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LE GALLERIE FERROVIARIE

A - Le rocce e gli scavi in galleria [1]

1. Tipologie di gallerie

Le gallerie naturali vengono realizzate completamente all’interno dell’ammasso roccioso e

possono avere, una volta rivestita con calcestruzzo semplice o armato, una sezione

trasversale finita policentrica, mistilinea o perfettamente circolare. Abbiamo

essenzialmente gallerie ferroviarie, stradali, idrauliche.

Le gallerie ferroviarie a doppio binario e quelle autostradali a tre corsie di marcia hanno

generalmente una sagoma policentrica con dimensioni di larghezza ed altezza che

possono assumere valori elevati e variabili dai 10 ai 15 m.


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Le aree di scavo assumono di conseguenza valori di oltre 100 mq, generando enormi

quantità di materiale lapideo da abbattere e trasportare a discarica o, se idonei, da

impiegare per la formazione dei rilevati o per la produzione di inerti per calcestruzzi o per

conglomerati bituminosi.

Le gallerie artificiali vengono costruite a cielo aperto e poi interrate. Oggi le tecniche di

costruzione per queste gallerie sono molto più veloci per l’uso di paratie in cemento

armato costituite da diaframmi a sezione rettangolare o da pali circolari a grande diametro

accostati.

Le fasi lavorative consistono in:

1. Realizzazione della paratia;

2. Scavo del nucleo di terra;

3. Realizzazione della platea di fondazione;

4. Getto successivo della copertura (fig. 1.5)


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Le gallerie per metropolitane urbane hanno generalmente sezione circolare con diametri

variabili dai 6 agli 8 metri (fig. 1.6).


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2. Terminologia

La terminologia usata nello scavo di gallerie è quella illustrata nella fig. 1.7. Si precisa che

nel caso in cui gli ammassi rocciosi siano costituiti da rocce compatte ed integre, l’arco

rovescio viene sostituito da una semplice platea.

L’arco rovescio è sempre necessario in presenza di rocce sciolte coerenti e incoerenti o

di rocce spingenti quali le argille e gli scisti argillosi

3. Le rocce e i sistemi di scavo

Una buona conoscenza della mineralogia, della geologia e della geotecnica è

indispensabile ad ogni tecnico che s’interessi di gallerie per capire la fondamentale

connessione che esiste tra le caratteristiche geologiche e geotecniche di un ammasso

roccioso che è l’insieme di rocce, acqua e aria, e la costruzione delle gallerie.

La geologia studia la genesi delle rocce, la loro composizione mineralogica, la loro

struttura e giacitura o disposizione rispetto al nord, mentre la geotecnica ne analizza le

caratteristiche fisico – meccaniche, quali ad esempio modulo di elasticità, resistenza a

rottura per compressione, per taglio, pesi specifici, granulometria e vari altri parametri.

Le rocce si dividono in tre grandi gruppi: rocce ignee, metamorfiche e sedimentarie.

Un sistema semplice per riconoscere in indagini di campagna le rocce è quello di

cospargere sul campione prelevato delle gocce di acido cloridrico per capire se nella

composizione della roccia vi sia o meno la presenza di carbonato di calcio.

Infatti se la goccia schiuma vuol dire che siamo in presenza di carbonato di calcio e

quindi la roccia può appartenere soltanto al gruppo delle sedimentarie o delle

metamorfiche. Occorre poi scalfire la superficie del campione con l’unghia o con un

temperino per saggiarne la durezza e quindi verificare o meno di quarzo che è specifico

in linea di massima delle rocce ignee, ed è un minerale che riga o scalfisce un semplice

frammento di vetro.


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Riportiamo nella Tab. 1.1 alcune caratteristiche delle più importanti rocce ignee,

metamorfiche e sedimentarie.


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4. Scavo in rocce ignee

In generale possiamo dire che le rocce ignee intrusive ed effusive garantiscono

l’adozione di metodi di scavo a piena sezione di galleria altamente meccanizzati con forti

produzioni e con abbattimento della roccia a mezzo di esplosivi. Si potrebbero abbattere

queste rocce anche con frese puntiformi o con frese full face cioè a piena sezione di

scavo, ma gli elevati costi della macchina, milioni di euro, e gli elevati costi di frequenti

sostituzioni degli utensili di taglio. Dovuti alla forte abrasività di queste rocce contenenti

minerali duri quali il quarzo e i silicati di alluminio, fanno prendere la scelta verso

l’abbattimento a mezzo di esplosivi. In sintesi, il sistema di lavoro per le grandi gallerie

autostradali e ferroviarie in rocce ignee, si estrinseca nella fase di scavo della galleria a

piena sezione mediante l’abbattimento della roccia per mezzo di volate lunghe anche due

o tre metri, i cui fori da mina vengono perforati da carri Jumbo a più bracci di

perforazione.

L’organizzazione del lavoro si sviluppa praticamente su due cantieri distinti e separati,

non interferenti fra loro, posti anche ad un centinaio di metri di distanza: il fronte di scavo

ed il fronte di getto. Sul fronte di scavo il carro Jumbo effettua la perforazione dei fori con

candelotti di dinamite gelatinosa, per ogni foro la colonna di candelotti viene interrotta da

un candelotto armato con una capsula di detonatore elettrico a tempo munito di due fili

elettrici; tutti questi fili vengono infine collegati fra loro onde formare un circuito elettrico

continuo, i cui estremi vengono collegati mediante un cavetto bipolare ad un esploditore

elettrico posto a grande distanza. Una volta effettuata la volata, cioè l’esplosione dei fori

da mina, si aspetta che i fumi dell’esplosione vengano eliminati dalla ventilazione, per

raggiungere subito dopo il fronte di scavo per effettuare un disgaggio, cioè una specie di

pulizia delle pareti eliminando eventuali massi pericolanti a mezzo bracci meccanici

snodabili portanti alle estremità palanchini o utensili metallici specifici. Si effettua lo

smarino con grandi pale gommate caricando il materiale su dumper e, dopo aver

effettuato lo smarino, si procede alla messa in opera di centine metalliche a doppio T,

intervallate di un metro e collegate fra loro con catene metalliche. Subito dopo si effettua

un prerivestimento a mezzo spritz – beton che consiste nel lancio violento contro le pareti

dello scavo di una miscela a base di cemento ed acqua con additivi chimici atti ad

accelerarne la presa. Tale rivestimento viene effettuato con macchine pneumatiche o

pompe azionate da motore elettrico o ad aria compressa.


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Prima di effettuare lo spritz – beton, alcune volte si pone sulla volta degli scavi una rete

elettrosaldata chiodata alle pareti, oppure si associa alle miscele cementizie una certa

quantità di fibre metalliche o sintetiche atte a costituire una specie di betoncino armato,

per scoraggiare eventuali distacchi di materiale non perfettamente agganciato al corpo

dell’ammasso roccioso.

Effettuate queste operazioni, che richiedono almeno due turni di lavoro, si riprende la

perforazione del fronte di scavo con carro Jumbo come prima descritto. Ad alcune

centinaia di metri di distanza si procede sul fronte di getto al rivestimento definitivo della

galleria con calcestruzzo non armato con resistenza caratteristica di 300 – 250 kg/cmq e

dello spessore generalmente pari a 50 cm, mediante il posizionamento di casseri metallici

assemblati su di un carro porta casseri munito di pistoni idraulici, atti a contenere il getto.

Si armano e si gettano tratte di lunghezza pari a 8 metri.

È chiaro che durante il posizionamento dei casseri il traffico veicolare proveniente dal

fronte di scavo viene ridotto, per cui occorre organizzare le fasi in modo specifico e

puntuale. Generalmente prima di effettuare il rivestimento definitivo della galleria, si pone

a contatto delle pareti, rivestite con betoncino, un manto impermeabile atto ad impedire

infiltrazioni di acqua nel calcestruzzo, che ne potrebbero rapidamente compromettere le

caratteristiche di resistenza meccanica, e che creano fastidiosi gocciolamenti in fase di

esercizio sui mezzi transitanti.

In queste tipologie di roccia possiamo avere avanzamenti medi giornalieri di galleria finita

dell’ordine di 5 e anche 6 metri, il che presuppone lo smarino di centinaia di mc di roccia

e di altrettante centinaia di mc di calcestruzzo da portare in opera. Da questi numeri ci si

rende conto dei numerosi problemi di carattere tecnico ed organizzativo che devono

essere affrontati dai tecnici preposti, quali:

1. centrale di betonaggio ad alta produzione ed estremamente meccanizzata;

2. autobetoniere idonee a svolgere un servizio continuo su percorsi in sotterraneo;

3. officina attrezzata di uomini e mezzi onde poter effettuare una manutenzione

periodica di mezzi meccanici impegnati in terreni fortemente abrasivi;

4. centrale di frantumazione delle rocce provenienti dallo scavo per la produzione e

selezione degli inerti per il calcestruzzo;


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5. centrale di compressione dell’aria progettata per sopperire a tutte le utenze ubicate

lungo il percorso della galleria;

6. centrale elettrica e relative diramazioni atte a fornire l’energia in tutte le zone del

cantiere;

7. mezzi meccanici quali dumper, pale meccaniche, escavatori, ruspe, martelli

perforatori e demolitori, carri Jumbo di perforazione, argani, pompe, tubazioni,

pompe per il getto dei calcestruzzi, pompe per spritz – beton, perfettamente idonei

al metodo di scavo applicato;

8. centrale di ventilazione progettata in modo tale che per tutta la durata del lavoro

vengano eliminate dal sotterraneo tutte le impurità provenienti dai gas di

combustione dei motori a scoppio, delle polveri, dai fumi dell’esplosione delle

volate e da eventuali e, in questo caso, improbabili fughe di gas immagazzinati

nell’ammasso roccioso. La ventilazione deve provvedere inoltre al raffreddamento

dell’aria in sotterraneo surriscaldata dall’aumento del gradiente termico, dal calore

sviluppato dalla presa del calcestruzzo, dalla combustione dei motori termici e da

altre fonti di energia;

9. laboratorio di tutti gli attrezzi necessari a controllare le resistenze caratteristiche dei

materiali usati, a monitorare lo stato tensionale dell’ammasso roccioso, a misurare

e controllare il grado di impurità dell’aria in sotterraneo.

