Evento critico inaspettato sui micropali della platea di fondazione di una stazione di linea metropolitana

Per sostenere la base di fondazione di una costruenda stazione della metropolitana, è stato realizzato un sistema di n.22 pali “préfondés” (cosiddette “barrette”, costituite da profilati metallici) e n.69 micropali tipo IGU per evitare il sollevamento della stazione durante le fasi di costruzione e in servizio. I micropali, realizzati dalla superficie, sono stati perforati con un diametro di 250 mm, dotati di tubi in acciaio ed iniettati.

Durante lo scavo della stazione, secondo la tecnica di scavo in top-down, una volta raggiunto il fondo dello scavo, l’impresa ha potuto eseguire le prove di trazione sui micropali. Le prove di trazione sulla testa del micropalo sono state finalizzate, tramite carichi mantenuti costanti per ciascun livello, alla misurazione dello spostamento assiale della testa del micropalo sollecitato allo sfilamento per trazione per convalidare le ipotesi di calcolo e la loro corretta esecuzione. Nel corso della campagna di prove, 2 delle prove di trazione non sono risultate idonee a causa di rotture improvvise dei micropali avvenute a un livello di carico compreso tra il 70% e l’80% dei valori di prova previsti.

Dopo aver interrotto il cantiere e a seguito di diversi workshop tecnici specifici con la direzione dei lavori e gli organi tecnici della committenza, sono state condotte ulteriori campagne di indagini per individuare l’entità del problema e le cause del fenomeno di crisi inatteso (prove di trazione con ricalibrazione degli sforzi, prove di impedenza sismica, analisi di laboratorio dei materiali prelevati, ecc.). Lo scopo di questo lavoro è ripercorrere, sulla base di una documentazione molto accurata raccolta nel corso delle attività del cantiere, le riflessioni e le analisi condotte per identificare la causa delle rotture improvvise, presentare le soluzioni tecniche e gli adattamenti necessari che furono adottati per consentire la prosecuzione dei lavori e stimare l'impatto sul planning generale, oltre che i costi indotti: sotto questo aspetto, a seguito dell’evento critico, le attività che ne seguono divengono un “cantiere della conoscenza” che fa luce sulle effettive criticità e sui fattori di vulnerabilità che contraddistinguono le strutture realizzate in sotterraneo, potendo costituire un utile riferimento per futuri approfondimenti sia progettuali che esecutivi e per nuove ipotesi di indagini e prove di controllo preliminari all’entrata in esercizio dell’opera.”.

La realizzazione della platea di fondazione di una stazione della metropolitana di Parigi è realizzata nell’ambito del progetto del Grand Paris Express. Per sostenere la platea di fondazione della stazione, è stata realizzata una rete di 22 pali/barrette e 69 micropali per evitare il sollevamento della stazione durante le fasi di costruzione e per i carichi della fase di servizio. Questi micropali, distanziati di 3 metri, sono di tipo III IGU, perforati con un diametro di 250 mm e dotati di tubi in acciaio, con un collegamento con la platea assicurato da piastre.

Questa soluzione rappresenta una variante in corso d’opera proposta dall’impresa e validata dalla DL per ridurre lo spessore della platea di fondazione da 3 a 2 m. I micropali da realizzare dalla superficie insieme ai pali /barrette “préfondés” prima di eseguire lo scavo e le strutture definitive da eseguire mediante la metodologia top-down rappresentavano anche una notevole ottimizzazione rispetto al planning che permetteva di ridurre la durata della fase di scavo, molto complessa nel caso specifico per l’immediata presenza dell’infrastruttura ferroviaria esistente.
Per esigenze di riservatezza e in considerazione di procedure assicurative in corso, il presente contributo omette deliberatamente ogni riferimento a contesti geografici, soggetti o entità specifiche. L’analisi tecnica riportata è tuttavia fedele alla casistica reale e mantiene la piena coerenza scientifica con i dati e le evidenze disponibili.

Contesto geotecnico

La platea di fondazione della stazione si trova nella formazione geologica delle Sabbie di Beauchamp, mentre la parte inferiore dei micropali è ancorata nelle Marne e “Caillasses”. Entrambe sono formazioni geologiche del medio Eocene e tipiche della regione parigina. Le prime possono essere caratterizzate da grande eterogeneità dovuta alla presenza di blocchi e banchi di arenaria, mentre le seconde, contrariamente al loro nome, sono prevalentemente costituite da calcare o dolomie con consistenza variabile, spesso con presenza di vene di gesso e in generale contengono poche marne. Queste formazioni litologiche giocano un ruolo importante nella stratigrafia e nell'idrogeologia della regione parigina, servendo come serbatoi acquiferi multistrato.

