imprese esecutrici dei Lavori: ATI composta da Strabag AG, Alpenbau Srl, Moser & Co Srl, Unionbau SpA e Geobau Srl
  • Importo complessivo dei lavori e delle somme a disposizione: 72,03 milioni di Euro
  • Durata dei lavori: 903 giorni
  • Data di consegna dei lavori: 12 Aprile 2019
  • Data di ultimazione dei lavori: 1° Ottobre 2021

Ringraziamenti

Si ringrazia la Provincia di Bolzano, in particolare l’Ing. Valentino Pagani e l’Ing. Umberto Simone, per la collaborazione e l’interesse a promuovere la divulgazione scientifica.

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