[1] “Le rocce e gli scavi in galleria”


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B – Lo scavo delle gallerie mediante cunicolo pilota [2]

1. Premessa

Il cunicolo pilota, inteso come galleria a sezione ridotta lanciata in avanzamento a

garanzia della fattibilità di una sezione di scavo più grande, è un’applicazione costruttiva

in uso da sempre nel campo delle realizzazioni nel sottosuolo.

Quindi se si parla di cunicolo o foro pilota come “mezzo di costruzione” per una generica

galleria non si cita niente di originale.

La novità invece, in tema di cunicoli pilota, consiste nel fatto che essi, avendo oggi la

possibilità di realizzarli con sistemi meccanizzati molto rapidi ed affidabili in una gamma

di terreni ormai sempre più ampia, possono essere efficacemente utilizzati, per la galleria

da realizzare, anche come “mezzo di progettazione”.

Ciò che ci si propone in questo lavoro è, dopo aver esaminato la funzione del cunicolo

pilota come “mezzo di costruzione” nel corso dei tempi, di dimostrare, sulla base di

alcune recenti applicazioni, come il cunicolo possa essere considerato come “mezzo di

progettazione” e come ciò possa rappresentare una vera e propria svolta storica nel

campo delle realizzazioni in sotterraneo per gli indubbi vantaggi programmatici,

contrattuali ed economici che potrà comportare la sua sistematica adozione.

2. Il cunicolo pilota come mezzo di costruzione

Ci sembra importante, prima di entrare nel merito dell’impiego del cunicolo pilota come

“mezzo di costruzione” per la galleria, sottolineare alcuni aspetti:

a) l’utilizzazione del cunicolo pilota è stata in passato e può essere tutt’oggi, o limitata

ad alcune tratte rispetto all’intero sviluppo della galleria, per la risoluzione di

situazioni di emergenza normalmente impreviste ed imprevedibili, oppure estesa

sistematicamente a tutta la galleria da realizzare, per l’espletamento di servizi

ricorrenti lungo il tracciato in sotterraneo;

b) la sua collocazione geometrica sia in senso longitudinale sia in senso trasversale,

rispetto alla sezione di scavo definitiva, può essere riconducibile alle situazioni

sotto descritte:


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1. per la collocazione in senso longitudinale (fig. 1):

- L1: cunicolo pilota lanciato sistematicamente in avanzamento per tratte limitate,

dal fronte di scavo a piena sezione;

- L2: cunicolo pilota lanciato in avanzamento dal fronte di scavo a piena sezione

ed utilizzato solo localmente per il superamento di accidenti tettonici o

idrogeologici;

- L3: cunicolo pilota “passante”, realizzato preventivamente allo scavo di piena

sezione, lungo tutto lo sviluppo della galleria da realizzare;

2. per la collocazione in senso trasversale (fig. 2):

- T1: cunicolo pilota ricavato all’interno della sezione della galleria da realizzare;

da notare che la sua collocazione altimetrica rispetto al piano dei centri viene di

volta in volta dettata dalla specifica utilizzazione.

Ad esempio se il cunicolo viene realizzato con funzione esclusivamente

drenante, allora sarà collocato in platea della costruenda galleria; se viene

invece impiegato per realizzare dei preconsolidamenti, il cunicolo verrà

collocato preferibilmente nella zona di calotta o centralmente alla sezione di

scavo definitiva;

- T2: cunicolo pilota collocato lateralmente, all’esterno della sezione di scavo

della galleria definitiva, con interasse tale da rendere minima l’influenza

reciproca dei due cavi;


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- T3: cunicolo pilota collocato nella zona di calotta, all’esterno della sezione di

galleria da realizzare, ad una quota tale da non compromettere lo scavo delle

galleria definitiva.

c) nei riguardi dei sistemi di scavo, che possono essere impiegati per la realizzazione

del foro pilota, normalmente si fa riferimento, a seconda dei tipi di terreno da

affrontare, allo:


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- scavo con il “metodo tradizionale” (Foto 1), o avanzamento mediante volate

successive, con incidenze di esplosivo sempre piuttosto elevate e normalmente

superiori del 100% rispetto a quelle dell’avanzamento a piena sezione. Questo

sistema, che ben si adatta ai terreni lapidei, permette produzioni medie di 10

m/g;

- scavo mediante “scudo” più o meno attrezzato per lo scavo meccanizzato in

terreni sciolti e in terreni coesivi, con produzione media di 20 m/g (Foto 2);


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- scavo con “fresa” ad attacco integrale e continuo, con produzioni medie di 40

m/g per terreni lapidei (Foto 3);


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Questo sistema di scavo si è rilevato, sulla base di recenti esperienze,

particolarmente flessibile, consentendo avanzamenti, su tratte limitate, anche in

terreni sciolti, in terreni coesivi, in occasione di forti gradienti e di manifestazioni

idrauliche dell’ordine di qualche migliaio di litri al secondo (foro pilota FS S.

Leopoldo, 3600 l/sec. Foto 4).


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Che l’impiego del cunicolo pilota non rappresenti una novità nello scavo delle gallerie lo

testimoniano le numerose applicazioni registrate nel passato e che ancora oggi trovano

largo impiego. Si ritiene interessante a questo proposito, ripercorrere insieme alcune delle

principali applicazioni, can particolare riferimento all’analisi dei motivi che, nelle diverse

realizzazioni, hanno portato all’adozione di cunicoli pilota (Fig. 3)

Traforo ferroviario del Fréjus - Anno 1860 - Lunghezza 12800 m

In questo caso, come per gli altri grandi trafori alpini quali il S. Gottardo ed il Sempione, il

cunicolo pilota, chiamato “galleria di direzione”, precedeva sistematicamente

l’avanzamento del cantiere d’allargo.

Durante il traforo del Fréjus, in particolare il cunicolo di avanzamento venne realizzato

all’interno della sezione definitiva a quota platea (Fig. 4), con la funzione primaria di vano


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ad uso dei topografi per il tracciamento e secondaria di decompressione preventiva

dell’ammasso roccioso sotto forte coazione a causa degli elevati carichi litostatici.

A proposito di quest’ultima funzione è interessante aprire una parentesi per far notare

come la carenza di mezzi adeguati, per il contenimento delle pareti di scavo (spritz -

beton e bullonature), obbligasse progettisti e costruttori a subire passivamente i fenomeni

deformativi, conseguenti all’apertura del cavo stesso, senza la minima possibilità di poter

intervenire per regimarli; ciò significava, quindi, accettare anche la creazione di una zona

elasticizzata di notevole potenza al contorno della futura sezione e l’innesco di quei

fenomeni di fluage, che normalmente risultano proporzionali ai volumi di roccia interessati

dalla rottura per sovratensione.

Galleria Ferroviaria Zuc del Bor (Udine) – Anno 1983 – Lunghezza di cunicolo 650 m

La galleria Zuc del Bor appartiene al tronco Carnia – Pontebba della linea ferroviaria

Udine – Tarvisio ed è la più lunga opera sotterranea (9233 m) nell’ambito del raddoppio

della Pontebbana.


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Per superare un accumulo di materiale (detrito di frana) completamente incoerente,

eterogeneo ed instabile nella zona iniziale dell’imbocco sud, è stato realizzato un cunicolo

pilota, ubicato fuori della sezione di scavo in zona calotta, che ha permesso il

consolidamento preventivo del terreno attorno alla sezione di scavo definitiva, garantendo

in tal modo la sicurezza operativa e permettendo l’avanzamento sistematico a piena

sezione della galleria principale.

Lo schema, con le varie tipologie di consolidamento, è riportato in Fig. 6; la Foto 7 illustra

gli imbocchi del cunicolo e della galleria.


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Galleria Ferroviaria Monte Olimpino 2 – Anno 1984 – Lunghezza 7209 m

Per evitare tutti i disagi del movimento ferroviario, derivanti dalla vecchia sagoma della

Galleria Monte Olimpino 1 e dalle forti pendenze della linea da Como verso Chiasso, è

stato studiato un tracciato di variante, in cui si inserisce, con la sua lunghezza di 7,209

km, la galleria in oggetto.

Dall’imbocco lato Chiasso è stato eseguito, per un tratto di circa 4500 m, un cunicolo

pilota con fresa ad attacco integrale e continuo di diametro 3,60 m (Foto 8), per risolvere

due tipi di problemi: la preventiva esplorazione geologico geotecnica della formazione

lungo il tracciato, il drenaggio in corrispondenza alla formazione calcarea.


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Linea Metropolitana MM3 e Passante Ferroviario (Milano) - Anno 1983/85

La costruzione delle gallerie di corsa della Linea 3 del Passante (date le particolari

caratteristiche del terreno di Milano incapace di auto sostenersi anche per brevi periodi),

quando sia prevista l’esecuzione dello scavo a foro cieco, risulta di difficile realizzazione

senza lo scavo di un cunicolo pilota attraverso il quale, con iniezioni, si possa consolidare

preventivamente un adeguato spessore di terreno al contorno delle sezione definitiva (fig.

