I tunnel artificiali: una soluzione innovativa per attraversare antiche strade romane

I tunnel artificiali richiedono una delicata progettazione e una accurata costruzione, consentono di bypassare importanti infrastrutture recando il minimo disturbo. Trovano largo impiego in ambito ferroviario ma una recente applicazione, avvenuta a Taranto, ha consentito di evidenziare le potenzialità di queste opere grazie all'attraversamento di un'antica strada romana. 

In questo articolo si propone un focus sulla programmazione del varo e la procedura di calcolo del muro reggispinta.

 

Il metodo di programmazione del varo

Il varo del tunnel è l'operazione più delicata dell'intero processo di costruzione, la difficoltà principale risiede nel contenere la perturbazione dello stato di equilibrio preesistente del terreno causato dal passaggio della galleria.

Infatti, le conseguenze di un eventuale errore di progettazione o esecuzione del varo possono provocare crolli del fronte, anche improvvisi, con gravi conseguenze per la sicurezza dei lavoratori e delle opere attraversate. 

Occorre quindi studiare, programmare e monitorare ogni ciclo di spinta di cui è composto il varo.

 

Schema tipo di inizio varo

Figura 1- Schema tipo di inizio varo. 

 

Il primo compito dell'ingegnere è quello di eseguire la verifica di stabilità del terreno alterato

Per ogni ciclo di spinta, e quindi per ogni posizione del tunnel all'interno del terreno, si ricerca l'area perturbata, ovvero la regione di terreno all'interno della quale si assiste alla riduzione della resistenza a causa delle azioni di spinta e scavo.

In generale, la regione perturbata presenta dimensioni proporzionali a quelle della galleria: circa tre volte il raggio del cerchio che inscrive la sezione trasversale del tunnel.

Individuata l'area perturbata del generico ciclo, si ricerca la configurazione più stabile del fronte schematizzato, in prima approssimazione, come pendio.

Nota la configurazione di equilibrio stabile si programmano le attività di spinta e scavo intervenendo se necessario con rinforzi di tipo jet grouting.

E' consigliabile utilizzate lo jet grouting specialmente nei giorni di chiusura del cantiere per migliorare la stabilità.

 

Focus sul dimensionamento del muro reggispinta

Il muro reggispinta è sostanzialmente una struttura di contrasto il cui compito è quello di attutire la spinta prodotta dai martinetti oleodinamici cercando di impegnare il meno possibile il terreno di monte.

In molte applicazioni l'opera presenta le caratteristiche tipiche dei muri a mensola: la piattaforma può essere considerata come una suola di valle mentre la parete come il paramento verticale.

 

Muro reggispinta.

Figura 2 - Muro reggispinta.

 

Il muro reggispinta è un'opera temporanea, utilizzato per un breve periodo e successivamente demolito, quindi non sono necessarie le verifiche sismiche, come indicato al paragrafo 2.4.1 delle Norme tecniche per le costruzioni (NTC-2018).

Il dimensionamento strutturale e geotecnico segue le classiche teorie delle opere di sostegno, capitoli 4 e 6 delle NTC-2018, salvo considerare le spinte dei martinetti ed il peso del tunnel che scorre lungo la piattaforma.

Il varo è un processo dinamico che avviene a ridotte velocità, pertanto le forze agenti sul muro e sul terreno di monte (spinte dei martinetti) possono essere rappresentate da azioni pseudo statiche equivalenti, paragrafo 2.5.1.2 delle NTC-2018.

Tali spinte, necessarie a muovere l'opera, dipendono dal peso del tunnel e dall'attrito terreno-tunnel che si genera durante il varo. 

In ogni ciclo di spinta, il terreno a monte del muro si trova in uno stato di equilibrio limite passivo in quanto i martinetti, premendo sulla parete, esercitano un'azione di compressione. 

Durante la spinta, la resistenza del terreno a monte del muro (SPASSIVA) dovrà essere superiore alla spinta prodotta dai martinetti (SMARTINETTI) ridotta del contributo di resistenza offerto dal muro (RMURO):

SPASSIVA > SMARTINETTI - RMURO

Se la resistenza del terreno non è sufficiente ad attutire la spinta dei martinetti occorrerà intervenire sulla struttura di varo, ad esempio ricorrendo a fondazioni profonde.

Qualora l'incremento di resistenza del terreno sia raggiungibile mediante un aumento dell'altezza del paramento verticale si consiglia di contenere tale valore entro i limiti consentiti per un accesso agevole e sicuro dei mezzi di scavo.

 Ingesso dei mezzi di scavo

Figura 3 - Ingesso dei mezzi di scavo.


E' buona norma disporre tra il muro e i martinetti una trave sufficientemente rigida e inserire, oltre alle armature derivanti dal calcolo, una rete elettrosaldata (ϕ10/20) in modo da ripartire il carico di punta su buona parte della parete.
 

Trave rigida posizionata tra i martinetti e il muro

Figura 4 - Trave rigida posizionata tra i martinetti e il muro.


Al termine del ciclo di spinta, ovvero con i martinetti a riposo, il terreno a monte del muro esercita su quest'ultimo una spinta attiva a causa di uno stato di equilibrio limite attivo, pertanto il muro va verificato anche nella condizione di spinta attiva.  

Il muro reggispinta è una struttura temporanea, quindi si consiglia di non sovradimensionare l'opera al fine di contenere i tempi e i costi di demolizione. 

La costruzione dei tunnel artificiali risponde alle esigenze di mantenere operative le infrastrutture attraversate o, come nel caso in progetto, salvaguardare opere di elevato pregio. Nonostante siano caratterizzati da luci di piccola-media dimensione, richiedono conoscenze ingegneristiche di elevata specializzazione. 

L'immagine sottostante riporta la fase di fine varo del tunnel artificiale di Taranto, progettato dallo Studio di Ingegneria Civile A. Cimini per la costruzione della Tangenziale Sud di Taranto.

 Vista frontale del tunnel a fine varo, Taranto settembre 2020.

Figura 5 - Vista frontale del tunnel a fine varo, Taranto settembre 2020.