La Val Passiria si incastona tra il gruppo di Tessa, le Alpi Breonie e le Alpi Sarentine. Il superamento di questi massicci attraverso i valichi alpini del Rombo e del Monte Giovo è difficoltoso e solo stagionale. L’unico effettivo collegamento viario è la strada provinciale da Merano e dalla val d’Adige, assai problematico: a ridosso del capoluogo la valle si restringe e l’ingente traffico si concentra su una viabilità urbana inadatta per il livello di servizio necessario. L’attuale tracciato a Nord-Ovest con allacciamento alla superstrada Merano-Bolzano (MeBo) fu deciso nel 2003. Il primo lotto della circonvallazione, circa 800 m di galleria artificiale dalla MeBo alla stazione di Merano, è stato ultimato nel 2013.
La realizzazione del secondo lotto, comprendente la galleria Küchelberg e alcuni tratti stradali e opere d’arte all’aperto, che con un importo contrattuale di circa 125 milioni di Euro costituisce l’opera più importante commissionata dalla Provincia Autonoma di Bolzano nell’ultimo decennio, si è avviata nel settembre del 2020.
In circa 2 km, la galleria attraversa due condizioni geologiche molto differenti: lato Val Passiria supera lo sperone roccioso che sovrasta la città di Merano (Monte Benedetto), mentre lato Merano sottopassa in terreni alluvionali la parte Nord della città (Figura 1).
L’eterogeneità geologica, unita alla lunghezza relativamente contenuta del tracciato, ha portato alla scelta di scavo con metodi convenzionali. A oggi, dallo svincolo Stazione sono stati scavati 550 m in materiale sciolto (dei quali i primi 150 m in galleria artificiale, contenente l’asse principale a due corsie e due rampe di ingresso-uscita, realizzata con metodo Top-Down).
Dall’opposto imbocco San Zeno in Val Passiria, superati i circa 1.000 m in roccia, si sta penetrando nelle alluvioni di Merano (Figura 2). Rimangono circa 550 m di scavo in materiale sciolto che si prevede di completare nell’autunno del 2024.
Peculiarità del progetto è la rotatoria in caverna di Monte Benedetto, che consentirà il collegamento con l’omonimo parcheggio sotterraneo in roccia, anch’esso in corso di costruzione, frutto di un partenariato pubblicoprivato con il Comune di Merano.
Lo scavo in roccia
La tratta in roccia attraversa il lineamento Periadriatico, in questa zona denominato linea Merano-Mules, che costituisce il contatto tra le unità Sudalpine ascrivibili al Dominio Africano, e Austroalpine sovrascorse sul continente Europeo nel corso dell’orogenesi alpina (Figura 3).
Questo lineamento, recentemente attraversato anche con la galleria di Base del Brennero in condizioni di roccia spingente per la debolezza delle cataclasiti sottoposte a elevate coperture, nella galleria Küchelberg non ha determinato particolari criticità.
Si è quindi proceduto con esplosivo e chiodature, seppure con limitazioni alle profondità di sfondo imposte dai limiti vibrometrici (tutta la tratta in roccia è costellata di fabbricati di pregio in prevalenza di muratura). Nonostante queste limitazioni, l’avanzamento in roccia si è attestato sui 25 m/sett., superando le attese di progetto.
Nella tratta terminale in roccia, è in corso lo scavo con mezzi meccanici della rotatoria sotterranea: attorno a un pilastro centrale in roccia del diametro di 8 m, si realizza un anello con carreggiata a tre corsie di marcia (Figure 4A e 4B); il progetto ha previsto la realizzazione di due cunicoli longitudinali, per dare la precedenza all’avanzamento della galleria principale, dai quali procedere al completamento e alla cerchiatura del pilastro centrale prima di completare lo scavo (Figura 5).
Lo scavo in terreni sciolti
Il tracciato della galleria nel tratto di terreno in sciolto si sviluppa
dall’imbocco Est verso Ovest sotto la Via Goethe, una
delle strade principali di Merano, con copertura variabile
dai 6 agli 8 m circa. Gli edifici limitrofi, il traffico veicolare, la
presenza di sottoservizi, in particolare una fognatura in gres
ceramico d = 400 mm con piano di scorrimento
a circa ─4 m dal piano stradale,
e una stratigrafia e un grado di addensamento
del terreno molto variabili, anche a
brevi distanze, richiedono una alta soglia
di attenzione durante tutte le fasi dell’avanzamento.