7)


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Fig. 7 – Schema delle fasi operative

Le tecnologie adottate per la realizzazione di questo cunicolo pilota sono essenzialmente

due:

- un sistema convenzionale, che consiste nell’alternare tratte di scavo di 9 m con

tratte di preconsolidamento mediante jet – grouting in avanzamento di 12 m (

Foto 9)


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Foto 9 – Metropolitana Milanese, Linea 3 (1985) – Cunicolo pilota realizzato mediante consolidamento jet – grouting

- un sistema meccanizzato con scudo ad abbattimento continuo ed integrale,

con posa in opera immediata di un rivestimento in panconcelli di legno confinati

da centine metalliche, in modo da contenere subito lo scavo e non innescare

decompressioni (Foto 10)

Entrambe le soluzioni hanno pienamente soddisfatto tutte le richieste della Committenza

e danno ampie garanzie di sicurezza nei confronti della stabilità delle strutture di

superficie.


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Galleria Ferroviaria Caponero (San Remo) – Anno 1985 – Lunghezza di cunicolo

3570 m

Sottopassare con la galleria ferroviaria l’abitato di San Remo in zone particolarmente

delicate per densità e vetustà di edifici, significava risolvere gli impegnativi problemi del

controllo delle vibrazioni e dei cedimenti.

La soluzione è stata fornita grazie all’impiego del cunicolo pilota, posizionato all’interno

della sezione definitiva, nella zona di calotta, realizzato con fresa ad attacco integrale e

continuo di 3,50 m di diametro.

Come descritto già in altri casi, l’eliminazione della rinora ha dato la possibilità di operare

gli allarghi con minore incidenza dell’esplosivo, quindi con effetti ridotti dell’onda d’urto

prodotta dalle volate e miglior contenimento delle vibrazioni indotte nell’A.R. e sugli

edifici.


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Galleria Ferroviaria Zuc del Bor (Udine) – Anno 1986 – Lunghezza di cunicolo 3800

m

Nell'ambito dei lavori per la realizzazione della galleria ferroviari Zuc del Bor, il cunicolo

pilota ha trovato un'ulteriore applicazione.

Per limitare i notevoli ritardi accumulati a seguito di una preventiva geognostica di tipo

tradizionale, rilevatasi insufficiente e per ricondurre l'esecuzione della galleria nei tempi

programmati, è stato realizzato un cunicolo pilota con fresa ad attacco integrale e

continuo di 3,50 m di diametro che, a partire dal paramento di valle della galleria

principale a progr. 2800 (foto 11), è avanzato parallelamente alla galleria, ad un interasse

di circa 50 m, fino a superare, prima di rientrare in asse, il fronte di avanzamento a piena

sezione di circa 1000 m; ciò avrebbe permesso di lasciare al cantiere di avanzamento a

piena sezione, anche durante l'operazione di scavo del cunicolo, un polmone di lavoro di

circa 1 anno, tempo entro il quale si stimava che il foro pilota potesse essere completato

fino all'imbocco nord (fig. 8).


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Questo singolare tipo di applicazione del foro pilota, ha dato risultati più che

soddisfacenti, tenuto conto che la fresa ha fatto registrare produzioni medie di circa 4

volte superiori a quelle dell'avanzamento tradizionale.

Dall'esame dei casi di applicazione, sopra esposti, emerge che le funzioni attribuite al

cunicolo pilota nelle varie situazioni sono molteplici, drenaggio, controllo vibrazioni,

preconsolidamento, ecc.

E' opportuno far notare che ciascun cunicolo, pur essendo realizzato con una funzione

ben precisa, ha potuto assolvere contemporaneamente a molte altre esigenze operative;

per esempio il cunicolo pilota eseguito nella Galleria Ferroviaria Zuc del Bor (1986), citato

precedentemente, pur essendo stato realizzato con la specifica finalità di accelerare i

lavori di costruzione della galleria in oggetto, ha assolto ad altri compiti non meno

importanti quali:

• prospezione geologico – geotecnica;

• superamento di accidenti geologici tettonici a sezione ridotta;

• abbattimento delle pressioni idrostatiche;

• possibilità di realizzare preconsolidamenti preventivi all'allargo;


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• possibilità di ridurre le incidenze di esplosivo durante la fase di allargo;

• ventilazione dei cantieri in fase di scavo.

Se, parallelamente alle applicazioni già sopra citate, si prendono in esame le conclusioni

a cui sono pervenuti i diversi autori delle memorie dedicate ai cunicoli pilota presentate al

Congresso Internazione su "Grandi Opere Sotterranee" tenutosi a Firenze nel giugno del

1986, si ricava un quadro completo sui reali vantaggi tecnico – operativi che può offrire

l'impiego del cunicolo pilota nello scavo delle gallerie.

Questi sono prodotti dalla possibilità:

1 – di eseguire un prospezione avanzata in avanzamento di fondamentale importanza

onde eliminare ogni tipo di imprevisto geologico – geotecnico, idrogeologico;

2 – di operare il rilevamento geologico – geotecnico continuo e sistematico lungo il

tracciato, che garantisca un quadro diretto e completo della situazione litostratigrafica

geostrutturale e idrogeologica eliminando completamente le prospezioni in sondaggio

eseguite dalla superficie peraltro puntuali e che il più delle volte presentano difficoltà

operative al limite della fattibilità;

3 – di superare accidenti tettonici e geostrutturali a sezione ridotta, con la possibilità di

contenere e regimare in sicurezza qualsiasi fenomeno di instabilità rispetto alla piena

sezione;

4 – di effettuare preconsolidamenti preventivi alla realizzazione della grande sezione,

agendo direttamente su quelle porzioni di ammasso che presentano difficoltà di auto –

sostentamento, quindi ottimizzando gli interventi stessi.

5 – di abbattere le pressioni idrostatiche e di regimare i gradienti idraulici;

6 – di detensionare l'ammasso nel caso di presenza di forti stati latenti di tensione o di

grandi carichi litostatici con la possibilità di rilevare quasi in scala reale l'evoluzione

deformativa dell'ammasso roccioso;

7 – di contenere le vibrazioni conseguenti all'onda d'urto prodotta dalle volate in fase di

allargo grazie all'eliminazione della rinora;


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8 – di diminuire il disturbo all'ammasso roccioso al contorno dello scavo nella piena

sezione grazie alla minore incidenza di esplosivo durante la fase di allargo;

9 – di poter ventilare naturalmente il cantiere d'avanzamento (caso di cunicolo pilota

"passante");

10 – di ridurre i tempi di esecuzione della galleria principale, dal momento che la

disponibilità del cunicolo pilota passante offre l'opportunità mediante la realizzazione di

pozzi, discenderie e finestre d'accesso, di affrontare gli allarghi a piena sezione da più

punti d'attacco lungo lo sviluppo della galleria in costruzione.

È chiaro come tutta questa serie di vantaggi tecnico – operativi offerti dall'adozione del

cunicolo pilota comporti, nella realizzazione di una galleria, indubbi riflessi positivi sotto

l'aspetto programmatico, contrattuale ed economico.

Da un punto di vista programmatico l'esecuzione del foro pilota gioca un ruolo essenziale.


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La richiesta di tempi minimi per l'impianto di cantiere e la possibilità di poter contare su

produzioni medie – elevate anche nel caso di superamento di accidenti tettonici, fanno si

che per gallerie di lunghezza dell'ordine di 5000 – 7000 m la completa realizzazione del

foro pilota possa rientrare negli usuali tempi d'impianto cantiere per l'avanzamento a

piena sezione.

D'altra parte la presenza del foro pilota prima dell'inizio dei lavori di allargo a piena

sezione, permette di potere quantificare, in termini di estensione e di tempi, gli interventi

che garantiranno la sicurezza operativa della fase d'allargo, consentendo anche un

programma esecutivo degli allarghi stessi aderente alle reali condizioni dell'A.R.

In termini contrattuali, la presenza del foro pilota, potendo trattare il momento del progetto

esecutivo alla stessa stregua di una qualsiasi altra opera d'ingegneria, consente di

eliminare, una volta per tutte ed in maniera radicale, il contenzioso che in genere si

instaura fra Ente Appaltante e Impresa.

L'attuale orientamento delle Committenze è quello di scorporare l'esecuzione del foro

pilota dall'appalto delle opere d'allargo, evitando in tal modo tutte le alee di rischio

connesse ad un'offerta basata su di una conoscenza dell’A.R. Incompleta ed

approssimativa.

In termini economici, si potranno registrare da un lato vantaggi "diretti" derivanti dal

risparmio:

• sulla campagna geognostica di superficie (sondaggi verticali in asse galleria,

geosismica, geoelettrica, ecc.);

• per il minore consumo di esplosivo;

• per le minori spese di ventilazione durante la costruzione;

• per l'ottimizzazione degli interventi di preconsolidamento, operati direttamente sulla

zona interessata da particolari accidenti geologico – geotecnici;

dall'altro vantaggi "indiretti" dovuti al fatto di poter programmare in maniera aderente alla

realtà tutte le operazioni e tutte le fasi di scavo della piena sezione con sicurezza quasi

completa di rientrare, in termini di tempi tecnici e di spesa, entro i limiti previsti.


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3. Cunicolo pilota come mezzo per la progettazione

Tra le diverse funzioni, in precedenza analizzate, alle quali può assolvere il cunicolo pilota

"passante" nella realizzazione di una galleria, la funzione di gran lunga più importante e

rivoluzionaria è di offrire, allora, la possibilità di progettare la galleria nel suo assetto

definitivo come una qualsiasi altra opera di ingegneria e cioè in aderenza alla realtà; ciò

significa che la galleria diventa un'opera programmabile con tutto ciò che ne deriva in

termini contrattuali, di tempi e di costi.

Il cunicolo pilota "passante", utilizzato fino ad oggi solo come "mezzo per la costruzione"

di gallerie, d'ora in poi potrà e verrà impiegato anche come "mezzo per la progettazione"

producendo così, per le conseguenze che porterà nel campo delle grandi realizzazioni in

sotterraneo, una svolta che, senza mezzi termini è possibile definire storica.

