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Requisiti prestazionali e criteri costruttivi del ponte Genova San Giorgio – prima parte

Dal modello geologico al collaudo, il progetto esecutivo del nuovo ponte Genova San Giorgio, ricostruito in tempi estremamente ridotti dopo il crollo del vecchio Viadotto Polcevera avvenuto il 14 Agosto del 2018: in quest’ampia relazione a puntate, vengono descritti i requisiti prestazionali e i criteri costruttivi che hanno determinato le scelte ingegneristiche compatibili con l’idea dell’Arch. Renzo Piano

sfondo italferr

In questo primo articolo trattiamo l’attività di studio geologico-geomorfologico e sismico della bassa Val Polcevera. Sui prossimi fascicoli, e qui sul portale di conseguenza, si approfondiranno gli aspetti connessi con la progettazione delle opere civili che hanno informato la realizzazione dell’opera, con scelte spesso innovative ma sempre mirate a contenere il tempo di realizzazione della stessa.

Italferr è stata la Società di ingegneria scelta dal Consorzio PerGenova per la progettazione esecutiva del nuovo ponte di Genova. A pochi giorni dall’incarico è stata costituita una task force interna all’Azienda, che ha coinvolto Progettisti con diverse specializzazioni per affrontare tutte le tematiche progettuali dell’opera, dalla geologia alla geotecnica, alle strutture (metalliche e in calcestruzzo armato), all’idraulica, agli impianti, al tracciato.

La ricostruzione del viadotto sul torrente Polcevera ha riguardato tutti gli aspetti che caratterizzano un’opera nuova di grande impegno ma, soprattutto, è stata soggetta a vincoli temporali, operativi e anche comunicativi, non comuni nella costruzione di un viadotto pur di grandi dimensioni.

L’ingegnerizzazione dell’idea di Renzo Piano ha suggerito, anch’essa, alcune cautele non comuni nel mondo infrastrutturale e derivanti dalla richiesta di attenzione specifica agli aspetti architettonici di dettaglio, assieme ad una dotazione impiantistica completa e ben organizzata.

Italferr
1. La planimetria con fondazioni originarie

La buona riuscita complessiva dell’intervento, nei tempi realmente contenuti, è stata possibile grazie a una effettiva collaborazione dei soggetti coinvolti, che hanno adottato le migliori metodiche possibili di progettazione ed esecuzione indirizzate, in ogni fase, a massimizzare comunque la qualità dell’opera.

I vincoli con i quali ci si è confrontati sin dall’inizio sono stati principalmente il tracciato e il contesto fortemente urbanizzato e antropizzato. Il tracciato ha sostanzialmente ricalcato quello del vecchio ponte Morandi, a meno di uno spostamento di pochi metri verso Sud nel tratto in curva lato Ponente (Figura 1) che ha consentito di minimizzare le interferenze con la notevole quantità di sottoservizi presenti, ottimizzando pertanto i tempi di realizzazione.

Questa piccola traslazione ha permesso anche di allontanare l’opera dallo storico impianto della Ansaldo, risalente all’esordio del secolo scorso e vincolato come bene ambientale.

Per ciò che riguarda la scansione delle pile e la tipologia strutturale da adottare, Italferr ha sostanzialmente mantenuto l’idea progettuale dell’Arch. Piano. Le modifiche principali della scansione delle luci, pur nel rispetto della concezione architettonica e con la piena condivisione del suo creatore, sono state l’inserimento di una terza campata da 100 m in destra orografica ed eliminazione delle saette (Figura 2).

La campata in più da 100 m ha reso il viadotto maggiormente simmetrico rispetto al torrente Polcevera, mentre l’eliminazione delle saette diagonali è stata conseguente alla elaborazione di un sistema di vincolo evoluto del quale si parlerà in seguito.

Nei successivi articoli si approfondiranno tutti gli aspetti connessi con la progettazione delle opere civili che hanno informato la realizzazione dell’opera con scelte spesso innovative ma sempre mirate a contenere il tempo di realizzazione della stessa, conclusa in soli due anni dal tragico crollo del 14 Agosto 2018, comprensivi del tempo di rimozione del preesistente impalcato di Riccardo Morandi, attività anch’essa complessa.

Renzo Piano
2. Il plastico originario dell’Arch. Renzo Piano

Il modello geologico del viadotto Genova San Giorgio

Trattiamo qui l’attività di studio geologico-geomorfologico e sismico della bassa Val Polcevera, interessata dal progetto del viadotto autostradale della A10 “Genova-Ventimiglia”, nell’area occidentale di Genova, tra i quartieri di Cornigliano e Sampierdarena.

