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Le gallerie

Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Terminologia


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Il tracciamento

• L’andamento dell’asse della galleria è fissato da un conveniente numero di punti rilevati topograficamente: in ogni imbocco esso è fissato da non meno di tre capisaldi • Il tracciamento diretto dell’asse è possibile solo quando i due imbocchi siano entrambi visibili dalla parte superiore del rilievo montuoso attraversato • Nel caso in cui lo sviluppo sia di una certa entità, si procederà per triangolazioni, in cui, una certa base AB scelta in zona pianeggiante e misurata con molta esattezza, si collegherà ai due imbocchi per successive triangolazioni • Conoscendo, cioè, gli elementi successivi dei triangoli che si appoggiano sulla base stabilita, si possono determinare le coordinate dei due imbocchi rispetto ad uno stesso sistema di assi cartesiani • L’andamento planimetrico ed altimetrico si controlla continuamente cambiando metodi, strumenti ed operatori Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Segue…

• Lo scavo inizia contemporaneamente sui due imbocchi, quindi, occorrerà impiantare due cantieri nella fase iniziale • Si possono anche ubicare finestre o pozzi, cioè gallerie sussidiarie ad asse trasversale che servono per facilitare la mobilitazione del materiale, la predisposizione del sistema di aerazione ed il trasporto dei materiali • Il cantiere deve consentire le operazioni di scavo, armamento e rivestimento e l’insieme di queste tre operazioni prende il nome di sistema di attacco • La scelta di tale sistema dipende dalle seguenti variabili: – Sezione da adottare, numero di attacchi, velocità di avanzamento


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Problematiche geologiche • Analisi delle foto aeree per definire i rapporti stratigrafici e tettonici. • Individuazione delle possibili direttrici favorevoli. • Rilevamento geologico lungo le principali direttrici. • Rilievi geomeccanici di dettaglio con valutazione dello stato di fratturazione degli ammassi rocciosi e loro qualità. • Studio di eventuali dissesti. • Studio idrogeologico. • Studio sismico e climatico. • Aree critiche dove sono necessarie ulteriori indagini. • Scelta del tracciato, lungo il quale si costruisce un profilo geologico-tecnico di previsione e contenente informazioni sulle principali problematiche realizzative (instabilità delle pareti, acqua, gas, alte temperature ecc.). Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Natura litologica • Nel caso di terreni coesivi o di rocce rigonfianti o spingenti o rocce sottoposte a elevati carichi litostatici, si possono avere fenomeni di convergenza del cavo. • In corrispondenza del fronte di scavo si possono avere deformazioni di tipo duttile con "estrusione" del fronte stesso, cioè con fuoriuscita di materiale dal fronte di scavo a causa della scarsa rigidezza del nucleo di avanzamento in relazione ai carichi agenti. • Rocce massive (ad esempio rocce magmatiche), poco fratturate rappresentano una condizione favorevole allo scavo. • Negli ammassi stratificati e/o fratturati la stabilità del cavo dipende da: spessore degli strati, loro orientazione rispetto all'asse della galleria e caratteristiche strutturali della roccia. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Le stratificazioni • Per quanto riguarda la stratificazione orizzontale, se lo spessore è elevato, il comportamento è analogo a quello di ammassi non stratificati; se lo spessore è ridotto saranno frequenti episodi di instabilità in calotta per flessione e rottura di strati incapaci di autosostenersi e, quindi, destinati al crollo.


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• Nelle gallerie parallele alla direzione degli strati (galleria in direzione) sui paramenti si hanno spinte laterali dissimmetriche e costanti in senso longitudinale ed, in genere, problemi in caso di inclinazione degli strati superiore ai 45°. • Se la galleria è perpendicolare alla direzione degli strati (galleria traversobanco) si avranno al contorno della galleria carichi simmetrici, mentre in senso longitudinale si avrà una variazione di resistenza in funzione della natura e dello spessore degli strati di volta in volta intercettati.


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• Nel caso di strati subverticali si hanno condizioni favorevoli se la galleria è perpendicolare alla direzione degli strati (effetto trave). Con il diminuire dell'angolo formato dalla direzione della galleria con la stratificazione le condizioni diverranno sempre più sfavorevoli, con strati la cui portanza è affidata unicamente alla resistenza al taglio presente lungo i giunti.


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L’assetto tettonico

• Nel seguito si forniscono alcune definizioni, spesso riscontrabili nella letteratura di settore. • Nelle pieghe più accentuate si distinguono due fianchi inclinati i quali racchiudono il nucleo; la linea estradossale nel punto di massima curvatura è chiamata cerniera. • Nelle pieghe si avranno generalmente sforzi di compressione in corrispondenza del nucleo e di trazione nella cerniera. Se le pieghe sono situate a grande profondità, gli sforzi tensionali in gioco sono elevati e si può avere la brusca e violenta proiezione all'interno del cavo di blocchi di roccia contigui alla cavità (colpo di montagna). • Sinclinali: pieghe concave verso l’alto. • Anticlinali: pieghe concave verso il basso. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Faglie: quando le rocce sono cataclasate le condizioni di autoportanza sono scarse o nulle. Il materiale può arrivare ad avere un comportamento assimilabile a quello di un materiale sciolto. Inoltre le faglie costituiscono vie preferenziali per le acque sotterranee e per i gas, pertanto in galleria è possibile il reperimento di venute d'acqua di ingente portata o di gas nocivi. • Sovrascorrimenti: problematiche analoghe a quelle delle faglie; in questo caso il basso angolo di inclinazione dell'elemento tettonico comporterà il reperimento di materiale scadente alla quota di scavo per tratte di particolare lunghezza. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Problematiche idrogeologiche • Presenza di materiale dotato di elevata permeabilità (terreni granulari, rocce permeabili per porosità o per fratturazione), di bruschi cambi di permeabilità, di dislocazioni tettoniche fortemente alimentate, di corpi soggetti a fenomeni carsici, di sinclinali, di alvei sepolti, di faglie, di sovrascorrimenti ecc.; • interazione fra quota della galleria e falda idrica. Se la galleria si trova al di sopra della falda, le problematiche sono molto ridotte. Solo in presenza di ammassi rocciosi carsificati si possono avere venute d'acqua di ingente portata anche al di sopra della superficie piezometrica. Se invece la galleria si snoda al di sotto della falda gli afflussi idrici possono diventare così rilevanti da rendere difficile l'avanzamento. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Ulteriori problematiche • Il reperimento di gas durante gli scavi può dare rischi per l'incolumità delle maestranze, soprattutto se il gas è in pressione. Dipende dalla natura litologica delle formazioni intercettate e dalla presenza di fratture. • È possibile intercettare acque in grado di aggredire chimicamente i calcestruzzi (pH minore di 6,5) e quindi, il disfacimento del rivestimento definitivo dell'opera. Il loro rinvenimento dipende dalla formazione litologica attraversata. • Problematiche connesse al rinvenimento di materiali rigonfianti che, una volta privati del loro naturale confinamento a seguito dell'apertura della cavità, tendono ad aumentare significativamente di volume. Ciò avviene a seguito di fenomeni di adsorbimento di acqua, anche sotto forma di umidità presente nell'aria. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Metodo di scavo Scavo meccanizzato con frese

