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Le nuove gallerie di Novilara sulla A14

Progettazione in corso d'opera e realizzazione - SECONDA PARTE -

Le nuove gallerie di Novilara sulla A14

Il presente articolo, che proponiamo a conclusione di un primo (si veda “S&A” n° 109) in cui gli Autori hanno discusso dei principali adeguamenti progettuali operati in corso d’opera in funzione delle condizioni realmente incontrate durante le lavorazioni nella tratta iniziale della nuova galleria naturale, riguarda le ulteriori modifiche – contestuali all’avanzamento dell’opera – e illustra una modifica progettuale sostanziale relativa all’ampliamento della galleria in carreggiata Nord.

Immagini

  • Il fronte di scavo nelle marne argillose della tratta centrale
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    Il fronte di scavo nelle marne argillose della tratta centrale
  • La sezione geologica longitudinale presso l’imbocco Sud. L’unità (dt) rappresenta i limi poco consistenti mentre l’unità Pps rappresenta ciottoli poligenici immersi in matrice sabbiosa estremamente addensata
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    La sezione geologica longitudinale presso l’imbocco Sud. L’unità (dt) rappresenta i limi poco consistenti mentre l’unità Pps rappresenta ciottoli poligenici immersi in matrice sabbiosa estremamente addensata
  • La sezione geologica longitudinale presso l’imbocco Sud. L’unità (dt) rappresenta i limi poco consistenti mentre l’unità Pps rappresenta ciottoli poligenici immersi in matrice sabbiosa estremamente addensata
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    La sezione geologica longitudinale presso l’imbocco Sud. L’unità (dt) rappresenta i limi poco consistenti mentre l’unità Pps rappresenta ciottoli poligenici immersi in matrice sabbiosa estremamente addensata
  • Gli avanzamenti in sezione tipo C2a dall’imbocco lato Pedaso
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    Gli avanzamenti in sezione tipo C2a dall’imbocco lato Pedaso
  • Un particolare delle geometrie della via d’esodo prevista in p.e.
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    Un particolare delle geometrie della via d’esodo prevista in p.e.
  • La posa in opera della struttura prefabbricata
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    La posa in opera della struttura prefabbricata
  • La posa in opera della struttura prefabbricata
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    La posa in opera della struttura prefabbricata
  • La sezione tipo di intervento B1a
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    La sezione tipo di intervento B1a
  • Le due sezioni tipo utilizzate
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    Le due sezioni tipo utilizzate
  • Le due sezioni tipo utilizzate: la sezione stata impiegata per coperture fino a 7 m. Oltre si è utilizzata la sezione su due livelli
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    Le due sezioni tipo utilizzate: la sezione stata impiegata per coperture fino a 7 m. Oltre si è utilizzata la sezione su due livelli
  • La soletta intermedia: particolari dei connettori utilizzati
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    La soletta intermedia: particolari dei connettori utilizzati
  • La soletta intermedia: particolari dei connettori utilizzati
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    La soletta intermedia: particolari dei connettori utilizzati
  • La fase costruttiva durante l’allargamento della galleria successivamente adibita al traffico in direzione Nord: sulla destra si nota la vecchia galleria, sotto traffico al momento dei lavori, e adibita al precedente traffico in direzione Nord
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    La fase costruttiva durante l’allargamento della galleria successivamente adibita al traffico in direzione Nord: sulla destra si nota la vecchia galleria, sotto traffico al momento dei lavori, e adibita al precedente traffico in direzione Nord
  • La fase costruttiva durante l’allargamento della galleria successivamente adibita al traffico in direzione Nord: gli avanzamenti durante l’allargo
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    La fase costruttiva durante l’allargamento della galleria successivamente adibita al traffico in direzione Nord: gli avanzamenti durante l’allargo
  • Il modello di calcolo FEM dell’opera
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    Il modello di calcolo FEM dell’opera
  • Le fasi di costruzione dell’opera
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    Le fasi di costruzione dell’opera
Gli adeguamenti progettuali nella tratta centrale

Gli adeguamenti operati nella tratta centrale di galleria sono risultati fondamentali per anticipare la consegna dell’opera, in quanto la porzione di galleria scavata nelle marne argillose occupa oltre il 60% dell’intero percorso. Gli adeguamenti operati in questa tratta hanno riguardato essenzialmente le sovrapposizioni agenti (ovvero la lunghezza del campo di scavo), il numero di VTR presenti e le modifiche alle distanze di vincolo dei getti di rivestimento definitivo.