Prove di conformità dei micropali

I micropali presentano diverse lunghezze, e possono essere classificati come segue:

• Tipo 0 infissi fino ad alla profondità di -11.00 NGF che corrisponde ad una lunghezza ancorata di circa 24 m (circa 50m dalla superficie);
• Tipo 1 (in rosso) infissi/prolungati a -14.00 NGF che corrisponde ad una lunghezza ancorata di circa 27 m (circa 53m dalla superficie);
• Tipo 2 (in verde) infissi/prolungati a -16.00 NGF che corrisponde ad una lunghezza ancorata di circa 29 m (circa 55m dalla superficie);
• Tipo 3 (in blu) infissi/prolungati a -14.00 NGF che corrisponde ad una lunghezza ancorata di circa 27 m (circa 53m dalla superficie)

Prove di trazione dei micropali

Il consorzio di imprese ha presentato la procedura per le prove di conformità su 4 dei 69 micropali di tipo III, che consistevano nel misurare lo spostamento assiale della testa del micropalo sotto uno sforzo assiale di trazione fino ad un valore di carico predefinito. Le prime prove, realizzate tra il 27 e 28 febbraio 2024, hanno coinvolto i micropali MP6 e MP23. In questi n. 2 casi, su di un totale di n.4 prove, gli esiti sono stati inaspettatamente negativi con prove non concluse a causa di rotture improvvise a valori di circa 118t per il MP6 e 120t per il MP23, corrispondenti a valori compresi tra il 70% e l’80% dei valori attesi.

Prime indagini e considerazioni tecniche

Dopo aver interrotto il cantiere, le prime considerazioni riguardavano le schede tecniche del 2022 sull’esecuzione del palo e della prova stessa svolta sul micropalo n°23. Se da una parte, i volumi di iniezioni IGU sembravano essere insufficienti (circa 2l/ml) dall’altra, il valore di attrito laterale unitario qs , solitamente valutato tramite prove pressiometriche in fase di progettazione, e misurato dalla prova era inferiore a quello atteso facendo presagire che il comportamento del micropalo era assimilabile ad un micropalo di tipo II e non III.
In base a queste considerazioni, è stato organizzato un primo workshop tecnico specifico con la direzione dei lavori e gli organi tecnici della committenza il 7 marzo 2024. Nel frattempo le prove continuavano nel tentativo di individuare l’entità del problema e le cause del fenomeno di crisi inatteso.

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Interpretazioni normative e ricalibrazione delle prove

Le prove vengono eseguite con un carico a trazione calcolato applicando un fattore di amplificazione pari a 1.1 al valore della resistenza allo SLE caratteristico in accordo con la procedura dell’impresa. Tuttavia, secondo la norma NF EN ISO 22477-2 sulle prove su pali (Agosto 2023) e l’eurocodice EN1997-1, questo valore può essere calcolato sullo sforzo atteso e non sulla resistenza come suggerito invece dalla norma nazionale francese di riferimento NF EN 94-262 sulla base della quale la procedura di prova era stata definita.

Questa interpretazione si traduceva nella possibilità di proseguire le prove con uno sforzo più basso, ovvero lo sforzo di trazione atteso e non la resistenza poiché la NFP 94-262/A1 non era ancora in vigore alla firma del contratto definendo quindi uno sforzo di trazione "SLE" poiché la fase lavori di sollevamento della platea in assenza della struttura interna della stazione era la condizione di carico dimensionante.

L’impresa ha quindi ricalibrato gli sforzi allo SLE per una terza e quarta prova sui MP14 e MP26 (seconda campagna di indagini realizzate tra il 5 e il 6 Marzo 2024) i cui risultati sono stati favorevoli : i MP14 e M26 sono testati fino a 103.7t. I risultati hanno mostrato un qs teorico di 77kpa > 50kpa stimati nelle prime due prove.

Per ridurre l’impatto sul planning e far proseguire il cantiere due possibilità sono state analizzate durante il workshop del 7 Marzo:

1. Validare la seconda campagna di prove ricalibrate sugli sforzi SLE sulla base degli Eurocodici;
2. Considerare le prove di trazione come prove di conformità: ricalcolare la resistenza dei micropali sulla base del qs ottenuto e aggiornare le verifiche.

Prove aggiuntive e rottura prematura del micropalo 33

Il 15 marzo 2024, un quinto micropalo, il micropalo 33, è stato testato secondo le nuove ipotesi, ma anche in tale caso la prova non è stata conclusiva. Un secondo workshop si è tenuto d’urgenza il 21 marzo 2024 per analizzare le possibili cause delle rotture, escludendo l'errore umano in fase esecutiva e identificando due possibilità: una fenomenologia di rottura di tipo meccanica legata al tubo in acciaio e/o ai suoi giunti, e una rottura all’interfaccia del micropalo con il terreno legata ad una ipotetica difettosità di iniezione dei micropali, ritenuta possibile sulla base delle considerazioni riportate nel paragrafo 2.2.

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