Il viadotto Genova San Giorgio è ubicato nella porzione occidentale del Capoluogo ligure, nella bassa Val Polcevera. Essa si presenta allungata in direzione Nord-Sud e ha una larghezza di circa 900 m; la superficie topografica del fondovalle è sub-orizzontale, leggermente immergente verso Sud, mentre i versanti presentano un’acclività medio-alta.

Le attività svolte per la definizione del modello geologico di riferimento (MGR) sono state:

  1. acquisizione dei dati bibliografici disponibili;
  2. studi fotointerpretativi condotti su ortofoto e DEM;
  3. rilievo geologico e geomorfologico;
  4. interpretazione delle indagini in situ.

Successivamente, è stato ricostruito il modello 3D del tetto del substrato e del sistema opera-terreno di fondazione.

L’inquadramento geologico

L’area si inserisce in un settore geologico-strutturale estremamente complesso, caratterizzato dal contatto tra la catena alpina e quella appenninica; le rocce che costituiscono il substrato sono riconducibili a unità tettoniche derivanti sia dall’orogenesi alpina sia da quella successiva appenninica.

Le Alpi liguri riflettono l’evoluzione geodinamica che iniziò con le fasi di rifting e di spreading triassico-giurassiche (200 Ma) e che determinarono la genesi del bacino oceanico ligure-piemontese (Tetide ligure) tra i margini continentali assottigliati delle placche europea e africana.

Genova
3. Lo schema tettonico dell’area genovese [4]
A partire dal Cretaceo (150 Ma), l’inversione dei movimenti relativi determinò la progressiva convergenza dei margini e la subduzione di litosfera oceanica, fino alla completa chiusura dell’oceano ligure-piemontese; successivamente, i movimenti di collisione continentale determinarono la parziale esumazione di alcune unità subdotte.

Le Alpi liguri risultano quindi costituite dalla sovrapposizione di unità di crosta oceanica e di mantello rappresentate dalle unità tettono-metamorfiche Figogna, Palmaro-Caffarella, Cravasco-Voltaggio e Voltri (Figura 3), riequilibrate a differenti profondità, per gradienti termici da bassi a molto bassi. In seguito ai processi geodinamici, queste unità sono state esumate e accavallate le une sulle altre e sull’avampaese europeo, rappresentato dall’unità di Arenzano.

Le unità costituite da flysch, cioè le unità tettoniche Antola, Ronco, Montanesi e Mignanego, sono non metamorfiche o di basso grado metamorfico in quanto, durante l’orogenesi alpina, sono rimaste sempre a livelli strutturali piuttosto superficiali.

Esse rappresentano potenti accumuli sedimentari che si depositarono sugli antichi fondali oceanici della tetide ligure (90 Ma) e che, a loro volta, sono state successivamente accavallate sulle unità di grado metamorfico più elevato.

Questo complesso impilamento di unità tettoniche risulta ricoperto, in discordanza, dai depositi del Bacino Terziario Piemontese, una successione sedimentaria tardo eocenica-oligocenica (25 Ma) che deriva dall’ingressione marina di un antico mare poco profondo.

Le indagini geognostiche

Le indagini geognostiche sono costituite da sondaggi, prove in foro e indagini geofisiche realizzate da Italferr nel 2019 a supporto del progetto esecutivo del viadotto (Figura 4); nel dettaglio si tratta di:

  • 20 sondaggi stratigrafici attrezzati con piezometri, inclinometri e tubazione in PVC per l’esecuzione di prove downhole in foro;
  • quattro sondaggi ambientali attrezzati con piezometro Norton;
  • cinque stendimenti tomografici elettrici;
  • sette stendimenti sismici a rifrazione;
  • 61 prove sismiche in tecnica passiva tipo HVSR;
  • 17 prove sismiche tipo MASW/ReMi.
Ponte
4. I sondaggi Italferr 2019

Sono inoltre stati utilizzati i sondaggi dell’Archivio SPEA relativi ai diversi progetti della Gronda di Genova, dell’archivio Italferr relativi al progetto esecutivo del potenziamento infrastrutturale Voltri-Brignole e del database geognostico della Regione Liguria.