Lato Ovest, inoltre, la galleria
deve ospitare quattro corsie (due di marcia
e due rampe di ingresso e uscita). Lato
Est, la situazione è ancor più complicata,
in quanto la galleria sottopassa in successione
quattro corpi di fabbrica scolastici
con ridottissime distanze dalle fondazioni
(minimo 3 m, massimo 4 m circa).
Per lo scavo della galleria corrente e la piazzola di sosta, per
garantire la stabilità e ridurre le deformazioni del terreno, sono
stati adottati interventi in avanzamento costituiti da infilaggi e
colonne jet-grouting disposte a ombrello sul perimetro e colonne
jet-grouting sul fronte, normalmente con campi di scavo
da 12 m di lunghezza (Figura 6A). In prossimità e sotto gli
edifici, per ridurre le deformazioni, sono state adottate sezioni
con interventi rinforzati (Figura 6B), modificando l’intensità dei
consolidamenti, con campi di scavo da 6 m, 9 m di lunghezza.
Per il tratto di galleria a quattro corsie, sono invece stati adottati
consolidamenti con iniezioni cementizie da tubi valvolati. Si sottolinea
che consolidamenti e scavi sono stati effettuati senza mai
interrompere il traffico in via Goethe (Figura 7) né la didattica
nelle scuole.
La galleria corrente
Gli infilaggi sono realizzati con la tecnica Simmetrix. Per le colonne
jet-grouting, la presenza di trovanti e blocchi di diversa
natura e dimensioni, nonché la precisione delle traiettorie dei
fori richieste, rendono necessaria la preventiva realizzazione di
prefori con martello ad acqua e rivestimento (Figura 8). Il successivo
riallineamento sul preforo è assicurato da una stazione
totale che traguarda con un raggio laser il prisma posizionato
sulla testa del braccio del posizionatore.
Con questa tecnica si riduce di circa la metà il tempo medio
di perforazione e formazione della colonna jet-grouting ed è
stato sensibilmente abbassato il numero degli incagli, molto
pericolosi specie in fase di trattamento se uniti alla perdita del
refluo, per il rischio dell’incremento della pressione a valle degli
ugelli con conseguenti ripercussioni in superficie e/o sulle
preesistenze.
Dai risultati ottenuti nel campo prova per realizzare colonne
jet-grouting monofluido dnominale ≥ 600 mm con resistenza
monoassiale UCS ≥ 4 MPa, con 400 bar di pressione occorre
una energia specifica Es ≥ 7 MJ/m, utilizzando miscele acquacemento
di rapporto a/c = 1,0÷1,1.
Al variare del grado di addensamento e alla comparsa di bancate
di sabbie addensate di potenza multi-decimetrica, l’energia
richiesta aumenta fino a valori di Es ≥ 20 MJ/m. Per risolvere
queste situazioni e procedere con lo scavo in sicurezza (Figura
9), si è dovuto ricorrere, fin dai primi campi, a una ottimizzazione
parametri e della geometria del consolidamento.
Dall’esame visivo durante
lo scavo, per il campo successivo,
tenendo conto dello spessore della copertura e di tutte le interferenze, vengono ridefiniti i principali valori dei parametri di iniezione, modificando
se necessario anche la disposizione
e/o il numero delle colonne e verificando
durante lo scavo il risultato
ottenuto. Così facendo, si
sono ottenuti buoni risultati:
le prove a compressione
sui campioni prelevati dai
carotaggi sul corpo delle colonne (Figura 10) hanno dato sempre
valori di UCS > 10 MPa, molto superiori al minimo richiesto.
Al momento, dall’imbocco lato Merano sono stati ultimati n° 34
campi per una lunghezza di 405 m; dal lato opposto, 20 campi
per una lunghezza di ml 180 e si sta ultimando il sottoattraversamento
dell’ultima scuola (liceo di Merano).