Si può allora parlare di nuova metodologia o di progettazione di una galleria con il

"metodo del foro pilota". Le basi del metodo sono state gettate da alcuni autori in

occasione del Congresso sulle Grandi Opere Sotterranee 1986 e sono riprese in questa

sede al fine di offrirne, alla luce anche di recenti esperienze, un inquadramento più

organico.

Il "Metodo RS" del foro pilota (Becchi – Calistri – Lunardi – Orsi, 1986) rappresenta, nel

suo insieme di procedure, il primo tentativo di inquadramento del problema e si propone

come una vera alternativa ai tradizionali metodi d'indagine finalizzati alla progettazione

delle gallerie.

Mediante la raccolta e la successiva elaborazione dei dati ricavabili dall'apertura di un foro

pilota (un sondaggio orizzontale a misura d'uomo) realizzato con una macchina fresatrice

per lo scavo integrale e continuo, si riesce ad avere una completa ed organica

caratterizzazione dal punto di vista litostratigrafico, geo – strutturale, geomeccanico e

idrogeologico dell'ammasso interessato dallo scavo.

L'esecuzione di un cunicolo con una fresa di piccolo diametro (3 � 4 m) è attualmente

quanto di più avanzato si possa richiedere ai metodi di indagine preventiva, in quanto lo

stato di alterazione e la condizione di fratturazione che si possono rilevare all'interno del


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cunicolo subito dopo il passaggio della macchina, coincidono ragionevolmente con le

caratteristiche dell'ammasso allo stato naturale.

Infatti, malgrado che la spinta globale esercitata sul fronte della testa di abbattimento

possa essere molto elevata, il valore unitario della spinta non supera qualche kg/cmq, per

cui gli effetti di disturbo sulla roccia sono minimi.

Il rilievo geologico – geostrutturale di dettaglio eseguibile all'interno del foro pilota,

l'acquisizione sistematica dei parametri inerenti il comportamento della fresa durante lo

scavo, la verifica delle elaborazioni sui dati fresa e la determinazione di altre

caratteristiche geomeccaniche mediante prove e misurazioni in sito, permettono di

effettuare una progettazione aderente alle reali condizioni incontrate dal tracciato della

galleria da realizzare.

È importante sottolineare fin dall'inizio che i presupposti per la corretta applicazione del

"Metodo RS" per la progettazione di una galleria sono:

• l'impiego di una fresa ad abbattimento integrale e continuo opportunamente

strumentata;

• terreni le cui caratteristiche geomeccaniche possono garantire, in termini di spazio

e di tempo, un minimo di stabilità del foro fresato e velocità di avanzamento della

macchina da medie ad elevate;

• la presenza del foro pilota lungo tutto lo sviluppo della galleria (cunicolo

"passante").

L’apertura del foro pilota, dati i mezzi e le modalità di esecuzione, dà la possibilità di

avere a disposizione una serie di metodologie di caratterizzazione che, considerate nel

loro insieme, danno un quadro globale esauriente di tutti gli elementi necessari ad una

progettazione esecutiva.

Nell’impostazione di tale tipo di progettazione i possibili elementi d’analisi sono 3 (fig. 9):


32

1 – il volume di scavo del foro pilota;

2 – la superficie ed il profilo di scavo del foro;

3 – l’ammasso roccioso al contorno.

Sulla base dei dati forniti dall’analisi di questi elementi e dall’osservazione diretta sul

comportamento dell’A.R., sia all’atto dello scavo, che per i periodi di tempo successivi

durante i quali avviene l’evoluzione delle pareti perimetrali del foro per alterazione dovuta

al contatto con l’atmosfera ed all’insorgere delle sovratensioni indotte dall’apertura del

cavo, potranno poi essere individuati i sistemi di calcolo più adeguati per la verifica della

stabilità della galleria in fase di allargo e per il dimensionamento degli interventi di

stabilizzazione e di contenimento delle pareti di scavo a breve e lungo termine (fig.10)


33

Il volume di scavo

Il cunicolo pilota realizzato con una grande fresa ad attacco integrale è, a grande scala,

l’equivalente di un sondaggio eseguito a distruzione di nucleo.

Dal momento che l’esame del materiale di risulta della fresatura può fornire solo scarse

indicazioni, l’attenzione del progettista deve rivolgersi ad un aspetto ben più significativo:

al lavoro compiuto dalla macchina sia per distruggere il nucleo di terreno competente sia

per avanzare nel “mezzo” ammasso roccioso.

Seguendo questa strada, si nota come la caratterizzazione geomeccanica della roccia

sottoposta all’azione di abbattimento dalla macchina fresatrice ad attacco integrale e

continuo sia possibile tramite l’analisi dei parametri di avanzamento e di funzionamento

della macchina stessa.


34

Gli studi fino ad ora compiuti sull’interazione roccia – fresa si sono rivolti per lo più alla

qualificazione geomeccanica dell’A.R. mediante prove di laboratorio ed in sito, con il

preciso scopo di definire la fresabilità di un terreno in riferimento ad un tipo o ad un altro

di macchina.

Inizialmente i ricercatori hanno tentato la strada dell’analisi comparativa con la

perforazione rotary, cercando di trasferire al campo dello scavo con la fresa tutta

l’esperienza ed i risultati ottenuti nel campo delle perforazioni.

Nello sviluppo storico delle macchine ad abbattimento integrale e continuo il primo

tentativo di correlare le prestazioni dei tunneler con qualche caratteristica della roccia, ha

preso in esame essenzialmente prove di laboratorio quali la resistenza a rottura sotto

compressione semplice e il contenuto di quarzo come indice di “abrasività”.

I parametri dedotti esclusivamente da prove di laboratorio non si sono rilevati in grado da

soli di descrivere l’ammasso roccioso in modo sufficiente a caratterizzare il

funzionamento della macchina.

Il problema metodologico è andato emergendo con lo svilupparsi delle ricerche: è

evidente infatti che anche le condizioni geostrutturali dell’ammasso roccioso rilevabili in

sito dovessero avere la loro importanza.

È stata quindi tentata la strada dell’analisi a posteriori, cioè dal confronto fra i dati

geologici e geotecnici rilevati durante l’esecuzione del lavoro ed i dati di funzionamento

ed avanzamento della fresa, cercando quindi una relazione tra uno o più parametri

caratteristici della roccia e la perforabilità con fresa della roccia stessa.

A tutt’oggi la ricerca non ha esplicitato nessun legame funzionale ma, se non altro, ha

permesso di individuare i parametri che maggiormente influenzano le prestazioni di una

fresa in un dato contesto geologico – tecnico.

Lo stato dell’arte in questo campo può essere considerata la memoria di “N. Innaurato ed

altri” presentata al Congresso di Firenze del giugno 1986.

Secondo gli autori la definizione di un eventuale coefficiente di escavabilità, mediante

fresa, dovrà dipendere: da un parametro della roccia misurato in laboratorio; da un fattore

di qualità della roccia in posta che comprenda la globalità della discontinuità, la loro


35

orientazione, le caratteristiche delle superfici; da un fattore di penalizzazione per

l’attraversamento di zone di minor resistenza, da un fattore di abrasività della roccia.

Disponendo di un tale coefficiente, si avrà la possibilità di stimare il tempo totale

necessario allo scavo con fresa e di fare conseguentemente una previsione sul

comportamento della fresa stessa.

Nell’ottica del “Metodo RS” del foro pilota, invece, ci si preoccupa meno di studiare a

fondo il problema della “fresabilità”, e si da per certa, vista l’elasticità e l’adattabilità

raggiunta dalle macchine ai vari tipi di terreno, la fattibilità dello scavo meccanizzato ed

un suo sicuro rendimento.

Da qui deriva una diversa impostazione del problema dell’interazione roccia – fresa: fino

ad ora si ricercava un indice di abbattibilità della roccia, partendo dalla conoscenza delle

caratteristiche meccaniche di quest’ultima, oggi l’obbiettivo può essere quello di sfruttare

le prestazioni stesse della macchina, unitamente ad altre informazioni, allo scopo di

caratterizzare l’ammasso roccioso per la progettazione esecutiva della futura galleria:

l’impostazione del problema del “Metodo RS” viene così praticamente ribaltata.

Partendo dal dato di fatto che, grazie al progresso tecnologico, le frese hanno subito una

profonda evoluzione, potendo oggi affrontare sia le rocce più dure sia, con le dovute

cautele, anche formazioni che non sempre garantiscono la stabilità del cavo, si è

ipotizzato di poter utilizzare la fresa stessa come “elemento sensibile” atto a differenziare

le zone a diversa resistenza geomeccanica, pur nei limiti e con le precisioni proprie della

grande scala dell’ammasso.

Attraverso l’analisi e l’elaborazione delle registrazioni continue dei parametri di

funzionamento e di avanzamento della fresa è possibile avere una documentazione

precisa e oggettiva di ciò che la macchina incontra durante le sue fasi di scavo; variazioni

di comportamento della macchina denunciano mutamenti nella situazione geostrutturale

e geomeccanica (a meno di variazioni dovute a problemi tecnici propri della macchina

stessa che sono facilmente rilevabili e identificabili).

In fig. 11 si vede un esempio di output grafico dell’archivio dati fresa (“scheda tipo 1”), in

cui sono riportati tutti i valori puntuali dei parametri propri del funzionamento della


36

macchina (memorizzati direttamente in cantiere con un sistema di acquisizione

automatico) oltre ad alcune elaborazioni.

In fig. 12 invece è riportato un quadro da cui si può notare come l’archivio automatizzato

permette anche di avere una visione completa sul comportamento della fresa per tratte

più o meno lunghe o su tutta la lunghezza della galleria; oltre alla velocità d’avanzamento

e alla spinta alla testa è riportato anche l’andamento dell’energia specifica, parametro la

cui utilità verrà chiarita di seguito.