I caratteri geologici locali

L’assetto geologico genovese, procedendo da Est verso Ovest, prevede le unità tettoniche (UT) e le unità tettono-metamorfiche (UTM) descritte in seguito, a loro volta articolate in formazioni geologiche, in accordo alla nomenclatura della Carta Geologica d’Italia e alla Bibliografia [1, 2, 5 e 6].

Le unità costituite da Flysch

Si tratta di torbiditi riferite al Dominio Ligure. Il grado metamorfico è basso o bassissimo. Sono state distinte le UT Antola, Ronco, Montanesi e Mignanego. Di queste, l’unità Antola non è presente nell’area di studio:

  • UT Ronco: affiora nella dorsale che da Sampierdarena sale verso Fregoso; è compresa fra l’UT Montanesi e l’UT Antola e comprende la sola formazione di Ronco. È delimitata da contatti tettonici a tetto e a letto e costituirebbe il nucleo di una grande piega isoclinale [3]:
    • formazione di Ronco (ROC): alternanze di areniti fini, siltiti marnose e argilliti; sono caratterizzate da metamorfismo di anchizona (Santoniano Sup. – Campaniano Inf.);
  • UT Montanesi: affiora nel versante in sinistra idraulica del Polcevera. Il limite superiore con l’UT Ronco non è mai osservabile; il limite inferiore con l’UT Mignanego, anch’esso tettonico, è coperto dalle alluvioni. Comprende la sola formazione delle Argilliti di Montanesi:
    • argilliti di Montanesi (MTE): argilliti siltose nere, solo raramente policrome, con intercalazioni di arenarie siltose fini laminate, grigie; sono caratterizzate da metamorfismo di anchizona (Cenomaniano-Turoniano);
viadotto
5. Le indagini Italferr 2019 (Sx e Px: spalle e pile del viadotto)
  • UT Mignanego: affiora in lembi discontinui in destra idrografica del Polcevera. Il limite superiore con l’UT Montanesi è coperto dalle alluvioni; il limite inferiore, con l’UTM Figogna, è di tipo tettonico. Comprende la sola formazione delle Argilliti di Mignanego:
    • argilliti di Mignanego (MIG): siltiti arenacee medio-fini, talora con intercalazioni di argilloscisti neri, e torbiditi marnose a base calcareo-arenacea (Figura 6 sotto); sono caratterizzate da metamorfismo di anchizona (Turoniano-Santoniano).
Le unità di crosta oceanica e di mantello

Vengono distinte in UTM Figogna, Cravasco-Voltaggio, Palmaro-Caffarella e Voltri. Sono costituite da successioni ofiolitiche, comprendenti porzioni del basamento gabbro-peridotitico e le relative coperture vulcano-sedimentarie, che risultano polideformate e polimetamorfiche, per gradienti termici da bassi a molto bassi. Sono riferite al dominio oceanico ligure-piemontese.

La sola unità Figogna è presente nell’area di studio:

  • UTM Figogna: affiora in una fascia in direzione Nord-Sud che va da Cornigliano sino al monte Figogna. È costituita da un basamento metaofiolitico e relativa copertura metasedimentaria.

Al tetto è presente la formazione degli Argilloscisti di Murta, l’unica affiorante nell’area di studio:

  • argilloscisti di Murta (AGF): argilloscisti filladici neri, a patina sericitica, con intercalazioni di metasiltiti, calcari e metareniti fini di colore grigio chiaro, con laminazioni piano-parallele localmente convolute (Cretaceo Inf.).
Argilliti
6. Argilliti di Mignanego (sondaggio IFPM3)
I depositi quaternari

Ricoprono in discordanza il substrato e sono stati distinti in:

  • depositi d’alveo attuale (a): ghiaie poligeniche ed eterometriche in matrice sabbioso-limosa (Attuale);
  • depositi alluvionali e marini (b): ghiaie poligeniche ed eterometriche, in matrice sabbioso-limosa, di origine alluvionale. Si intercalano, verso il basso, argille limose grigie, a bassa plasticità, con rari frammenti conchigliari, di origine fluviale, marina e/o di transizione (Olocene);
  • coltri eluvio-colluviali (b2): depositi di versante e di alterazione del substrato, costituite da clasti di dimensioni eterometriche in matrice sabbioso-limosa (Olocene);
  • riporti e discariche (r): depositi eterogenei ed eterometrici, costituiti da ghiaie e sabbie in matrice limoso-argillosa, con presenza di laterizi e residui di demolizioni (Attuale).