Il ruolo chiave per ottenere la corretta modulazione di tutte le componenti è stato l’utilizzo intensivo ed immediato di tutti i dati di monitoraggio topografico e geotecnico che, interpretati in sito in tempo reale, ha permesso di studiare velocemente proposte di adeguamento delle sezioni in avanzamento, con immediata applicazione in cantiere.

Il comportamento osservato, complessivamente migliore delle attese, è il risultato di una litologia che si è presentata solamente per basse coperture e nelle tratte tettonizzate come mezzo “coesivo” con scarse resistenze all’avanzamento (argille marnose), mentre per gran parte della tratta ha evidenziato un carattere tipicamente marnoso e pseudolitoide, con valori di GSI costantemente pari a 30-35 e variabilità molto bassa. La modifica delle sezioni in questa tratta ha riguardato le sezioni cilindriche C2c e B2 e si è incentrata prevalentemente sull’allungamento dei campi di scavo e una riduzione del numero di VTR. 

Tali variazioni sono avvenute per gradi e mai in contemporanea, in funzione del quadro deformativo presente a livello del cavo e in superficie. In particolare, è stato molto utilizzato il controllo dell’estrusione mediante installazione di estrusimetri al fronte; tale dato rappresenta infatti la prima risposta deformativa della galleria ed è quindi un elemento molto utile per valutare immediatamente la correttezza delle scelte effettuate ed anticipare spostamenti sopra soglia.

La scelta di mantenere la coronella in VTR a preconsolidamento del contorno del cavo è stata indotta inizialmente delle caratteristiche geomeccaniche nella porzione superiore della sezione di scavo che mostrava segnali di non completa autostabilità per effetto di una maggiore tettonizzazione del deposito.

In funzione di questo, la radiale del consolidamento è stata drasticamente ridotta, per mantenere gli elementi il più possibile vicini al prerivestimento, e ottenere una sorta di effetto cucitura mediante parziale intasamento delle fratture presenti. Non si tratta pertanto di una coronella con funzione classica di preconsolidamento al contorno, ma piuttosto di un tentativo di cucire mediante riempimento le fratture (a spaziatura ridotta) dell’ammasso pseudolitoide.

I livelli di estrusione misurati in questa tratta sono stati sempre estremamente ridotti e non hanno mai superato i 2 cm. L’evidenza di un comportamento deformativo migliore delle attese, con convergenze massime di 6 cm ma mediamente pari a 3 cm e tre-quattro volte inferiori alle previsioni, ha permesso inoltre l’utilizzo di vincoli di getto dei rivestimenti definitivi decisamente meno restrittivi di quanto previsto nel progetto esecutivo.

In particolare il getto di arco rovescio è stato effettuato per gran parte della tratta a 54 m dal fronte, contro i 12 m previsti, generando tra l’altro la possibilità dell’esecuzione dello stesso in ombra alle lavorazioni del posizionatore al fronte, fatto che ha notevolmente accelerato le velocità di sezione.

L’insieme delle variazioni apportate alla sezione B2 ha permesso un incremento di tale velocità, con valori medi di produzione di circa 1,5 m/g, oltre a punte raggiunte e mantenute più volte sino a 1,7 m/g che hanno portato ad una riduzione dei tempi di esecuzione pari a circa 40 giorni. Le velocità massime raggiungibili con la sezione di p.e. sono state stimate in 1,1 m/g circa.

Gli adeguamenti progettuali imbocco lato Pedaso

L’imbocco lato Pedaso e in generale i primi 100 m di galleria naturale ad esso afferenti hanno rappresentato la porzione con maggiori difficoltà tecniche dell’intero progetto, difficoltà che erano state affrontate anche in sede di progettazione esecutiva e che sono state superate in fase di costruzione con una variazione progettuale risultata determinante per la velocità di esecuzione dell’opera.