L’ipotesi d’uso della fresa nel “Metodo RS” è quindi quello di riuscire a stimare in modo

continuo la resistenza dell’ammasso in funzione dei parametri di avanzamento e di

funzionamento della fresa stessa.


37

Da un’attenta analisi degli studi effettuati fino ad oggi, ed in considerazione della nostra

esperienza, si è ritenuto possibile per la determinazione della resistenza dell’ammasso

percorrere due strade distinte:

1) Seguire la teoria dei penetratori lineari (Mancini, 1975), applicata al meccanismo di

penetrazione dei dischi nella roccia attraverso la quale note le caratteristiche di

spinta e di avanzamento è possibile determinare le caratteristiche di resistenza

della roccia stessa;

2) Adottare come riferimento l’energia specifica: “la quantità di energia necessaria a

rompere un’unità di volume di roccia” (Teale, 1965); tentativi di correlare la

resistenza a compressione monoassiale da prove di laboratorio e valori di energia

specifica sono stati compiuti fin dal 1972 da Gaye anche se con finalità diverse.


38

Con il sistema d’acquisizione automatica studiato della Rocksoil di Milano in

collaborazione con la SIS Geotecnica e con un software debitamente preparato è

possibile ottenere per ognuno dei due metodi una funzione continua per tutta la

lunghezza dello scavo.

Da notare che la maggiore differenza fra le due strade è rappresentata da un maggior

campo di variazioni dei valori di resistenza stimati usando la teoria dei penetratori rispetto

all’energia specifica di scavo.

Il criterio che attualmente si sta verificando è quello secondo il quale l’energia specifica di

scavo, calcolata come potenza impiegata dai motori della testa fresante per abbattere un

metro cubo di roccia, è legata funzionalmente, con l’approssimazione della grande scala,

alla resistenza intrinseca dell’ammasso.

Tale criterio sembra che ben rappresenti le condizioni reali.

Dall’esperienza conseguita si è evidenziato che questo criterio non è però verificato in

terreni caratterizzati da forte alterazione o fatturazione quali paleofrane, paleoalvei, o zone

di faglia nelle quali la testa impiega la quasi totalità della sua potenza non tanto

nell’azione di scavo ma in operazioni quali il brandeggio del fronte, la raccolta e

l’allontanamento del materiale di risulta o nel superamento di situazioni molto particolari.

Superficie e profilo di scavo del foro pilota

La superficie perimetrale del foro pilota, per il ridotto disturbo prodotto dall’azione della

fresa, può considerarsi un libro aperto a scala naturale, su cui si possono leggere le

vicende stratigrafiche, litologiche, strutturali, tettoniche ed idrogeologiche dell’ammasso

roccioso (fig. 12,13).

Il metodo del foro pilota prevede una raccolta ed un’archiviazione automatica di tutti i dati

connessi a:

- indice di fatturazione;

- giacitura dei piani di discontinuità;

- geometria delle fratture;


39

- caratteristiche del materiale di riempimento;

- scabrezza e resistenza delle superfici a contatto;

- rilasci di roccia;

- interventi di consolidamento;

- venute d’acqua;

- caratteristiche fisico – meccaniche della matrice rocciosa;

- tipo litologico;

- carico citostatico.

Per l’archiviazione si è messo a punto una scheda di rilievo dati nella quale è possibile

sintetizzare ogni elemento di spicco e che rende praticamente immediato il trasferimento

dei dati stessi sull’elaboratore (fig.13).

Con il software, che crea per ogni galleria l’archivio dei dati geologici avendo in memoria

anche tutte le caratteristiche geometriche del tracciato, è possibile avere in output delle

schede su cui in modo chiaro e sintetico sono riportati tutti i dati del rilievo.


40

Un esempio di tale uscita grafica (“scheda tipo 2”) e la leggenda dei dati che attualmente

è possibile archiviare è riportato in fig. 14.

Fig. 14a – Legenda archivio dati geologici

L’archivio automatizzato consente di avere la piena disponibilità e gestibilità dei dati

rilevati in galleria; è possibile eseguire automaticamente il calcolo dell’indice di

suddivisione Irs [ml/m2] su una tratta di cunicolo qualunque (vedi fig. 15) oltre di poter

disporre di schede su cui vengono riassunti, per tratti di galleria in esame, l’andamento


41

qualitativo di tutti i parametri di rilievo, ad esempio in figg. 16 e 17 sono riportati il tipo di

andamento dei distacchi e degli interventi.


42

La conoscenza dei tipi di interventi di stabilizzazione (foto 14 e 15), la localizzazione sul

contorno del cavo del fuori sagoma e dei fenomeni di instabilità (foto 16) permette poi di

formulare, per ogni tratta di galleria, attendibili ipotesi progettuali.


43


44

Ammasso roccioso al contorno del foro pilota

Lo studio del comportamento allo scavo dell’A.R. al contorno del foro pilota, condotto sia

in fase di avanzamento della fresa sia una volta ultimato il traforo, permette di integrare il

quadro geologico – geomeccanico fornito dai rilevamenti descritti ai punti relativi da un

lato all’abbattimento meccanizzato del nucleo, dall’altro alla profilatura del cavo, agli

interventi di stabilizzazione, alla situazione geostrutturale, ecc.

La possibilità di accedere attraverso il cunicolo pilota a qualsiasi punto del tracciato,

agendo su porzioni di ammasso praticamente indisturbate grazie al tipo di abbattimento

adottato, offre l’opportunità di cogliere con estrema chiarezza la risposta dell’A.R., in

termini di deformabilità, alla mutata situazione dello stato tensionale al contorno del cavo

(fig. 18).

Le deformazioni superficiali del profilo di scavo sono rilevabili, durante la loro evoluzione

nel tempo e nello spazio, attraverso le letture di convergenza tra i riferimenti fissati alle

pareti di scavo.


45

Le deformazioni profonde, all’interno dell’A.R., sono invece rilevabili attraverso il

posizionamento di sondaggi radiali a partire dal cunicolo di 2estensimetri recuperabili”

(foto 17 e 18).


46


47

Con questo tipo di strumento, studiato appositamente per le applicazioni del foro pilota, è

possibile seguire l’evoluzione dei fenomeni deformativi interni all’ammasso, dal momento

dell’apertura del cunicolo, all’apertura degli allarghi fino al getto dei rivestimenti definitivi.

La caratterizzazione geomeccanica dei diversi tipi litologici, ben identificabili lungo le

superfici di scavo, viene poi completata attraverso l’esecuzione di prove di laboratorio,

eseguite su campioni prelevati in sondaggi radiali e da prove in sito di tipo tradizionale,

quali (fig. 19):

- prove di martinetto piatto in parete per l’identificazione e la lettura degli stati di

coazione al contorno del cavo (Foto 19);

- martinetto cilindrico per la determinazione dei moduli di deformazione totale e di

elasticità dell’ammasso (Foto 20).


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A ciò si accompagna l’osservazione diretta e il rilevamento dei fenomeni di rottura

immediata o differita al contorno di scavo (colpi di tensione, flambage, estrusione di

materiale d’interstrato, ecc.)

Aspetti progettuali

Abbiamo visto come la raccolta sistematica dei parametri di funzionamento della fresa in

fase di scavo possa permettere la produzione di “schede tipo 1” (fig. 11), dalle quali,

mediante opportune elaborazioni, sembra possibile ricostruire l’andamento della

resistenza dell’ammasso dei diversi litotipi interessati dal tracciato del cunicolo pilota.

D’altra parte si è constatato come il rilevamento di dettaglio e continuo del profilo e della

superficie di scavo in termini litostratigrafici, strutturali, di tipologie, di instabilità e di

interventi di stabilizzazione porti alla complicazione di “schede tipo 2” (fig. 14), dalle quali,

attraverso elaborazioni, si possono ricavare diagrammi di classificazione dell’ammasso

roccioso in categorie di comportamento (“schede tipo 3”) che, sulla base di recenti


49

esperienze (Becchi, Calistri, Lunardi, Orsi 1986), risulta essere molto simile a quello della

resistenza d’ammasso fornita dalla “scheda tipo 1”.

La caratterizzazione geomeccanica, ottenuta attraverso prove in sito all’interno del foro

pilota, e le prove di laboratorio completano poi il quadro generale, permettendo di

attribuire alle diverse categorie di comportamento individuate attraverso le “schede tipo

2” quei parametri geotecnici necessari per operare in fase di progettazione la diagnosi dei

carichi, la previsione dei fenomeni deformativi, la definizione degli interventi di

contenimento del cavo a breve e a lungo termine in piena aderenza alla realtà.

4. Considerazioni conclusive

Ad integrazione di quanto trattato, che dovrà essere oggetto di ulteriori affinamenti,

anche in vista di future applicazioni è opportuno aggiungere alcune considerazioni:

- anche se fino ad oggi le esperienze in fatto di cunicoli pilota si riferiscono a gallerie

di lunghezza non inferiore a 4 km circa, non è da escludere che, per il futuro,

grazie alla sempre più ridotta incidenza dei tempi di montaggio e smontaggio di

cantiere delle apparecchiature fresanti, l’impiego del cunicolo pilota possa essere

esteso con beneficio tecnico ed economico anche nella costruzione di galleria più

corte: almeno fino ad 1 km;

- le recenti esperienze indicano che il campo di applicazione di macchine fresanti ad

azione integrale, grazie alla messa a punto di particolari artifici meccanici, si va

sempre più ampliando. Oggi praticamente tutti i terreni a consistenza lapidea da

fratturati a molto fratturati fino ad incoerenti possono essere affrontati con

successo. È ovvio che, per il raggiungimento ottimale della macchina bisogna, in

fase di definizione dei tracciati delle gallerie (quindi dei fori pilota) ridurre al minimo

gli attraversamenti di accidenti tettonici che normalmente si manifestano come

fasce di materiali cataclasati, milonitizzati, talvolta inglobati in matrice argillificata a

consistenza plastica.