Scavo convenzionale

Esplosivo

Escavatore Ripper

TSM

Macchine a scudo

TBM

Scudate

Sezione piena

Aperte

Sezione parziale


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CLASSIFICAZIONE DI RABCEWICZ Costituisce una sintesi delle esperienze maturate con il metodo NATM (se ne parlerà dopo)


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Opere di sostegno dello scavo per le classi di roccia


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Metodo NATM • Ha l’obiettivo di rendere la roccia o il terreno, incontrati durante lo scavo, collaboranti: parte del carico che graverebbe sulla gallerie è assorbito dalla massa circostante che viene così ad assumere una funzione di struttura portante. • La stabilizzazione della superficie di scavo avviene mediante la messa in opera di centine, bulloni e l’applicazione pneumatica di miscele di cemento e sabbia con acceleranti (shot-crete, gunite) proiettate ad alta velocità. • Il rivestimento che si viene a formare costituisce una parte integrale del processo di scavo e realizza il rivestimento primario (al posto dei tradizionali metodi di supporto temporaneo). Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Proprio per queste necessità di rapido intervento sui giunti della roccia, lo shot-crete vede indispensabile l’aggiunta di sostanze chimiche acceleranti la presa della miscela. • I vantaggi: è un metodo molto adattabile e flessibile purché non ci sia la presenza di forti flussi d’acqua verso l’interno del cavo; inoltre è da sottolineare che richiede un rivestimento di dimensioni ridotte. • Tra gli svantaggi si può annoverare che esige l’impiego di minatori qualificati e tecniche molto specializzate. Inoltre, è un metodo molto costoso. • Ruolo svolto dalla misurazione dello stato deformativo e tensionale all'intorno della galleria: lo scopo è quello di ottenere dall'esperienza nella costruzione dei primi tratti le informazioni relative al comportamento dell'ammasso roccioso e, quindi, di aggiornare in modo continuo il dimensionamento delle strutture di sostegno. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Metodo Adecors • Analisi delle DEformazioni COntrollate nelle Rocce e nei Suoli. Esso valuta il comportamento tenso-deformativo del materiale. • Prevede due differenti momenti. • La progettazione, suddivisa in tre fasi: – Fase conoscitiva mediante campagna geognostica. – Fase di diagnosi. Previsione dei fenomeni deformativi a seguito dello scavo utilizzando opportune procedure di calcolo considerando i seguenti tre comportamenti: • comportamento di tipo lapideo: fronte stabile; • comportamento di tipo coesivo: fronte stabile a breve termine; • comportamento di tipo sciolto: fronte instabile.

– Fase di terapia: vengono scelti i sistemi di stabilizzazione atti a contrastare i fenomeni deformativi individuati nella precedente fase di diagnosi. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Continua… • La costruzione ed anche questo momento consta di tre distinte fasi: – Fase operativa: operazioni di scavo della galleria (di norma a sezione piena) e applicazione degli strumenti di stabilizzazione. – Fase di verifica in corso d'opera: controllo dei fenomeni deformativi quale risposta dell'ammasso alle operazioni di scavo (convergenze superficiali e profonde). – Fase di messa a punto del progetto: eventuale taratura del progetto e adeguamento alla situazione reale.


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Scelta del sistema • In caso di scavo in roccia, dove sono tecnicamente applicabili i tre sistemi di avanzamento, con esplosivo, TSM (fresa puntuale) e TBM (fresa a piena sezione), la scelta dipende in generale dalla lunghezza della galleria • In relazione alle condizioni geologiche, petrografiche e geometriche, il campo ottimale d’impiego dei vari sistemi può variare notevolmente a causa di: – elevata durezza ed abrasività delle rocce (troppo dure per TSM) – geometria della sezione di scavo della galleria non circolare che rende impossibile l’impiego di TBM


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Sistemi di avanzamento


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Avanzamento con esplosivo • Viene impiegato soprattutto nel caso di rocce di resistenza medio-alta • In caso di elevata presenza di minerali abrasivi, l’avanzamento con esplosivo può risultare più idoneo ed economico rispetto all’impiego di macchinari di scavo tipo TSM o TBM • Il materiale di scavo risulta migliore per la produzione di inerti per calcestruzzo • L’avanzamento con esplosivo è caratterizzato da cicli di lavoro ripetitivi e discontinui, consistenti in perforazione, caricamento, intasamento, brillamento, aerazione, protezione e allontanamento del materiale di smarino • Sono particolarmente importanti la precisione dei fori e la carica, specialmente nella delimitazione della sezione di scavo Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• In base alle condizioni locali, quali le dimensioni della sezione e le caratteristiche della roccia, si determinano le lunghezze delle volate, il numero di fori, la quantità di carica di esplosivo e le sequenze di scoppio, anche mediante brillamenti di prova • I fori al contorno della sezione di scavo devono essere realizzati, per quanto possibile, parallelamente alla direzione dello scavo • In prossimità di edifici è necessario controllare le vibrazioni dovute alle esplosioni mediante un’apposita campagna di misure • I fori vengono realizzati con diametri variabili da 20 a 120 mm, in relazione al tipo di macchina perforatrice (manuale, pneumatica o meccanica) e di esplosivo impiegato • Gli esplosivi impiegati nella costruzione di gallerie sono costituiti generalmente da gelatina in cartucce con diametri variabili da 22 a 50 mm Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Il diametro della cartuccia più comunemente impiegato è di circa 38 mm • Perciò con le attuali macchine perforatrici, impiegate nella costruzione di gallerie vengono in genere eseguiti fori di brillamento di 45-52 mm di diametro • Le lunghezze dei fori variano, a seconda della sezione della galleria, tra 3 e 5 m circa • Il criterio principale per valutare la perforabilità di un ammasso roccioso è quello della durezza della roccia (resistenza a compressione e trazione), misurabile con diversi metodi • Nello scavo di ammassi rocciosi è considerata una fase d’urto, in cui la roccia viene staccata e frantumata ed una fase gassosa in cui la roccia viene scagliata a distanza • Perciò frequentemente si usa mescolare diversi tipi di esplosivo Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Dopo la realizzazione dei fori di brillamento sono necessarie le seguenti fasi operative: – spurgo dei fori mediante soffiatura e controllo – caricamento del foro con esplosivo (per lo più in cartucce) e detonante – applicazione del sistema di detonazione (installazione del circuito di accensione e collegamento del detonatore) – intasamento – controllo del circuito di accensione – accensione