Il contesto geologico riscontrato, leggermente differente da quanto previsto in p.e., ha imposto l’attraversamento dei depositi limosi di versante con uno spessore rilevante e coinvolgimento, in alcune tratte, dell’intera sezione di scavo. Tali depositi sono risultati interferenti per oltre 90 m mostrando caratteristiche geotecniche e comportamento allo scavo particolarmente scadenti. 

Tale tratta è stata affrontata per i primi 45 m mediante l’utilizzo degli elementi di consolidamento previsti in progetto, ma con le variazioni legate alla tipologia di iniezione utilizzate presso l’imbocco Nord. Dopo tale tratta, i dati di monitoraggio hanno mostrato fenomeni di cedimento sino a 15 cm in superficie in corrispondenza del fronte, con estrusione dello stesso limitata a 5 cm (inferiore ai valori di progetto).

L’analisi in tempo reale dei dati ha mostrato come tali cedimenti si sviluppassero in concomitanza con l’esecuzione delle perforazioni al contorno (preconsolidamento e presostegno) e a fronte fermo evidenziando come causa scatenante del fenomeno il volume perso in fase di perforazione, con la possibilità di interferenza di modesti accumuli idrici racchiusi nelle porzioni maggiormente sabbiose del deposito. 

L’entità del fenomeno riscontrato e la presenza in superficie di preesistenze poste entro il bacino di subsidenza di calcolo hanno suggerito dapprima la progettazione di un intervento di consolidamento in superficie e successivamente un cambio tecnologico degli interventi di consolidamento al contorno. 

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Le nuove gallerie di Novilara sulla A14

Progettazione in corso d'opera e realizzazione - PRIMA PARTE -

Le nuove gallerie di Novilara sulla A14

Nell’ambito dei lavori di ampliamento alla terza corsia dell’Autostrada A14 Bologna-Taranto, nella tratta del Lotto 2 tra Cattolica e Fano, le considerazioni elaborate dalla Società Autostrade per l’Italia SpA hanno portato alla scelta di eseguire una variante di tracciato, con la realizzazione di una nuova galleria naturale per la carreggiata Sud e un ampliamento della galleria naturale esistente per il traffico in direzione Nord).

Immagini

  • La sezione tipologica in galleria naturale
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    La sezione tipologica in galleria naturale
  • Il profilo geologico as-built che mostra la prevalenza lungo il tracciato delle marne argillose mioceniche (Mag) in colore viola e delle sabbie addensate pleistoceniche (Ps) in giallo
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    Il profilo geologico as-built che mostra la prevalenza lungo il tracciato delle marne argillose mioceniche (Mag) in colore viola e delle sabbie addensate pleistoceniche (Ps) in giallo
  • I parametri geotecnici dei terreni attraversati con gli scavi; variabili in funzione della profondità
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    I parametri geotecnici dei terreni attraversati con gli scavi; variabili in funzione della profondità
  • La schematizzazione delle opere previste in progetto esecutivo presso l’imbocco Sud
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    La schematizzazione delle opere previste in progetto esecutivo presso l’imbocco Sud
  • Le sezioni degli interventi di imbocco con soluzione a “cappello da gendarme”
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    Le sezioni degli interventi di imbocco con soluzione a “cappello da gendarme”
  • Le sezioni degli interventi di imbocco con soluzione a “cappello da gendarme”
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    Le sezioni degli interventi di imbocco con soluzione a “cappello da gendarme”
  • Gli schemi planimetrici della soluzione progettuale di progetto costruttivo
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    Gli schemi planimetrici della soluzione progettuale di progetto costruttivo
  • Gli schemi planimetrici della soluzione di progetto esecutivo, con esecuzione della protesi in misto cementato
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    Gli schemi planimetrici della soluzione di progetto esecutivo, con esecuzione della protesi in misto cementato
  • La soluzione a “cappello da gendarme” sull’imbocco Sud
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    La soluzione a “cappello da gendarme” sull’imbocco Sud
  • La soluzione a “cappello da gendarme” sull’imbocco Nord
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    La soluzione a “cappello da gendarme” sull’imbocco Nord
  • La sezione del consolidamento/scavo C2a di progetto esecutivo
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    La sezione del consolidamento/scavo C2a di progetto esecutivo
  • La sezione del consolidamento/scavo C2a di progetto costruttivo
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    La sezione del consolidamento/scavo C2a di progetto costruttivo
  • Lo scavo del campo n° 4 nell’area di transizione con le marne argillose
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    Lo scavo del campo n° 4 nell’area di transizione con le marne argillose
  • Lo scavo del campo n° 4 nell’area di transizione con le marne argillose
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    Lo scavo del campo n° 4 nell’area di transizione con le marne argillose
  • Un dettaglio durante l’esecuzione degli infilaggi metallici con il particolare dell’effetto delle miscele espansive a consolidamento dei vtr posti a preconsolidamento del contorno del cavo
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    Un dettaglio durante l’esecuzione degli infilaggi metallici con il particolare dell’effetto delle miscele espansive a consolidamento dei vtr posti a preconsolidamento del contorno del cavo
  • La sintesi della sezione tipo C2a applicata a seguito delle modifiche proposte
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    La sintesi della sezione tipo C2a applicata a seguito delle modifiche proposte