D’altra parte in terreni coesivi a consistenza plastica, prevedibili su lunghe tratte, la

fresa ad attacco integrale dovrà essere sostituita da scudi attrezzati per la posa di

prerivestimenti di tipo prefabbricato.


50

- nel campo della progettazione e della costruzione delle opere sotterranee in

generale da qualche anno si sta verificando un profondo processo evolutivo, che si

può spiegare solo come un adeguamento ai progressi compiuti dall’uomo negli

ultimi decenni in campo sociale economico, scientifico e tecnologico.

Progettare e costruire galleria è sempre stata considerata un’arte e in passato,

progettazione e costruzione, nella pratica si sono spesso identificate.

È sempre stato, e in parte lo è anche oggi, uno dei pochi campi dell’ingegneria dove, per

la moltitudine di variabili che entrano in gioco, la realizzazione di un’opera viene ancora

considerata un’avventura e l’opera finita è tutt’ora considerata come una costruzione

unica nel suo genere, irripetibile e non riproducibile.

Oggi, questo tipo di impostazione, che lascia molto all’improvvisazione, non si sposa più

con le esigenze di pianificazione e programmazione sia in termini di tempi di esecuzione

sia in termini di costi; ciò significa che progettazione e costruzione di un’opera

sotterranea non possono più identificarsi, e che entrambe devono avere un ruolo, in

senso cronologico e pratico, ben definito.

Sotto quest’aspetto, l’impiego del foro pilota rappresenta sicuramente un punto di

partenza, in quanto affida per la prima volta alla progettazione, uno spazio ed un ruolo

che, nella storia delle gallerie, non ha mai posseduto, garantendo in fase di assunzione

progettuale e di scelte costruttive una grande chiarezza.

Il “Metodo RS” proposto per la progettazione, rappresenta invece un primo tentativo di

dare un inquadramento organico a questo nuovo sistema operativo, un primo approccio

ad un tema solo di recente oggetto di attenzione da parte degli addetti ai lavori, per il

quale riamane molto da fare sia sotto il profilo tecnico, sia sotto il profilo sperimentale.

[2] “Lo scavo delle gallerie mediante cunicolo pilota” – Pietro Lunardi – Le strade (anno

XCV, n. 1292 marzo/aprile 1993


51

C - Le gallerie ferroviarie e la sicurezza [3]

1) Introduzione

Il progetto di ogni struttura o sistema ingegneristico più o meno complesso è il risultato

della combinazione congiunta di diversi fattori/obbiettivi che possono però sempre

riassumersi in tre categorie: la funzionalità dell’opera cui l’opera stessa è riferita; la

sicurezza che l’opera garantisce nei confronti della comunità durante la sua costruzione

ed il suo esercizio; la fattibilità tecnico – economico – ambientale dell’opera.

Nel caso delle grandi opere questi tre fattori si combinano in modo da essere quasi

inscindibili e risulta impossibile raggiungere e riassemblare i tre obbiettivi su piani diversi.

Ogni aspetto di progetto diviene così un tutt’uno di esigenze funzionali e di sicurezza

coordinate nell’ottica della fattibilità.

Il progetto di una lunga galleria ferrovia rientra a piano titolo nella categoria delle grandi

opere dell’ingegneria e in quanto tale non sfugge alla logica sopra accennata, risultando

così, di caso in caso, funzione del caso stesso.

Si riassumono di seguito le principali caratteristiche che deve possedere un “sistema”

galleria ferroviaria affinché siano raggiunti gli obbiettivi ad essa attribuiti dalla comunità.

2) Generalità

Le gallerie ferroviarie sono dei passaggi coperti composti da uno o più tunnel ferroviari e,

a seconda del sistema utilizzato per la loro costruzione, si distinguono in:

• gallerie naturali, o a foro cieco, costruite mediante scavo tubolare e successivo

rivestimento;

• gallerie artificiali, o a cielo aperto, costruite scavando una trincea, rivestendola in

muratura, ricoprendola con una volta e poi rinterrando lo scavo.

• La galleria ferroviaria possiede uno o più binari ferroviari, disposti in uno o più fori

paralleli, e viene utilizzata per il traffico ferroviario che può essere composto da


52

traffico passeggeri e/o da traffico merci. Ad ogni galleria sono a volte connessi altri

tunnel ognuno dei quali assolve una funzione ben precisa:

• tunnel di collegamento fra le gallerie, nel caso di gallerie costruite su fori

paralleli;

• tunnel di lavoro per le squadre addette alla manutenzione;

• tunnel di servizio come per esempio i tunnel di ventilazione;

• tunnel di uscita;

• tunnel per i soccorsi.

I tunnel per i soccorsi sono degli accessi che vengono utilizzati dall’equipaggio di

soccorso in caso di incendio o di altre situazioni di emergenza.

I pozzi sono collegati alla galleria e vengono utilizzati per la ventilazione e l’estrazione dei

fumi, ma anche come vie di uscita, di soccorso e di servizio.

La configurazione di una galleria ferroviaria può essere di diverso tipo: la scelta della

tipologia dipende dall’estensione del traffico, dal progetto delle attrezzature di sicurezza,

dalla sua lunghezza e dalle caratteristiche del suolo e delle rocce che essa deve

attraversare.

Dal punto di vista della sicurezza, possono considerarsi fondamentalmente due macro

tipologie alternative tra loro, anche se per ognuna di esse possono individuarsi ulteriori

sotto – tipi:

1) tunnel a singola canna, a singolo o doppio binario, con vie d’uscita attraverso i

portali o attraverso intersezioni trasversali appositamente previste per la sicurezza,

con eventuale tunnel di servizio parallelo;

2) tunnel a doppia canna gemellati, con uno o due binari per canna e sviluppo

parallelo, collegati tramite connessioni equipaggiate con porte antifuoco e sistemi

di bloccaggio dei fumi, con eventuale tunnel di servizio parallelo.

Focalizzando l’attenzione esclusivamente sul raggiungimento degli obbiettivi di sicurezza

nell’eventualità di un evento accidentale più o meno grave, un’analisi superficiale di

queste due macro – tipologie porterebbe ad affermare che, nel progetto di nuove

infrastrutture o nella riqualificazione di infrastrutture esistenti, la tipologia dei tunnel a


53

doppia canna è l’unica che merita attenzione, per la sua capacità di isolare il tracciato

dell’incidente e fornire accessi ed uscite sicure sull’altro tracciato.

Ciò perché i tunnel a doppia canna attrezzati di frequenti collegamenti trasversali hanno

evidenti vantaggi di sicurezza, che però hanno un notevole presso da pagare. Essi

possiedono infatti anche delle proprietà svantaggiose che non sono ugualmente ovvie,

come un elevato surplus di costi rispetto alla soluzione a singola canna e di impatto

ambientale dovuto alla maggiore quantità di scavi.

L’aspetto delle differenza di costo è un fattore importante nelle scelte progettuali, dato

che la sicurezza è accettabile in tutte le alternative.

3) Il sistema galleria

Il sistema tunnel è costituito dalla galleria o dall’insieme di gallerie, soggette all’esercizio

ferroviario, collegate fra loro funzionalmente e strutturalmente.

Esso comprende sia l’equipaggiamento infrastrutturale ordinario che tutte le misure di

sicurezza (predisposizioni strutturali, impiantistiche e organizzative), interne o esterne ivi

presenti, finalizzate all’esercizio e alla manutenzione.

La pianificazione e la progettazione delle parti strutturali di un tunnel viene effettuata

considerando una vita utile di 100 anni; mentre per le strutture interne e per le

apparecchiature installate si considera una vita utile di 50 anni.

Nella progettazione delle gallerie devono essere considerate tutte le misure di sviluppo

della rete ferroviaria con particolare riguardo all’elettrificazione e alla velocità.

Elementi strutturali

Le parti strutturali esterne di una galleria sono le strutture portanti, le strutture realizzate

davanti ai portali d’ingresso e le strutture di rinforzo.


54

Per strutture portanti si intendono tutte le strutture del sistema portante principale della

galleria che hanno un’influenza sulla capacità portante e sulla stabilità della galleria

stessa.

Le strutture ai portali del tunnel includono tutte quelle strutture portanti per mezzo delle

quali il tunnel è collegato all’ambiente esterno.

Le strutture di rinforzo includono tutte quelle strutture direttamente collegate alle strutture

portanti e che contribuiscono alla capacità portante del tunnel.

Le parti strutturali interne alla galleria includono tutte le parti strutturali che non

appartengono al sistema portante principale della galleria ma che devono comunque

possedere una capacità portante e una certa stabilità. Le parti strutturali interne alla

galleria includono, per esempio, le strutture di rivestimento quali le strutture del soffitto e

delle pareti, così come l’armamento ferroviario e la sovrastruttura.

Le strutture di rivestimento comprendono, anche, l’impermeabilizzazione, l’isolamento

termico e la protezione contro l’incendio. La sottostruttura include gli strati di supporto ed

i binari ferroviari.

Installazioni e sistemi tecnici

Le installazioni ed i sistemi tecnici dei tunnel ferroviari includono: l’apparecchiatura di

elettrificazione e di sicurezza del binario, l’apparecchiatura di ventilazione e di

illuminazione; l’apparecchiatura di drenaggio; l’apparecchiatura di sicurezza, e

l’apparecchiatura per il monitoraggio ed il controllo.

Il sistema elettrico include il sistema di elettrificazione del binario ferroviario ed i sistemi

elettrici relativi alla ventilazione, al riscaldamento, alla rimozione del fumo, al drenaggio,

alla distribuzione dell’energia, all’illuminazione e alla trasmissione dei dati per il

monitoraggio delle attività e della sicurezza.