• Rimozione: caricamento del materiale di scavo derivante dal brillamento sui mezzi di trasporto • Il tempo di smarino dipende in modo determinante dalle caratteristiche del materiale scavato, e precisamente: • • • •

pezzatura del materiale forma dimensioni massime grado di compattazione


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• Una volta sistemato l’esplosivo all’interno del foro e fatta brillare la carica, nella massa della roccia si possono distinguere tre zone: – a) zona di esplosione (frantumazione del materiale); – b) zona di rottura (il materiale è staccato dal resto dell’ammasso); – c) zona di scuotimento (si formano incrinature)


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Metodi tradizionali

• I sistemi adottati fin dalla fine del 1800 per la costruzione delle gallerie ferroviarie, si distinguevano in scavo parziale (sistema belga ed italiano) o scavo a sezione piena (sistema austriaco o inglese) • Il sistema belga permetteva facilità di esecuzione, buona distribuzione dei cantieri e discreta velocità di avanzamento ma necessitava di terreni poco spingenti • Il rivestimento si iniziava sempre dalla calotta, scavando il cunicolo in alto (1); quindi lo scavo si allargava allo strozzetto (2) ed ai larghi di calotta (3) • Eseguito lo scavo nelle zone 1, 2 e 3 e la relativa armatura per una certa lunghezza, si completava tutto l’arco della calotta e solo dopo si cominciava l’attacco della cosiddetta zona di strozzo (4) e dei larghi di strozzo (5). In ultimo si scavava l’arco rovescio Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Metodo belga

Su terreni molto spingenti, la muratura della calotta, per effetto delle spinte, tendeva ad abbassarsi, mentre le imposte si avvicinavano Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Metodo italiano • Nel caso di attraversamenti su terreni spingenti prevedeva la formazione del cunicolo di base (1), opportunamente armato • Quindi si completava lo scavo delle zone (2) puntellando e sbatacchiando opportunamente • Successivamente si scavava la zona (3) dell’arco rovescio e, quindi, si costruivano i piedritti e l’arco rovescio, togliendo man mano i lunghi puntelli e sostituendoli con altri più corti e poggianti sulla muratura già costruita • Eseguito un certo avanzamento in cunetta si incominciava ad attaccare la calotta, scavando prima un cunicolo (4) che si allargava successivamente (5) • Con gli scavi (6) si scoprono le murature dei piedritti e si prolungano per impostarvi sopra la calotta. In ultimo si scavava il nucleo centrale (7) ed infine si eseguiva la costruzione della calotta Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Segue…

• Il metodo italiano consisteva quindi nell’avere cantieri molto ristretti e nell’iniziare le operazioni di rivestimento dal basso in modo da evitare la chiusura della galleria per effetto delle spinte sulle imposte della calotta prima ancora che potessero essere completate le murature dei piedritti


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Metodo austriaco • Il sistema austriaco, come quello inglese, si riconduceva ai sistemi di attacco a tutta sezione • Il lavoro di scavo procedeva a zone, iniziando dal cunicolo in basso (1) e poi per mezzo dei fornelli (2) si attaccava in più punti il cunicolo superiore (3) • In tal modo si moltiplicavano gli attacchi con notevole vantaggio di tempo • Lo scavo di tutta la sezione evitava l’inconveniente di dovere sostenere la muratura della volta per completare i piedritti


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Metodo austriaco – le fasi


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Metodo inglese

• Aveva la caratteristica che le tre operazioni di scavo, armamento e rivestimento non si svolgevano contemporaneamente in diversi cantieri, ma in uno stesso tronco dello scavo seguiva l’armamento e, quindi, il rivestimento • Si avanzava sempre con il cunicolo di direzione in basso per tratti di lunghezza di circa 5.00 m • I vantaggi erano legati all’economia nell’armatura; inoltre le murature potevano essere completate senza che su queste, prima della chiusura della calotta, potessero aversi spinte del terreno • Gli svantaggi erano legati al fatto di potere scavare in terreni non molto spingenti, in quanto altrimenti si sarebbero dovuti eseguire tratti lunghi non più di 2 metri con una perdita di tempo superiore agli altri sistemi Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Avanzamento meccanico

• Gli escavatori idraulici possono essere equipaggiati con benne profonde • Per lo scavo di banchi rocciosi stratificati possono essere impiegati anche martelli o scalpelli idraulici, applicabili al braccio dell’escavatore • Per lo scavo di rocce poco compatte possono essere impiegati – oltre a escavatori idraulici muniti di ripper – anche escavatori idraulici pesanti con martellone • La potenzialità di scavo di tali macchine non è tuttavia confrontabile con quella di una fresa puntuale (TSM) • Inoltre il materiale deve essere rimosso con una fase operativa separata • La potenzialità di scavo (per m³ di materiale compatto) nel caso di rocce di media resistenza (30 – 80 N/mm2) può variare da 200 a 1000 m3/h con una macchina di ca. 400 KW di potenza Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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TSM – fresa puntuale • È strutturata in modo da effettuare sia lo scavo meccanico della roccia sul fronte di avanzamento, sia la rimozione del materiale scavato, sollevandolo meccanicamente e quindi caricandolo, mediante trasportatori continui, sui mezzi di trasporto • La TSM, dato il suo notevole peso e le condizioni molto impegnative in cui opera, è montata su un carrello cingolato