Il presente articolo sintetizza i principali adeguamenti progettuali operati in corso d’opera in funzione delle condizioni realmente incontrate durante le lavorazioni.

In questa prima parte gli Autori illustrano gli adeguamenti progettuali effettuati nella tratta iniziale della nuova galleria naturale; nella seconda (conclusiva) tratteranno ulteriori modifiche contestuali all’avanzamento della galleria naturale e illustreranno una modifica progettuale sostanziale relativa all’ampliamento in carreggiata Nord. 

L’adeguamento progettuale in corso d’opera è il risultato delle sinergie implementate tra Dirigenza di Impresa e Consulenti per la progettazione costruttiva, con la determinante collaborazione della Direzione Lavori di SPEA SpA e della Committente Autostrade per l’Italia

SpA. Tutti i contributi hanno portato all’ottimizzazione di sezioni di avanzamento adeguate alle evidenze geotecniche e tenso-deformative realmente riscontrate in fase di scavo, permettendo di massimizzare l’operatività e la produttività del cantiere e anticipando le tempistiche contrattuali di consegna delle opere  con benefici per tutti i soggetti coinvolti. 

La progettazione costruttiva delle opere è stata affidata alla Società AK Ingegneria Geotecnica Srl di Torino, con una presenza continuativa in cantiere e con la consulenza specialistica per il sotterraneo del Prof. Pelizza.

Le caratteristiche generali e geologiche del tracciato

La variante in galleria naturale prevista in progetto esecutivo si sviluppa sul versante appenninico nei pressi del paese di Novilara (PU) con coperture massime di 63 m e lunghezza pari a 744 m. Le sezioni di scavo presentano un’ampiezza mediamente pari a 205 m2 per un raggio interno finito di carpenteria pari a 7,41 m, con alloggiamento di tre corsie di marcia di larghezza 3,75 m.

La galleria è dotata di un cunicolo di emergenza posto al di sotto del piano viabile a cui sia accede mediante quattro accessi, due agli imbocchi e due in galleria. La litologia prevalentemente incontrata afferisce ad una marna argillosa miocenica (denominata Mag) di caratteristiche variabili in funzione della profondità, complessivamente migliori rispetto alle ipotesi progettuali, mentre le tratte degli imbocchi hanno riguardato depositi pliocenici sabbiosi (Ps) ben addensati, con l’eccezione dell’imbocco Sud, che nei primi 100 m circa di avanzamento è stato interessato su buona parte della sezione di scavo da depositi limosi poco consistenti (dt), attribuibili a depositi di versante, più profondi di quanto preventivato e con caratteristiche geotecniche particolarmente scadenti, che hanno imposto particolari accorgimenti.

L’adeguamento in corso d’opera ha riguardato differenti aspetti del progetto, da quelli più generali e di impostazione delle opere (imbocchi, protesi, ecc.) sino agli aspetti di dettaglio maggiormente legati all’avanzamento e quindi le sezioni tipo di applicazione, con modifiche sia di livello generale che di livello più puntuale, con adeguamento continuo alle condizioni geotecniche e tenso-deformative realmente presenti.

Le opere di imbocco

Le opere di imbocco previste in progetto esecutivo prevedevano il ricorso a diaframmi in calcestruzzo armato di 1 m di spessore successivamente tirantati mediante utilizzo di tiranti a trefoli su più ordini.