La galleria a quattro corsie
Lo scavo riguarda i primi 154 m di galleria in materiale sciolto a partire da Est, nel complicato contesto urbano descritto nell’Introduzione. È stato affrontato realizzando un tratto di pre-avanzamento di sezione a due corsie, con successivo allargamento della sezione a quatto corsie previo consolidamento con iniezioni cementizie da tubi valvolati in PVC, lungo l’intero perimetro della sezione (Figura 11).
Prima dell’esecuzione dei consolidamenti sono stati effettuati
campi prova per verificare il comportamento del terreno
e per definire i parametri di iniezione (pressioni massime e
volumi di miscela da iniettare in ogni singola valvola). I valori
di pressione e di volume ricavati in situ sperimentalmente consentono
anche di precisare un terzo parametro molto importante:
la portata massima dell’iniettore.
Dai risultati delle indagini e dalle prove di laboratorio è emerso
che i terreni si prestavano all’iniezione di miscele cementizie anche
se con difficoltà (Figura 12), a fronte di un diametro efficace
D10 di valore decisamente alto, di un grado di addensamento
estremamente variabile e di un valore di uniformità u = D60/D10
elevato (materiale estremamente ben gradato).
Per valutare attentamente il comportamento del terreno in tutte
le fasi di consolidamento, sono stati sperimentati quattro campi
prova distribuiti sul lato Nord e tre su quello Sud del tratto
di pre-avanzamento di 154 m (Figure 13A e 13B), con diametri
teorici del trattamento e maglie differenti, testando due
sospensioni di guaina e due di iniezione tra le diverse tipologie
di miscele precedentemente sperimentate in laboratorio
(Figure 14A e 14B).
I risultati delle prove sulle sospensioni
sono raccolti in Figura 15. Prima dell’inizio di ogni
campo prova è stata determinata sperimentalmente la Plim,
ovvero il valore massimo della pressione prima dell’innescarsi
dei fenomeni di idrofratturazione (claquage).
I risultati hanno portato ad adottare i parametri di iniezione
e gli assorbimenti riepilogati in Figura 16, rispettando i quali
l’attività è proceduta regolarmente.
Le Figure 17A, 17B e
17C raccolgono gli assorbimenti
dei sette campi prova.
Premesso che tutte le canne
valvolate al termine di ogni passata verranno sempre lavate si è
rilevato che, mentre in prima e seconda passata il numero delle
valvole non più utilizzabili è risultato estremamente contenuto
– variabile rispettivamente dal 0,17%÷2,78% e dal 0,60%÷8,69%
-, in terza passata il loro numero è aumentato fino al 31,14%,
per cui ci si è orientati sull’esecuzione di solo due passate di
iniezione, riservando la terza a situazioni particolari.
Trascorso il periodo di maturazione, tutti i campi prova sono
stati indagati con prove cross-hole tomografiche in perforazioni
debitamente attrezzate, per confrontare i risultati pre e post
trattamento. I risultati ottenuti, come esempio si riportano quelli
del campo prova n° 6 (Figure 20A, 20B e 20C), hanno sempre
mostrato un aumento considerevole, mediamente di circa il
doppio distribuito omogeneamente sull’ intero volume consolidato,
della velocità delle onde Vp e Vs, con un conseguente
importante miglioramento dei moduli dinamici, della densità
geofisica e del coefficiente di Poisson.
In tutti i campi prova sono stati eseguiti
carotaggi posizionati nella zona di compenetrazione
teorica del trattamento,
ottenendo un RQD pari al 40%÷50%
(Figure 21A e 21B). I risultati delle prove
di laboratorio hanno largamente
superato gli obiettivi minimi richiesti: i
valori delle compressioni uniassiali sono
risultate compresi tra 3,59 MPa e 7,53
MPa; quelli dei moduli di deformazione
longitudinale tangente e secante sono
risultati compresi tra un minimo di 1,80
GPa e un massimo di 12,85 GPa (Et) e
minimo 3,15 GPa e un massimo 16,38
GPa (Es), congruenti con i risultati forniti
dalle indagini sismiche.