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Campo di impiego della TSM • In caso di rocce con caratteristiche di resistenza medie (50 – 80 N/mm²) le macchine fresatrici puntuali possono essere impiegate con buoni rendimenti di scavo, soprattutto se le rocce sono caratterizzate da discontinuità dovute, per esempio, a strati e fessurazioni • Le condizioni di impiego ottimali sotto il profilo economico per una macchina TSM sono le seguenti: – lunghezza della galleria medio-corta (ca. < 3 km) in rocce tenere – galleria con sezioni variabili – progetti con termini di avvio piuttosto rapidi (tempi di cantierizzazione abbastanza brevi) – progetti in cui, a causa delle vibrazioni, non è consentito l’avanzamento con esplosivo e in cui la lunghezza della galleria è troppo ridotta per l’impiego di una fresa TBM Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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TSM – Vantaggi e svantaggi • Vantaggi: – basse vibrazioni durante lo scavo – possibilità di adattamento a variazioni di sezione e di caratteristiche delle rocce – accessibilità al fronte di scavo per ulteriori interventi di sostegno e di eduzione delle acque – continuità del ciclo di lavoro: scavo, rimozione, trasporto – precisione del profilo di scavo (minori quantità di materiali di scavo rispetto all’avanzamento con esplosivo) – limitato disturbo dell’assetto dell’ammasso roccioso (rispetto all’avanzamento con esplosivo)

• Svantaggi: – possibilità di scavo economico solo per rocce di bassa-media durezza – elevato consumo degli utensili di taglio – avanzamento in generale più lento rispetto all’avanzamento con esplosivo Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Frese a piena sezione (TBM) • L’impiego delle macchine TBM è economicamente sensato a partire da lunghezze di galleria superiori a 2 km • Comporta un notevole investimento iniziale ed inoltre una flessibilità limitata in relazione alla variabilità delle rocce • Le macchine TBM sono idonee per lo scavo di rocce di resistenza medio-alta (50–300 N/mm²) e non abrasive • Si possono scavare solo sezioni circolari • Lo scavo non comporta eccessivi disturbi della stabilità dell’ammasso roccioso e permette profili precisi • Attualmente vengono impiegate macchine TBM con diametri variabili da ca. 2,5 a 12 m e oltre Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Scudo


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Metodo NATM

(New Austrian Tunnelling Method) Il metodo trae vantaggio dalla capacità dell’ammasso roccioso di autosostenersi, attraverso il controllo del processo di ridistribuzione delle forze nell’anello di roccia che circonda lo scavo, adattando la scelta delle opere di sostegno. Sono previsti due tipi di rivestimento. Il primo, deformabile, a contatto con le superfici scavate è costituito da ancoraggi e calcestruzzo proiettato (spritz-beton), armato con centine metalliche e arco rovescio. Il secondo rivestimento interno, in getto di calcestruzzo, non viene eseguito prima che il prerivestimento abbia raggiunto il suo equilibrio e, quindi, dopo un periodo di assestamento. 42 Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

Pertanto, il rivestimento definitivo è così composto: • spritz-beton • rete elettrosaldata; • centine metalliche; • ancoraggi; • arco rovescio; • impermeabilizzazione; • anello interno di calcestruzzo.

Ciascun elemento strutturale contribuisce alla resistenza totale del rivestimento in una collaborazione in parallelo


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N.A.T.M. – RIVESTIMENTO TIPICO


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MISURE IN CORSO D’OPERA Il metodo N.A.T.M. è sempre accompagnato da un accurato programma di misure in corso d’opera. Vengono controllate tensioni e deformazioni al fine di verificare la correttezza del dimensionamento del rivestimento e di apportare eventuali modifiche. H = convergenza orizz. D = convergenza diag. E = estensimetri R = misura tensioni radiali T = misura tensioni tang.


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Controlli e Misure


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• Le stazioni di misura all’interno della galleria, nel caso più semplice, consisteranno nella predisposizione di semplici chiodi, la cui lettura della posizione relativa costituirà il controllo delle convergenze. • Oltre i chiodi, tra il terreno e il rivestimento di prima fase si potranno allestire delle celle di pressione per la misurazione delle sollecitazioni longitudinali e trasversali. • Al di sotto dei piedritti si potranno, altresì, posizionare delle celle di carico per la misurazione dei carichi totali. • Un controllo più accurato potrà ottenersi attraverso l’installazione di estensimetri ad aste a una o più basi e/o piezometri all’interno di appositi fori radiali realizzati dall’interno della cavità.


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Continua… In sintesi le stazioni di misura possono essere: • Stazioni di misura sistematiche: sono allestite in modo frequente e ricorrente e sono attrezzate con soli chiodi di convergenza. • Stazioni di misura principali: sono sempre ricorrenti ma più distanziate ed ai chiodi si aggiungono celle di pressione e di carico. • Stazioni di misura speciali: sono ubicate in pochi punti assai distanziati ed attrezzate con estensimetri, piezometri, oltre ai chiodi ed alle celle. • Stazioni sulla superficie topografica su cui misurare le quote prima e dopo il passaggio del fronte dello scavo ed installando assestimetri, inclinometri e piezometri. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Rivestimento • Scavo meccanizzato con fresa scudata a piena sezione: – rivestimento definitivo costituito da conci prefabbricati in c.a.v. (cemento armato vibrato) – lo spazio compreso tra l’estradosso del rivestimento e il profilo dello scavo si riempie con iniezioni di malta in relazione alle caratteristiche dei materiali attraversati – L’iniezione sarà effettuata direttamente dalla coda dello scudo durante l’avanzamento della macchina, che avviene attraverso la spinta di martinetti, a contrasto sull’ultimo anello posato in conci – L’impermeabilità della galleria, per carichi idraulici sino a 5 bar, si garantisce con guarnizioni in neoprene montate sul perimetro di ogni concio – In presenza di elevati carichi idraulici è prevista la posa di canalette di drenaggio controllato, collegate al sistema di smaltimento dell’acqua lungo linea Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Interventi di consolidamento • Le gallerie che vengono scavate in una roccia con insufficiente tempo di autosostegno, richiedono l’adozione di interventi per supportare la resistenza propria della roccia • Possono essere di tipo passivo oppure, nel caso di ancoraggi, essere in grado di compensare parzialmente, grazie alla pre-tensione, forze di trazione secondarie • Se il tempo di autosostegno è minimo, dovranno adottarsi misure immediate di consolidamento in anticipo allo scavo, quali iniezioni, schermi di micropali o di jet grouting • Gli interventi di sostegno non sono importanti solamente per la protezione della calotta e/o delle pareti della galleria, ma devono anche essere finalizzati a chiudere la sezione Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Lo spritz-beton • Spritz-beton, spritz-beton associato a fogli di rete elettrosaldata, spritz-beton con fibre in acciaio o… • può essere messo in opera contestualmente a Centine in acciaio, reti elettrosaldate, ancoraggi, lamiere protettive e pannelli scanalati, chiodi, calcestruzzo. • Dopo lo scavo si può applicare direttamente lo spritz-beton sulla roccia per sigillare la superficie e contrastarne l’allentamento. • Lo spritz-beton può svolgere sulla superficie rocciosa “nuda” i seguenti compiti: – Sigillatura parziale o totale (5 – 15 cm) – Strato portante di collegamento con la roccia (20 – 35 cm)