Il sistema di ventilazione comprende tutti i sistemi e le attrezzature per la ventilazione

naturale e forzata che vengono utilizzati per l’areazione e per la rimozione del fumo dalla

galleria


55

Il sistema di illuminazione include tutti i sistemi che vengono utilizzati sia per

l’illuminazione normale che per l’illuminazione di sicurezza e di emergenza del tunnel.

Il sistema di drenaggio include la rete di tubazioni, i pozzi, i bacini e le attrezzature che

servono il tunnel e che vengono utilizzati per l’accumulazione, la rimozione e il

trattamento dell’acqua per il drenaggio, per lo spegnimento degli incendi, così come per

la raccolta di tutti i liquidi che possono fuoriuscire dai vagoni nelle situazioni di incidenti.

Il sistema di sicurezza include tutti i sistemi che vengono utilizzati per garantire la

sicurezza nel tunnel e che quindi assicurano un regolare funzionamento del traffico

ferroviario e dei soccorsi in caso di incidente e l’impedimento di atti di vandalismo

all’interno del tunnel.

Il sistema di monitoraggio e controllo include tutta l’apparecchiatura per verificare e

controllare l’utilizzo della galleria e l’impiego delle attrezzature.

4) Il progetto della sezione

RFI (Rete Ferroviaria Italiana) è la società che gestisce l’intera rete infrastrutturale del

Gruppo FS (Ferrovie dello Stato) e garantisce la sicurezza della circolazione ferroviaria

sull’intera rete, sviluppando le tecnologie dei sistemi e dei materiali ed assicurando il

mantenimento in efficienza della rete stessa.

RFI è stata costituita il 1° luglio 2001, a conclusione del processo di riorganizzazione del

Gruppo Ferrovie dello Sato iniziato, per rispondere alle Direttive comunitarie, nel 1998 con

l’istituzione della Divisione Infrastruttura e proseguito con la costituzione della società

TRENITALIA il 1° giugno 2000.

La Società RFI ha redatto, nel 2002, il “Manuale progettazione gallerie” che costituisce

una documentazione di riferimento nell’attività di progettazione delle gallerie ferroviarie

italiane. Il manuale fa parte della sezione II del documento “Prescrizioni tecniche per la

progettazione esecutiva”.

Nel manuale vengono specificati tutti gli elaborati che bisogna predisporre a seconda del

livello progettuale che si intende raggiungere (preliminare, definitivo, esecutivo).


56

Le indicazioni presenti nel manuale vengono applicate per la progettazione di gallerie

nuove sia naturali che artificiali.

Standard di riferimento progettuali del gruppo FS

Gli standard di riferimento per la definizione della sezione tipo (figura 4.1 -4.2) di gallerie

naturali ed artificiali vengono definiti in funzione della velocità di progetto, del tracciato e

del tipo di alimentazione elettrica.

Le gallerie, al loro interno, sono provviste di nicchie, nicchioni e camere di deposito.

Le nicchie, adibite al ricovero del personale della manutenzione, devono avere un

interasse di circa 25 m senza, però, superare i 30 m; devono possedere una larghezza di

2,40 m, un’altezza di 2,20 m ed una profondità di 0,80 m (Figura 4.3)


57

Nel caso di gallerie a doppio binario, le nicchie vengono realizzate affacciate fra loro, nel

caso di gallerie a semplice binario sono invece disposte tutte sullo stesso lato. Il piano di

calpestio deve avere una pendenza dell’ 1% verso l’interno della galleria. Nel caso di

gallerie superiori a 2 km, le nicchie devono essere attrezzate con armadietti distinti per il

contenimento di mascherine, di torce a vento, di telefonia fissa posta in scatole stagne a

distanza minore o uguale a 500 m, di citofoni a distanza minore o uguale a 250 m e del

sistema idrante, che non deve trovarsi mai in corrispondenza di nicchie con quadri

elettrici.

I nicchioni devono essere costruiti ad una distanza non superiore a 250 m se le nicchie

hanno un interasse di 25 m oppure ad una distanza non superiore a 240 m se le nicchie

hanno un interasse di 30 m; devono possedere una larghezza di 2,80 m per una

profondità di 3,30 m o 4,10 m, ed un’altezza di 2,20 m (figura 4.4). Il piano di calpestio

deve avere una pendenza dell’1% verso l’interno della galleria.


58

Le camere di deposito vengono realizzate nel caso di tunnel superiori a 2 km se richieste

dal committente ed hanno una distanza che solitamente varia fra 1 e 1,5 km. Le camere

hanno una lunghezza di 12 m, una sezione ad ovoide con larghezza di 3,80 m alla base e

altezza di 4,50 m alla chiave (Figura 4.5). Le camere di deposito vengono utilizzate per il

deposito di materiali, apparecchiature meccaniche, ecc.

Per quanto riguarda la scelta dello schema di configurazione della galleria, il progettista,

fino a 1000 m, potrà scegliere di realizzare gallerie a singolo foro e doppio binario o

gallerie a doppio foro e singolo binario; per gallerie comprese fra 1000 e 2000 m potrà

scegliere se realizzare la galleria a singolo o a doppio foro con la raccomandazione di

preferire la soluzione a doppio foro; per gallerie di lunghezza superiore a 2000 m dovrà

prevedere la soluzione a doppio foro.


59

Il progettista dovrà inoltre prevedere, nella galleria a doppio foro, dei collegamenti

trasversali. Tali collegamenti dovranno avere delle dimensioni adeguate e dovranno

essere realizzati in modo da impedire la presenza di fumo.

Gli impianti di segnalamento dovranno impedire il sopraggiungere di treni in caso di

allarme e dovrà essere possibile aprire la porta di comunicazione con la galleria attigua

solo se il treno è stato bloccato o ha impegnato la relativa sezione di blocco a velocità

ridotta in modo da non costituire pericolo per le persone.

Il collegamento trasversale deve essere dimensionato per accogliere almeno 300

persone, e deve svilupparsi preferibilmente in lunghezza. Se ciò non è possibile dovrà

svilupparsi in altezza su due livelli con altezze non inferiori a 2,20 m; il piano di calpestio

deve avere una pendenza dell’1% verso l’interno della galleria.


60

5) Il progetto degli impianti

Vengono adesso definiti i criteri progettuali per la realizzazione dell’impianto idrico

antincendio, dell’impianto d’alimentazione elettrica e d’illuminazione, dell’impianto di

telecomunicazione e del sistema di supervisione degli impianti.

Il principio con cui vengono realizzati questi impianti, che mirano alla sicurezza delle

persone, è quello di garantire una elevata disponibilità della loro funzionalità a fronte di un

singolo guasto o della perdita di una o più parti durante la fase di emergenza.

Impianto idrico antincendio

La funzione dell’impianto idrico antincendio è quella di poter garantire ai Vigili del Fuoco,

nelle zone del sinistro, una portata d’acqua ed una pressione idonea al funzionamento

contemporaneo di tre rubinetti idranti antincendio.

L’impianto idrico è costituito da vasche e serbatoi per l’accumulo di acqua, dall’impianto

per il riempimento della condotta e per la successiva pressurizzazione, da una rete idrica

antincendio, da rubinetti idranti UNI 45, da accessori e valvolame.

Le vasche o serbatoi di accumulo dell’acqua vengono di norma posti ad ogni imbocco

della galleria. Ogni vasca deve essere dimensionata in modo tale da garantire il

quantitativo di acqua necessaria al riempimento di tutta la condotta e al funzionamento

contemporaneo di tre rubinetti idranti per almeno 30 minuti.

L’impianto di pressurizzazione viene realizzato dai Vigili del Fuoco mentre le FS devono

assicurare il riempimento della rete idrica antincendio in breve tempo. A tal proposito

vengono previste delle pompe garantendone anche l’alimentazione elettrica.

La rete idrica antincendio è composta da una condotta di adduzione primaria e dalle

tubazioni di alimentazione dei rubinetti idranti. Il diametro nominale della condotta

primaria non dovrà mai essere inferiore a tre pollici. La condotta primaria collega le due

vasche poste agli imbocchi. Sia la condotta primaria che le tubazioni di alimentazione

degli idranti dovranno essere realizzati con tubazioni in acciaio zincato con estremità

rispondenti alle norme UNI 6363.


61

I rubinetti idranti UNI 45 devono essere contenuti in cassette antincendio in lamiera poste

ad un’altezza minima di 70 cm dal piano di camminamento o in nicchie ricavate nella

muratura e chiusi con sportelli in alluminio e vetro.

Gli accessori e valvolame dovranno essere idonei a sopportare le pressioni che si

vengono a generare, protetti e resistenti al fuoco.

Impianto elettrico e di illuminazione

L’impianto di alimentazione deve garantire il corretto funzionamento degli impianti di

illuminazione delle vie d’esodo all’interno della galleria e dei piazzali esterni posti agli

imbocchi, dell’impianto di alimentazione delle prese all’interno della galleria e dei piazzali

esterni nonché dell’impianto di diffusione sonora, telefonico, di radiopropagazione e

idrico.

Nel caso di gallerie dotate di finestre intermedie (gallerie laterali che mettono in

comunicazione un punto intermedio della galleria ferroviaria con l’esterno, solitamente

attrezzate in modo tale da poter essere utilizzate sia per il soccorso in caso di incidente in

galleria che come vie d’esodo) in cui è previsto l’impianto di ventilazione, si dovrà

garantire anche l’alimentazione di tale impianto.

L’impianto deve essere costituito da due sistemi diversi di distribuzione posti all’esterno

della galleria che alimentano due dorsali d’alimentazione a 1000 V posti all’interno della

galleria. Dette dorsali alimentano una serie di quadri elettrici (quadri di tratta) che saranno

ubicati nelle nicchie e nei nicchioni ogni 250 m circa su entrambi i lati della galleria se a

doppio binario o su un lato solo se la galleria è a semplice binario. L’impianto deve

essere interfacciato da un sistema di controllo, gestione e diagnostica degli impianti LFM

(luce e forza motrice) in galleria che consenta di gestire la riconfigurazione dell’impianto

in caso di guasto o di mancanza di una fonte di alimentazione.