Con le prove di taglio diretto, l’inviluppo
complessivo ottenuto ha fornito
valori della coesione e dell’angolo
di resistenza al taglio di picco pari a c
= 0,93 MPa e ø = 54,6°. Per una stima
indiretta della continuità del trattamento, nel corso dei carotaggi
sono inoltre state eseguite 21 prove di permeabilità Lefranc
ottenendo per tutte un aumento del valore di k di tre ordini
di grandezza rispetto al valore pretrattamento. Attualmente le
iniezioni sono in corso (Figure 18 e 19). I parametri dell’iniezione
da ogni valvola vengono monitorati e registrati in continuo per
valutare i risultati ed eventualmente intervenire nelle zone in
cui le verifiche e i controlli evidenzino anomalie prima dell’inizio
dello scavo di allargo.
I monitoraggi
In fase di progettazione costruttiva sono state condotte analisi
con modelli basati su diversi valori di volume perso per la valutazione
dei cedimenti in superficie e al di sotto degli edifici.
Ciò ha consentito la definizione di valori di soglia di attenzione
e allarme per subsidenze e distorsioni, con l’obiettivo di limitare
il livello di danno agli edifici (classe 2 secondo la classificazione
di Rankine: livello di danno leggero).
La correttezza di queste ipotesi è stata verificata mediante un
piano di monitoraggi in continuo basato principalmente sul
controllo della subsidenza, utilizzando stazioni totali in grado
di rilevare con cadenza oraria gli spostamenti di punti topografici,
disposti su una rete di sezioni trasversali e longitudinali
con maglia dell’ordine di 10×5 m (Figura 22). I rilievi delineano
un bacino di subsidenza con cedimenti massimi in campo libero
di circa 30 mm, valori in linea con le previsioni progettuali
(Figura 23).
Nei tratti di sottopasso degli edifici del plesso scolastico di via Galilei, per garantire l’esecuzione in sicurezza degli scavi senza interruzione della didattica, da un lato è stato dedicato un preposto atto a verificare eventuali anomalie in superficie e darne comunicazione in sotterraneo in tempo reale, dall’altro sono state disposte ulteriori strumentazioni di controllo costituite da catene livellometriche con elettrolivelle posizionate trasversalmente all’asse tracciato, tiltmetri a parete, vibrometri triassiali, piezometri e fessurimetri (Figura 24).
Tutte le risultanze strumentali vengono condivise in tempo reale su una piattaforma web-GIS GDTMS predisposta dalla Società GDTest Srl di Torino. I cedimenti massimi sono risultati pari alle attese (Figure 25, 26 e 27), la didattica non è stata mai sospesa e le fessurazioni indotte dai cedimenti sono state risolte con rapidi interventi di stuccatura e pitturazione.
Ringraziamenti
Gli autori porgono un sentito ringraziamento all’Ing. Enrico Maria Pizzarotti per i suggerimenti tecnici e l’attivo contributo nella revisione del testo.
Dati tecnici
- Opera: Secondo lotto della Circonvallazione Nord-Ovest di Merano
- Stazione Appaltante: Provincia Autonoma di Bolzano
- RUP: Ing. Johannes Strimmer
- Direzione dei Lavori e Progettazione Generale: Bergmeister Srl, EUT Engineering Srl, Valdemarin Srl, Plan Team Srl, Kauer Seehauser Srl, Pfeifer Partners Srl, Ingenieurgemeinschaft Ing. Aribo Gretzer & Partner GMK, Sint Ingegneria Srl, Ing. Manfred Ebner e Ferro Studio Ingegneria Srl
- Direttore dei Lavori Generale: Ing. Hansjörg Jocher di Bergmeister Srl
- Progettazione Esecutiva di dettaglio: Ing. Enrico Maria Pizzarotti di Pro Iter Group
- Esecutori dei Lavori: Carron Bau Srl, PAC SpA e Mair Josef & Co Sas di Mair Klaus
- Project Manager: Ing. Emilio Bianchi di PAC SpA
- Direzione di Cantiere: Ing. Massimo Dalsasso di Carron Bau Srl
- Responsabile Consolidamenti: Ing. Maurizio Re di PAC SpA
- Geologia e Monitoraggi: Dott. Giobbe Barovero di PAC SpA
- Subappaltatori: Trevi SpA (opere di consolidamento) e GdTest Srl (monitoraggio)
- Importo dei lavori: 125.000.000 di Euro
- Durata dei lavori: Sei anni
- Data di consegna: 12 Ottobre 2020
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