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Lo spritz-beton • Il vantaggio che offre lo spritz-beton è dato dalla sua deformabilità elastoplastica, soprattutto quando è fresco • Le deformazioni della sezione di scavo dopo l’indurimento dello spritz-beton possono essere assorbite solo in parte senza che si determinano fenomeni di fessurazioni • Dalla formazione di fessure si possono ricavare indicazioni visibili precoci sui movimenti della galleria • Eventuali deformazioni di una certa consistenza possono essere assorbite mediante l’esecuzione di giunti di dilatazione (riducendo lo spessore dello strato di spritzbeton) disposti in zone parallele all’asse della galleria • Lo spritz-beton si caratterizza perché ricopre la roccia per tutta la superficie e per la possibilità di presa rapida ottenibile con l’aggiunta di speciali additivi Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Vantaggi

• l’applicazione si svolge in un’unica fase operativa • può essere applicato anche in calotta senza bisogno di casseforme • l’applicazione non crea spazi vuoti tra lo spritz-beton e la roccia • elevata aderenza al supporto (struttura composita: spritzbeton – roccia) • possibilità di applicare strati di diverso spessore in un’unica operazione • possibilità di modellare l’applicazione a piacere • possibilità di applicazione immediata anche su superfici parziali • relativamente flessibile nello stadio di indurimento • impiegabile in combinazione con ancoraggi, reti elettrosaldate, centine in acciaio, ecc. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Accortezze • Bisogna tenere presente che la roccia viene ulteriormente caricata con il peso proprio dello spritz-beton e quindi si determina un aggravio delle condizioni di stabilità • Se dalla superficie dello scavo fuoriesce acqua, si deve captare localmente l’acqua e farla defluire (ad es. con semirivestimenti flessibili, pannelli di scolo, ecc.) • In caso di venute d’acqua aggressive, il cemento, gli additivi e gli inerti impiegati devono essere resistenti ai solfati e deve essere ottenuto uno spritz-beton compatto, a bassa porosità, con limitata permeabilità all’acqua • Inoltre, sempre in caso di venute d’acqua aggressive, se gli inerti impiegati risultano solubili, vi è il pericolo di intasamento del sistema di drenaggio. Perciò gli inerti a base di calcare non dovrebbero essere utilizzati Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Procedimenti di applicazione • Le differenze tra i diversi procedimenti dipendono dalla modalità di alimentazione della macchina spruzzatrice (con miscele secche o umide) e dal tipo di alimentazione del materiale • L’esecuzione di spritz-beton a secco può essere eseguita con due sistemi diversi: – Sistema a secco con inerti essiccati al forno – Sistema a secco con inerti a umidità naturale + legante

• Nel sistema a secco convenzionale una miscela secca di cemento, inerti essiccati al forno ed acceleratori di presa, per lo più in polvere, viene inviata dalla macchina spruzzatrice con aria compressa all’ugello spruzzatore • In tale ugello la miscela secca, trasportata con procedimento a corrente sottile, viene miscelata idrodinamicamente con l’acqua Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Segue…

• Nelle nuove evoluzioni del procedimento, all’acqua che attraverso l’ugello viene aggiunta alla miscela secca, viene aggiunto un acceleratore di presa liquido • Uno dei grandi svantaggi è quello della produzione di polvere nella zona di alimentazione • Nel sistema convenzionale si deve operare con inerti essiccati al forno in un impianto di essiccamento speciale • Presso l’impianto di essiccamento si svolge anche il riempimento delle autobotti di trasporto. • La sovrappressione all’interno della botte ha la seguente funzione: – La miscela viene spinta nella coclea di trasporto – La sovrappressione impedisce l’ingresso dell’aria atmosferica con un’umidità superiore. Si evita in tal modo l’umidificazione e la presa della miscela Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Interventi migliorativi Si possono raggruppare in: • interventi migliorativi: agiscono sulle caratteristiche di resistenza di un terreno o di una roccia costituendo uno spessore di materiale consolidato; • interventi conservativi: tendono ad impedire il decadimento delle pressioni di contenimento dello scavo in modo da mantenere indisturbate le condizioni tenso-deformative del terreno. • Tra gli interventi migliorativi si ricordano le iniezioni, il jetgrouting, il congelamento, la compattazione ed il drenaggio. • Le iniezioni si utilizzano in terreni dotati di porosità, previa formazione di fori attraverso cui iniettare le miscele. Le due tecniche più note sono l’intasamento o impregnazione e la fatturazione controllata o cluquage. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Jet-grouting • Il jet-grouting consiste nell’iniezione di miscele cementizie ad altissima pressione. Tale tecnica comporta la disgregazione del terreno e la miscelazione con un fluido stabilizzante fino a formare una colonna di materiale consolidato. Lo spettro applicativo di tale tecnica si estende anche ai terreni coesivi, superando i limiti delle iniezioni. • Questo trattamento porta alla formazione di colonne consolidate, realizzate mediante l’uso di una serie di aste dotate all’estremità di un utensile per l’iniezione, denominato monitor. • Contemporaneamente all’estrazione delle aste viene iniettata la miscela a pressione attraverso ugelli posti nel monitor. Mediamente il diametro delle colonne varia da 40-50 cm per i terreni coesivi fino a 80-100 cm per i terreni granulari. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Vi sono ulteriori specializzazioni all’interno di questa tecnica e, precisamente: • metodo monofluido: la disgregazione del terreno avviene attraverso l’azione della miscela cementizie, la quale ha anche la funzione di stabilizzare il terreno; • metodo bifluido: l’azione disgregante è affidata all’acqua e quella stabilizzante alla miscela; • metodo trifluido: la disgregazione del terreno viene svolta da acqua ed aria mentre la miscela cementizie ha il compito di compattare e stabilizzare il terreno. • Il jet-grouting è stato utilizzato nella realizzazione di gallerie superficiali entro terreni coesivi o per il consolidamento di rilevati o imbocchi di opere in sotterraneo.


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Il congelamento • Il congelamento si applica alla costruzione di gallerie sottofalda ed il terreno congelato può assumere la forma di colonne cilindriche verticali o orizzontali. Presentano il difetto di comportare vasti aumenti di volume, dipendente anche dal metodo di congelamento utilizzato.