La geomorfologia

La Val Polcevera è dominata dalle successioni di argilloscisti, argilliti e unità flyschoidi, che determinano morfologie morbide sebbene caratterizzate da versanti ripidi. Il reticolo idrografico è costituito da numerosi affluenti laterali, in gran parte tombinati.

Il fondovalle è sostanzialmente pianeggiante, sebbene quasi interamente antropizzato, e modificato nei suoi lineamenti originari; l’alveo del fiume è interamente contenuto entro le scarpate morfologiche, completamente rettificate e per ampi tratti anche il fondo del torrente è rivestito.

L’area è caratterizzata da un numero limitato di fenomeni franosi, che interessano essenzialmente la coltre eluvio-colluviale e hanno tipologia prevalentemente traslazionale e di colata.

  • Polcevera
    7 ita
    7. La carta geologica (Sx e Px: spalle e pile del viadotto)
  • spalla
    8 ita
    8. Una foto della costruzione del viadotto Polcevera, spalla Est (anni Sessanta)
  • 9 ita
    9. Il profilo geologico-tecnico in asse al viadotto (Sx e Px: spalle e pile del viadotto)

I fenomeni osservati sono perlopiù quiescenti, impostatisi prima dell’abbassamento del livello di base attuale; si tratta in genere di fenomeni assestati, la cui riattivazione è prevalentemente legata a sbancamenti di origine antropica e/o a periodi piovosi di significativa intensità.

Soprattutto in sinistra idraulica si segnalano riporti significativi, risultato dei successivi interventi che hanno obliterato la morfologia originaria: tra questi, i cantieri per la realizzazione dell’Autostrada A7 e, successivamente, del viadotto Polcevera della A10.

Il modello geologico di riferimento

La spalla SA e la pila P1 del viadotto si inseriscono nella porzione medio-inferiore di un versante ad elevata acclività, modellato sui litotipi argillitico-scistosi della formazione degli Argilloscisti di Murta, intensamente tettonizzati, con stratificazione disturbata da fitte sequenze di pieghe strizzate a piccolo raggio.

Sul versante Ovest, antropizzato e ad aspetto terrazzato, sono presenti coperture detritiche di alterazione del substrato e/o terreni di riporto. Il monitoraggio inclinometrico (IFPM15) non ha individuato deformazioni significative.

Dalla pila P2 alla P16 l’opera insiste sul fondovalle del Polcevera, dove è presente un potente materasso alluvionale, con spessori compresi tra 28 e 44 m, principalmente costituito da ghiaie poligeniche ed eterometriche. Al tetto delle alluvioni è presente una copertura pressoché continua di terreni di riporto, di spessore compreso tra 2 e 4 m.

Ai depositi alluvionali grossolani si intercalano, verso il basso, depositi fini di origine fluviale, marina e/o di transizione, in spessori di potenza metrica. Si tratta per lo più di argille limose grigie, di bassa plasticità, normalconsolidate, con rari frammenti conchigliari. L’orizzonte si presenta continuo tra le pile P2 e P9, mentre è più discontinuo nella porzione Est della valle.

Inoltre, si segnala un potente orizzonte superficiale di materiali eluvio-colluviali in prossimità del fianco Ovest della valle, tra le pile P2 e P5, riconducibile all’azione di scarico ed accumulo del materiale trasportato dagli affluenti in destra idraulica al Polcevera.

Alla base dei depositi alluvionali è presente un substrato roccioso argillitico costituito dalle Argilliti di Mignanego, in contatto tettonico sugli Argilloscisti di Murta, e dalle Argilliti di Montanesi, anch’esse in contatto tettonico sul Mignanego. Esse presentano caratteristiche litologiche e strutturali simili, con porzioni di ammasso cataclasate e/o intensamente disturbate e fratturate.

  • catena alpina
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    10. La mappa del tetto del substrato in m da piano campagna
  • unità tettoniche
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    11. Vista da Sud del 3D del tetto del substrato e della superficie topografica semplificata

Al tetto del substrato è in genere presente una porzione alterata, con spessori di 3 e 4 m. Le pile P17 e P18 e la spalla SB insistono su un versante piuttosto acclive, modellato sul substrato flyschoide costituito da alternanze di areniti fini, siltiti marnose e argilliti della formazione di Ronco. Questa porzione di versante è stata oggetto di significative modificazioni antropiche della morfologia originaria.

In generale, la circolazione idrica sotterranea avviene nell’unità alluvionale più permeabile, dove si rinviene un’importante falda freatica, caratterizzata da una superficie piezometrica piuttosto superficiale che segue l’andamento morfologico del fondovalle.