Presso l’imbocco Sud inoltre, caratterizzato da morfologie più dolci, era prevista l’esecuzione di una protesi mediante terreno stabilizzato e costipato per una lunghezza pari a 37 m. Su questo imbocco erano inoltre presenti opere di sostegno impostate sia su diaframmi che su micropali.

Per questioni di uniformità di lavorazioni e di minore interferenza tra le stesse, si è provveduto e ad un cambio radicale nella logica di imbocco delle opere in sotterraneo, che ha portato a una velocizzazione della fase di ribasso delle opere di sostegno, e una maggiore rapidità di avanzamento in galleria per i primi campi. Per l’imbocco della galleria naturale è stato adottato il metodo Milano con doppia fila di pali laterali e solettone sommitale gettato controterra in sostituzione dei normali attacchi diretti con paratia di imbocco.

Il complesso degli interventi di seguito descritti ha comportato una maggiore rapidità di costruzione, oltre ad una diminuzione di spesa complessiva nella realizzazione delle opere di imbocco.

Per quanto riguarda le opere di sostegno, la logica è stata quella di uniformare le lavorazioni e ridurre il numero di ordini di tiranti e, conseguentemente, le fasi lavorative. È stata pertanto adottata la sostituzione dei diaframmi, in favore di un uso intensivo di pali di grande diametro (D = 1,5 m e interasse di 1,8 m) che hanno permesso di demandare maggiormente l’assorbimento dei carichi geotecnici alla struttura riducendo così la prestazionalità degli interventi di ancoraggio. L’aumento delle rigidezze complessive ha quindi permesso l’utilizzo di barre passive filettate in sostituzione dei tiranti a trefoli previsti. Prove preliminari condotte in sito hanno confermato le caratteristiche di resistenza raggiungibili, soprattutto in riferimento alle aderenze malta-terreno, fornendo ottimi risultati alle prove di sfilamento. Tale evidenza ha permesso l’utilizzo intensivo di tale metodologia di ancoraggio. Presso l’imbocco Nord, la soluzione adottata ha consentito una riduzione del numero di ordini di ancoraggio che è passato da quattro a uno, mentre per l’imbocco Sud è passato da quattro a due. 

L’impiego dei pali è stato sfruttato anche per creare la struttura (denominata “a cappello da gendarme”) della galleria artificiale, di attacco della galleria naturale. L’impiego di tale struttura e del trattamento del terreno a tergo mediante jet-grouting dall’alto ha permesso di eliminare la protesi e di imboccare per i primi campi con il solo utilizzo degli elementi metallici di presostegno, garantendo una maggiore velocità di avanzamento. 

La struttura della galleria artificiale è stata eseguita prima delle fasi di ribasso, con getto del solettone superiore controterra e successivo svuotamento e ha permesso presso l’imbocco Sud la completa rimozione della protesi prevista. Le soluzioni descritte hanno portato a una razionalizzazione delle tempistiche di ribasso, consentendo lo sviluppo di diverse attività in ombra ed hanno quindi condotto a fasistiche di esecuzione più veloci.

Gli adeguamenti progettuali delle miscele di consolidamento

Lo scavo della galleria Novilara è avvenuto da entrambi gli imbocchi, tuttavia gli scavi sono iniziati circa tre mesi prima presso l’imbocco Rimini.

I terreni interessati dagli scavi hanno riguardato da subito i terreni pliocenici di natura sabbiosa (Ps) ben addensati, che hanno interessato la sezione di scavo per i primi 40 m di galleria, per poi intercettare il contatto tettonico con le marne argillose (Mag). La sezione di progetto esecutivo studiata per tale tratta e denominata C2a.

La sezione prevedeva quindi un consolidamento del fronte mediante elementi in vtr posti in opera con sovrapposizioni agenti variabili tra 9 e 12 m e l’utilizzo di medesimi elementi in vtr posti a preconsolidamento del volume al contorno del cavo. Inoltre, a pre-sostegno del cavo erano previsti 46 infilaggi metallici di L = 15 m con sovrapposizione 9 m, giustificati dalla ridotta copertura e dalle litologie presenti.