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Segue… • I drenaggi hanno lo scopo di migliorare le caratteristiche fisico-meccaniche del terreno tramite l’allontanamento sia delle acque superficiali che di quelle profonde. • Questi ultimi sono tubi di piccolo diametro, forati nella parte terminali, con fori di 4-5 cm, lunghi fino a 10 m e distanti tra loro di circa 2-4 m, collegati ad un unico tubo collettore. Hanno la duplice funzione di tubi di rivestimento ed emungimento. • Per abbassare definitivamente il livello di falda, si preferisce però ricorrere a gallerie drenanti, trincee, speroni drenanti o drenaggi suborizzontali. Per il drenaggio di terreni argillosi si ricorre all’eletroosmosi, inducendo sostanzialmente ad un consolidamento chimico del terreno. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Interventi conservativi

• Si ricordano le armature, il pretaglio meccanico e l’arco cellulare. • Le armature in rocce più o meno fratturate producono un miglioramento del terreno in termini di coesione ed in parte dell’attrito interno attraverso l’inserimento entro il terreno di materiale resistente quale barre, tubi, cavi in acciaio. • Si distinguono in armature passive, infilaggi ed ancoraggi. • Le armature passive si posizionano ortogonalmente rispetto al fronte di scavo prima dell’apertura del cavo o successivamente (quadri, marciavanti e centine). • Gli infilaggi costituiscono una tecnica avanzata del tradizionale metodo del marciavanti. Sono armature portanti alloggiate entro fori eseguiti precedentemente lungo il perimetro ed all’esterno della sezione di scavo con andamento inclinato (ombrellatura). • Gli ancoraggi migliorano la resistenza al taglio ed a trazione lungo superfici di debolezza (chiodi, bulloni e tiranti). Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Il pretaglio meccanico • Il pretaglio meccanico consiste nell’eseguire nel terreno, prima dello scavo, un taglio di spessore predeterminato che segue il profilo di estradosso della galleria. • Il taglio permette di separare l’area della volata dal contorno dello scavo, in modo che possa conservare al meglio le sue caratteristiche di resistenza, favorendo nel contempo la creazione di un elemento di discontinuità che permette di assorbire le vibrazioni indotte dagli esplosivi. • All’atto di esecuzione del taglio del materiale, la fessurazione che si produce viene riempita immediatamente con betoncino in modo da creare già un primo strato protettivo contro il rilascio del materiale. • È necessario che la sezione sia il più possibile circolare, in modo da innescare il cosiddetto effetto arco. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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L’arco cellulare • L’arco cellulare è il più recente intervento conservativo ideato per la realizzazione di gallerie di grande sezione, in terreni scadenti e con spessori ridotti di copertura. • È una struttura composita, assimilabile ad un graticcio semicircolare, formato da elementi longitudinali costituiti da tubi in cemento armato , collegati tra loro da archi portanti trasversali. In tal modo si canalizzano le tensioni indotte dagli scavi, in modo da creare artificialmente l’effetto arco. • L’opera viene realizzata in più fasi e prima dello scavo definitivo della galleria. • È indispensabile la presenza di pozzi di accesso, eseguiti a partire dalla superficie e di gallerie di servizio poste in asse all’opera finale, dai quali si possa procedere all’esecuzione delle varie operazioni. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Indipendentemente dalla costruzione dell’arco cellulare, disposto in corrispondenza della calotta della futura galleria, si scavano le gallerie dei piedritti. • Quindi, si realizzano tramite frese puntuali dei microtunnel in calotta, necessari all’infissione di una serie di tubi con la tecnica dello spingitubo. • Poi si passa al taglio dei tubi ad un determinato interasse e si procede allo scavo delle casseforme per il getto degli archi di collegamento in cemento armato. Lo smarino avviene attraverso le gallerie laterali. • La fase successiva prevede l’armatura ed il riempimento con calcestruzzo dei microtunnel longitudinali, degli archi di collegamento e dei piedritti. • In ultimo si procede allo scavo del terreno entro la galleria ed al getto dell’arco rovescio. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Fasi costruttive


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Sistemi di aerazione • Vanno previsti già in fase di progetto • I sistemi di aerazione attualmente presi in considerazione, in relazione anche alle esigenze di cantiere, sono i seguenti: – Aerazione ad insufflazione d’aria – Aerazione ad aspirazione con ventilazione aggiuntiva localizzata

• Nel caso di aerazione ad insufflazione (a pressione) l’aria pulita viene aspirata dal ventilatore e insufflata attraverso una tubazione dall’esterno fino ai punti di lavoro sotterranei • L’aria contaminata fluisce assieme alle polveri attraverso la sezione dello scavo verso l’esterno


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Segue… • I punti di lavoro vengono alimentati localmente con aria pulita, mentre quelli retrostanti sono sottoposti al flusso di ritorno dell’aria contaminata • Il sistema di aerazione ad insufflazione può essere impiegato efficacemente nel caso di scavo con esplosivo • Nel caso di avanzamento meccanizzato le polveri vengono captate sul posto e separate con idonei impianti di depurazione • Nel dimensionamento del sistema di aerazione bisogna tenere conto anche delle apparecchiature di carico e trasporto azionate da motori diesel. Le grosse quantità di gas ad essi collegate si mescolano infatti con i gas derivanti dallo scavo con esplosivi Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Aerazione ad insufflazione


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Sistemi ad aspirazione d’aria • L’aria viene aspirata in corrispondenza dei luoghi di lavoro • L’aria contaminata, contenente polveri e altri gas viene quindi scaricata all’esterno mediante condotte • L’aria fresca, per effetto di aspirazione, viene richiamata verso il fronte di scavo attraverso la galleria • In caso di condotte di aspirazione molto lunghe bisogna fare in modo che la velocità dell’aria (corrente turbolenta) sia sufficientemente elevata da evitare che le polveri si sedimentino


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Impianti di depolverizzazione

• I tipi di attività per cui sono richiesti questi sistemi di depolverazione sono: – – – –

Scavo meccanizzato mediante TBM o TSM Applicazioni estese di spritz-beton (con sistema a secco) Avanzamento con esplosivo Impiego di impianti di frantumazione sotterranei

• Le polveri residue dal trattamento di depurazione e i gas di brillamento vanno fatti rientrare nei limiti ammessi mediante diluizione con aria fresca • Gli impianti di depurazione delle polveri sono sostanzialmente di due tipi, e precisamente: • Depuratori a secco: operano sulla base delle tecnica di filtrazione (filtri a manica, a tasca, a lamelle) • Depuratori a umido Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Segue… • La portata d’aria necessaria va calcolata in relazione ai seguenti parametri: – – – –

dimensioni della sezione della galleria quantità di polveri prodotte distribuzione spaziale delle polveri irrigazione del materiale di scavo