L’alimentazione deriva sia dall’infiltrazione diretta sia dall’alimentazione di subalveo del Polcevera mentre, in misura minore, può essere legata a travasi delle strutture idrogeologiche presenti sul versante vallivo in sinistra idraulica.

In Figura 9 sopra è rappresentato il profilo geologico-tecnico in asse al viadotto, dove i depositi alluvionali di fondovalle sono stati suddivisi sulla base delle loro caratteristiche granulometriche.

Il modello 3D del substrato

Le misure sismiche, oltre ai sondaggi e al rilievo geologico di superficie, sono state utilizzate per ricostruire l’andamento del tetto del substrato roccioso. La profondità del substrato è stata ricostruita a partire dalle frequenze di risonanza ricavate dalle prove HVSR.

In particolare, dopo aver ottenuto una stima dei valori medi di VS delle coperture nei punti in cui erano note dai sondaggi, tali valori sono stati applicati anche ai punti di indagine per i quali non erano disponibili dati di profondità da sondaggio, ottenendo così una stima della profondità del tetto del substrato.

L’interpolazione dei dati così ottenuti è stata realizzata con il metodo di Kriging, per definire:

  • una superficie semplificata del piano campagna;
  • una superficie del tetto del substrato;
  • una superficie, ottenuta per differenza tra le precedenti, che rappresenta la profondità del tetto del substrato da piano campagna (Figura 10 sopra).

Il modello 3D interattivo

Al fine di fornire un modello 3D interattivo, sono state inserite le superfici relative al tetto del substrato ed al piano campagna all’interno dello strumento di Bim Authoring strutturale.

Inoltre, è stato importato il modello digitale del terreno (DTM) e sono state importate le sezioni geologiche in asse e trasversali al viadotto.

La Modellazione è stata realizzata attraverso il software Tekla Structures in associazione con il software di visual Programming Grasshopper e sono state esportate le viste (Figura 12).

Ponente
12. Vista assonometrica del modello 3D interattivo (vista dalla spalla ponente)

Bibliografia

[1]. G. Capponi, L. Crispini (con la collaborazione di M.C. Bonci, D. Bruzzo, L. Cortesogno, S. Del Tredici, M. Firpo, L. Gaggero, M. Garofano, S. Giammarino, M. Lano, G. Pacciani, M. Piazza, N. Perilli, M. Piccazzo, A. Ramella, G. Vannucci, E. Vigo) – Foglio 213-230 “Genova” della Carta Geologica d’Italia alla scala 1: 50.000, Apat-Regione Liguria, Selca, Firenze, 2008a.

[2]. G. Capponi, L. Crispini (con la collaborazione di M.C. Bonci, R. Cabella, C. Cavallo, L. Cortesogno, B. Fabbri, L. Federico, M. Firpo, L. Gaggero, S. Nosengo, G. Ottonello, M. Piazza, N. Perilli, M. Piccazzo, A. Ramella, C. Spagnolo, G. Vannucci, M. Vetuschi Zuccolini) – Note Illustrative del Foglio 213-230 “Genova” della Carta Geologica d’Italia alla scala 1: 50.000, Apat-Regione Liguria, Selca, Firenze, 2008b.

[3]. A. Ellero – “Assetto strutturale delle unità Liguri Interne della Valpolcevera e dell’Alta Valle Scrivia (Appennino settentrionale)”, Boll. Soc. Geol. It., 119: 321-338, Roma, 2000.

[4]. F. Faccini, S. Pedemonte, L. Perasso, A. Sacchini – “Caratterizzazione geologico-ambientale preliminare delle gallerie antiaeree ad uso civile di Genova (Italia)”, Geologia dell’Ambiente, 4/2011.

[5]. M. Marini – “Carta geologica della Val Polcevera e zone limitrofe (Appennino Settentrionale) alla scala 1:25.000”, Note illustrative, Atti Tic. Sc. Terra, 40: 33-64, Pavia, 1998.

[6]. E. Poggi – “Rocce della Liguria”, Il Piviere, Gavi (AL), 2011.

Ringraziamenti

Si ringraziano, per la collaborazione allo sviluppo del progetto, il Prof. Giuseppe Matildi e l’Ing. Carlo Vittorio Matildi dello Studio Matildi+Partners nonché il Prof. Gianfranco Marchi e l’Ing. Giancarlo Guadagnini della Società Enser Srl.

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