• L’effetto di aspirazione può essere migliorato con i seguenti sistemi: – posizionamento della bocca di aspirazione il più possibile in prossimità della fonte di polveri – impiego di condotte di aspirazione delle polveri in lamiera liscia – velocità dell’aria nella condotta di aspirazione sufficientemente alta in modo da evitare la sedimentazione delle polveri (20 m/s) – tra la condotta di aerazione e la sagoma di ingombro delle macchine e delle attrezzature deve essere prevista una distanza > 20 cm Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Riutilizzo del materiale di scavo • Ancor oggi in molti cantieri di gallerie il materiale di scavo viene trattato come materiale di scarto • Invece, i vantaggi di un tale recupero sarebbero i seguenti: – Autonomia di approvvigionamento di materiali inerti per calcestruzzo (sabbia e pietrisco) – Riduzione dei trasporti per lo smaltimento dei materiali in discarica e per il conferimento dei materiali inerti di cava – Vendita del materiale in esubero a terzi

• Il materiale prodotto con l’avanzamento meccanizzato (TBM) è di pezzatura molto minore e caratterizzato da una tipica forma oblunga-appiattita e può essere suddiviso in: • Polvere di roccia: zona di sbriciolamento – zona di contatto dei taglienti della fresa con la roccia • Schegge di roccia: taglio e distacco di piccole componenti • Chips: distacco di frammenti piatti di roccia tra due piste di fresatura • Blocchi: distacco di pezzi di maggiori dimensioni a causa di superfici di separazione nella roccia (raro) Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Gestione dei materiali di scavo • Aleatorietà delle previsioni sulla litologia degli ammassi • Nonostante intense attività di indagine preliminare, una decisione definitiva sulla possibilità di riutilizzo delle rocce potrà essere presa solo al momento dello scavo effettivo


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Procedimenti di prova • Devono permettere di decidere se il materiale è idoneo ad essere lavorato per produrre inerti per calcestruzzo o per altri impieghi, oppure se deve essere allocato a rifiuto • I criteri sono: – Possibilità di eseguire la prova sul materiale in modo rapido ed economico (entro mezzora o un’ora dallo scavo) – Elevata rappresentatività e riproducibilità della prova – Nessun condizionamento sull’avanzamento dello scavo – Possibilità di valutazione di tutti i tipi di materiale di scavo, sia derivanti dell’avanzamento con esplosivo che di tipo meccanizzato – Individuazione della durezza e della composizione petrografica delle rocce (in particolare si ricercano i componenti non idonei per il calcestruzzo)


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Granulometria bilanciata • La frazione grossolana in un sistema di scavo con TBM è condizionata in modo determinante dai seguenti parametri geologici e specifici della macchina: – Distanza tra i rulli di fresatura: quanto maggiore è tale distanza, in relazione ad una elevata pressione di appoggio dei rulli alla roccia, tanto maggiore è la quantità di pezzi di grosse dimensioni del materiale roccioso scavato – Con l’aumento del grado di fessurazione e/o di fragilità della roccia aumenta anche la percentuale di componenti di grossa dimensione


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Trasporto del materiale

• Con i trasportatori continui il flusso del materiale (approvvigionamento di elementi di rivestimento prefabbricati e materiali per la messa in sicurezza dello scavo nonché l’evacuazione del materiale di scavo) può essere separato sia orizzontalmente che verticalmente. • Nella maggior parte dei casi per l’approvvigionamento al fronte di scavo (elementi di protezione e rivestimento, personale, ecc.) si impiegano sistemi su rotaia mentre per l’evacuazione delle grandi quantità di materiali di scavo si impiegano nastri trasportatori continui. • Ciò rende indipendenti tra loro a livello temporale e spaziale i flussi dei materiali. • Mediante trasportatori continui il materiale di scavo può essere trasferito ad un deposito o verso altre destinazioni, ad esempio, un impianto di produzione di calcestruzzo. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Per garantire un’elevata resa di trasporto con bassa produzione di polveri all’interno della galleria, i nastri trasportatori devono essere il più possibile continui lungo l’intero percorso, con un numero minimo di punti di trasbordo. Inoltre tali nastri continui devono poter essere allungabili in relazione all’avanzamento del fronte di scavo. • Per tale motivo oggi non si impiegano quasi mai trasportatori a nastro a lunghezza costante che comportano continui trasbordi di materiale da un nastro all’altro, in quanto ciò comporta una notevole produzione aggiuntiva di polvere oltre che maggiori oneri di manutenzione dei nastri. • Oggi si tende ad impiegare nastri trasportatori allungabili, in relazione all’avanzamento del fronte di scavo. Un ulteriore sistema moderno, robusto e sicuro è costituito da un nastro curvo continuo, appoggiato in modo mobile su stazioni di rulli portanti e dotato di dispositivi di auto-centratura. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Il treno per il trasporto del materiale di scavo consiste in un locomotore e nei carrelli di carico. Lo scartamento dei binari è in genere di 750 o 900 mm. I locomotori per galleria vengono in genere oggi azionati con motori diesel, molto più raramente con motori elettrici o batterie. • I treni-bunker hanno una capacità di circa 30 – 50 m3 e vengono impiegati in gallerie di sezione fino a 20 m2. L’esercizio e la manutenzione di tali treni comporta costi abbastanza elevati in quanto sono composti da moltissimi elementi distinti. • Si è invece dimostrato più efficiente l’utilizzo del treno a nastro o shuttle train. Esso è costituito da carri a 4 assi (ciascun dotato di due carrelli) con nastri telescopici che possono rientrare l’uno dentro l’altro e che possono essere caricati, come nel caso del treno-Bunker, dalla fine del treno. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Le esperienze della Messina-Palermo


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Le gallerie artificiali


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Galleria Badetta

Imbocchi


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Galleria Caronia


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Galleria Cipollazzo


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Galleria Guardia


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Galleria Piano Bandiera


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Galleria Piano Paradiso


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Galleria S. Basile

Dissesto centine e sfornelli


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Galleria Tardara

Fronte di scavo e Rottura diaframma Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Geologia

Argilliti

Flisch Numidico

Quarzareniti Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Le armature

Armatura Portale Armatura arco rovescio Armatura calotta


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Consolidamenti Consolidamento volta

Consolidamento centine


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Infilaggi


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Esplosivo


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Impermeabilizzazione


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Consolidamento nucleo


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Esecutivi


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Profilo Longitudinale


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Riduzione permeabilità


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Volta a crociera


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Centine rinforzate


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Sicurezza in galleria • Cedimenti: con tale termine si intendono non solo i distacchi di roccia dalla calotta o dalle pareti (splaccamenti e distacchi gravitativi) ma anche le estrusioni e le preconvergenze nel nucleo della galleia e le convergenze all’interno dello scavo. • Tali manifestazioni dipendono dalle condizioni di stabilità del terreno in relazione alle caratteristiche geomeccaniche, all’intensità della fessurazione ed alla circolazione delle acque sotterranee. • Le cause possono anche derivare sia dalle armature troppo deboli e mal sistemate, sia da troppo lunghi intervalli di tempo intercorsi tra lo scavo e il rivestimento, per cui viene favorita la formazione di nuclei di distacco. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Gas

• Emissioni di gas idrocarburi si possono verificare anche in attraversamenti di terreni privi di carbon fossile dato che tali gas si rinvengono comunemente nei sedimenti che possono racchiudere sostanze organiche in decomposizione. • Il gas più comune è il metano che, se raggiunge concentrazioni comprese fra il 4,5-16% in termini volumetrici, con l’aria diventa esplosivo. • La miscela aria-metano è più nota con il termine grisou. Si sottolinea che tale miscela è inodore e, quindi, non avvertibile direttamente. • Il metano, essendo più leggero dell’aria si raccoglie nella calotta. Lo scavo di una galleria in terreni geologicamente favorevoli per la presenza di metano va condotto vietando l’utilizzo di fiamme libere di qualsiasi tipo, di motori a scoppio o diesel e predisponendo apparecchi rilevatori di gas. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Acque sotterranee • Tra le condizioni idrogeologiche più pericolose vanno annoverate le situazioni stratigrafiche o tettoniche che comportano il passaggio brusco da formazioni impermeabili a permeabili, sedi di cospicuo accumulo idrico. • Particolare importanza assumono nelle grandi gallerie le rocce fessurate, soprattutto quelle calcaree, che possono contenere forti quantitativi di acqua in pressione, talora anche ad elevata temperatura. • Pressione e temperatura dipendono, almeno in parte, dalla profondità : quanto maggiore è la profondità tanto maggiori, a parità di altre condizioni, sono la pressione e la temperatura delle acque. • Dal profilo geotermico può essere dedotta la temperatura approssimata dell’acqua sotterranea. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Temperatura • La temperatura della roccia e di riflesso quella dell’aria nel cavo, aumenta via via che ci si allontana dalla superficie esterna. • L’aumento di temperatura che si riscontra per ogni metro di profondità viene definito gradiente geotermico. Tuttavia spesso si utilizza il gradiente geotermico per definire il valore in gradi centigradi dell’aumento di temperatura per ogni 100 metri di profondità. • Il numero di metri che occorre scendendo in profondità per riscontrare l’aumento di 1°C di temperatura viene definito grado geotermico. • La natura delle rocce e la posizione dei piani di stratificazione o di scistosità esercitano una certa influenza sulla distribuzione del calore interno. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Impianti elettrici • Gli scavi in sotterraneo devono considerarsi ambienti bagnati ai sensi dell’art. 4 DPR 320/56. • Alcune misure preventive, di carattere generale, da seguire nell’installazione e manutenzione degli impianti elettrici sono le seguenti: – utilizzare idonei sistemi di sostegno e di connessione dei tubi e dei cavi elettrici: una soluzione è fissare in modo stabile e sicuro i cavi alle pareti di scavo; – non curvare e non sottoporre in modo eccessivo i cavi elettrici a sforzi di trazione durante l’installazione; – ispezionare e verificare l’impianto elettrico con personale qualificato ed autorizzato; – segnalare immediatamente ogni anomalia, difetto o carenza dell’impianto elettrico. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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Inquinamento dell’aria • Gli inquinanti negli scavi in sotterraneo sono i gas tossici e le polveri. • I gas tossici sono emessi dal processo di combustione interno dei motori a scoppio e dai fumi a seguito dell’utilizzo di esplosivi. • Le polveri si formano durante i lavori di scavo con l’utilizzo di cariche di esplosivo, le perforazioni con jumbo, gli abbattimenti del fronte con mezzi meccanici e durante la movimentazione del materiale abbattuto con le pale meccaniche e successivamente con i dumper lungo le vie di transito. • I gas tossici più frequenti sono gli ossidi di carbonio e i vapori nitrosi. Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Un gas che può facilmente essere associato al metano è l’anidride carbonica (CO2) in quanto è complementare al metano nel suo processo di trasformazione da cellulosa di vegetale in gas. • È un gas incolore ed inodore, più pesante dell’aria e molto pericoloso per la salute fino ad essere letale se presente in certe concentrazioni in atmosfera. • Per limitare l’emissione di monossido di carbonio (CO) da parte dei motori diesel dei mezzi presenti in galleria è necessario utilizzare macchine equipaggiate con motori in buono stato di manutenzione e perfettamente regolati nel processo di combustione anche in funzione dell’altitudine. Le macchine, tuttavia, devono essere munite dei depuratori dei fumi di scarico. • I gas tossici dovuti alla detonazione dell’esplosivo sono contenuti dentro il tappo di fumi creati dallo sparo e sono prevalentemente degli ossidi di azoto (NO, NO2). Tecnica e Sicurezza dei Cantieri Stradali - ing. Orazio Pellegrino – Bozza 2007

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• Gas che si possono rinvenire in galleria, ma che differentemente agli altri sopraelencati si avvertono per il loro odore caratteristico, sono l’acido solfidrico (H2S) e l’anidride solforosa (SO2). L’acido solfidrico ha il caratteristico odore di uova marce. • Dal punto di vista tossicologico è molto pericoloso non solo per inalazione ma anche per contatto, in particolare per gli occhi e per le piccole ferite. Fra le caratteristiche chimico-fisiche si ricordano quelle di essere più pesante dell’aria ed essere esplosivo se mescolato con aria in proporzioni superiori al 6%. L’anidride solforosa è più pesante dell’aria ed ha un odore pungente e soffocante. È estremamente tossica.


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Polveri • Le polveri sono ovviamente dello stesso tipo litologico dell’ammasso roccioso che si sta attraversando. Le più pericolose sono quelle di silice, in particolare quelle di piccole dimensioni (inferiori a 5 micron). • Le precauzioni da prendere per limitare la produzione e il sollevamento delle polveri sono: – utilizzare utensili di perforazione muniti di dispositivi per l’iniezione di acqua; – bagnare di continuo durante le operazioni di carico il materiale abbattuto; – immettere un’ idonea quantità di aria fresca.


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