L’alimentazione dell’impianto dovrà generalmente avvenire da due diversi sistemi primari

di distribuzione fra loro fisicamente distanti in modo che sia automaticamente assicurata

l’alimentazione di tutti i quadri di tratta, dei piazzali esterni e delle altre utenze anche se

dovesse venire a mancare una delle due fonti di alimentazione. In base alle fonti


62

d’alimentazione disponibili dovranno essere realizzati appositi posti di trasformazione

situati agli imbocchi della galleria. Nel caso in cui è disponibile una sola fonte primaria si

potrà prevedere l’utilizzo del gruppo elettrogeno come alimentazione di riserva.

Le dorsali di distribuzione dell’energia a 1000 V che alimentano i singoli utilizzatori

devono essere realizzati con linea in cavo (normale trifase + neutro). La dimensione dei

cavi deve essere tale contenere le cadute di tensione entro l’8%; inoltre devono essere

isolati in guaine non propaganti l’incendio e a ridotta emissione di fumi, gas tossici e

corrosivi.

I quadri di tratta vengono collocati ogni 250 m circa all’interno di ciascun nicchione

fissandoli alla parete o a terra. Se all’interno della galleria non ci sono nicchioni, i quadri

di tratta possono essere posizionati all’interno delle nicchie. In ciascun quadro oltre alle

apparecchiature di protezione e controllo trovano posto un trasformatore abbassatore di

tensione, due prese interbloccate per l’illuminazione di emergenza, il sistema di

rilevazione ed estinzione automatica dell’incendio, il gruppo di continuità monofase tipo

on – line per servizio continuo. Il gruppo di continuità (UPS) deve fornire un’alimentazione

a corrente alternata di alta qualità per apparecchiature elettroniche sensibili con

un’autonomia di dieci minuti per tutti gli apparati di configurazione e monitoraggio. Il

fattore di contemporaneità dell’illuminazione di emergenza è pari a 4 kW distribuito si due

quadri di tratta. Le lampade di riferimento e di illuminazione devono essere dotate di

apposite protezioni in modo da impedire che eventuali guasti possano ripercuotersi sulla

linea destinata ad alimentare le lampade d’illuminazione delle vie d’esodo.

Tutti gli apparecchi illuminanti devono essere posti a 2 metri di altezza dal piano di

calpestio e ogni 15 metri. Le lampade costituenti l’impianto di illuminazione delle vie

d’esodo devono potersi accendere da postazione remota e da postazione locale sia agli

imbocchi della galleria che all’interno della stessa. Appositi pulsanti, posti ogni 125 m su

entrambi i lati della galleria se a doppio binario o su un lato solo se la galleria è a

semplice binario, consentiranno l’accensione di tutte le lampade d’illuminazione delle vie

d’esodo. I pulsanti devono essere collocati ad 1 m di altezza dal piano di calpestio e

dotati di led di segnalazione di colore blu per una facile individuazione al buio.

I piazzali di emergenza situati agli imbocchi della galleria devono risultare illuminati e

dotati di prese per eventuali mezzi ausiliari che necessitano di energia elettrica.


63

Nella zona dove sarà individuata la piazzola per l’atterraggio degli elicotteri di soccorso

dovrà essere prevista un’idonea illuminazione.

Quanto finora detto relativamente all’impianto elettrico e di illuminazione è valido per

gallerie di lunghezza compresa fra 5 e 20 km.

Impianto di telecomunicazione

Gli impianti di telecomunicazione hanno la funzione di garantire un'alta disponibilità dei

servizi di telecomunicazione principalmente per le comunicazioni di servizio tra gli

operatori di terra e di bordo della circolazione treni, tra gli operatori delle squadre di

soccorso e tra questi e il centro operativo di coordinamento dell'emergenza, da e verso i

viaggiatori. Ogni galleria dovrà essere attrezzata con i sistemi di telefonia selettiva FS, di

radiopropagazione per l'estensione della telefonia cellulare FS, di telefoni di emergenza e

con l'impianto di diffusione sonora.

I circuiti telefonici selettivi in galleria dovranno essere realizzati considerando che

bisognerà installare un telefono in cassa stagna per ciascun binario ad entrambi gli

imbocchi della galleria, e un telefono in cassa stagna all'interno della galleria per ciascun

binario ogni 500 m, posizionando i telefoni di un binario frontalmente a quelli dell'altro

binario.

La telefonia di emergenza e l'impianto di diffusione sonora sono due sistemi indipendenti

ma strettamente interconnessi. L'impianto deve rendere indispensabile sia al pubblico che

al personale di servizio il collegamento telefonico fra postazioni microfoniche "viva –

voce", dislocate lungo la galleria e ai relativi imbocchi, ed una o più consolle telefoniche.

L'impianto deve inoltre consentire, in caso di emergenze o di anomalie che si

verificassero durante l'esercizio ferroviario, di comunicare ai viaggiatori le istruzioni

necessarie a supportare e facilitare le eventuali operazioni di soccorso.

L'impianto è costituito dalle apparecchiature di galleria e dalle postazioni telefoniche

centralizzate.


64

Le apparecchiature di galleria sono costituite da diffusori acustici opportunamente

dislocati lungo la galleria e nelle aree di soccorso ubicate agli imbocchi; dai posti

microfonici costituiti da telefoni a viva – voce installati agli imbocchi delle gallerie, negli

eventuali corridoi d'esodo e lungo la galleria ogni 250 m, posizionando i telefoni di un

binario frontalmente a quelli dell'altro binario; dagli alimentatori; da eventuali batterie;

dagli amplificatori di potenza che pilotano i diffusori; dai cavi di alimentazione e di

diffusione sonora; dagli apparati per l'inserzione della linea di diffusione sonora, per

l'interfaccia verso il posto centrale, per la diagnostica, per il comando di accensione e

spegnimento dell'amplificatore di potenza, per la regolazione del segnale in ingresso

all'amplificatore di potenza.

Le postazioni telefoniche centralizzate sono costituite dalle consolle che consentono

l'ascolto in altoparlante dei messaggi diffusi in galleria e dovranno essere dotate di

dispositivo che permetta il funzionamento in viva – voce per le comunicazioni telefoniche;

dell'apparato con schede di interfaccia di linea per la gestione delle segnalazioni e della

fonia, e dal terminale che visualizza su monitor tutte le segnalazioni entranti e, tramite

tastiera e mouse, permette di inviare le segnalazioni uscenti; dall'interfaccia telefonica che

permette le conversazioni fra le postazioni periferiche e l'operatore di consolle;

dall'interfaccia con l'impianto di diffusione sonora; dall'interfaccia verso periferiche locali;

dagli apparati di interfaccia per le funzioni di telecontrollo e telediagnostica degli impianti

e verso il sistema supervisore.

L'apparecchio telefonico a viva – voce per l'emergenza presenta sulla parte frontale due

dispositivi di richiesta di connessione, il primo consiste in un pulsante a fungo che

permette ad un utente, che non sia il personale FS, di effettuare una richiesta di

conversazione con l'operatore della consolle abilitata, pigiando semplicemente il tasto

stesso, il secondo consiste in un interruttore a due posizioni, a chiave FS in dotazione al

personale viaggiante, che permette al personale FS di effettuare una richiesta di

conversazione con l'operatore della consolle o di inserirsi nell'impianto di diffusione

sonora per effettuare annunci all'interno della galleria. All' operatore della consolle attiva,

in tutti i casi, sarà inviato automaticamente un codice identificativo della richiesta di

conversazione avvenuta tramite pulsante o chiave FS, individuando il telefono a viva –

voce di provenienza della richiesta.


65

I diffusori sono del tipo a tromba e vengono installati a coppie contrapposte, in via

indicativa, ogni 30 m su entrambi i lati della galleria ad un'altezza di 2,5 m dal piano del

ferro.

Tutti i sistemi di telecomunicazione dovranno essere costantemente alimentati e dovranno

essere previste alimentazioni di riserva centralizzate. Si dovrà prevedere per tutti i sistemi

di telecomunicazione un'autonomia di funzionamento in caso di mancanza

dell'alimentazione principale non inferiore a due ore.

Sistema di supervisione degli impianti

Il sistema di supervisione degli impianti ha lo scopo di diagnosticare e controllare gli

impianti realizzati in galleria, dovrà quindi interfacciarsi ai vari sottosistemi per acquisire i

dati opportuni relativi allo stato di funzionamento e per attuare i comandi necessari per la

gestione degli impianti, sia in condizioni normali e di manutenzione, sia in condizioni di

emergenza.

Il sistema è essenzialmente costituito da una postazione locale (PL) da cui è possibile

gestire e diagnosticare tutti gli impianti, ubicati in un locale adiacente la galleria, da due

centrali (Master/Slave) per la riconfigurazione automatica del sistema di alimentazione,

ubicate agli estremi della galleria, e dai moduli locali (ML) per interfacciarsi con le

apparecchiature lato campo, ubicati in ciascun quadro di tratta.

Il sistema comprenderà anche una postazione di supervisione che sarà ubicata in un

luogo distante dalla galleria e da cui sarà possibile gestire e diagnosticare tutti gli impianti

come dalla postazione locale.

Il sistema dovrà inoltre segnalare lo scatto di eventuali allarmi antintrusione e antincendio

nei locali tecnici dei piazzali e degli allarmi antincendio dei quadri di tratta


66

6) Influenza delle diverse tipologie di tunnel sulla sicurezza

Non è affatto immediato comprendere quale tipologia è in grado di fornire le condizioni

migliori per la sicurezza nei differenti scenari incidentali che possono sempre verificarsi.

Con riferimento alla totalità delle tipologie esistenti, siano esse di gallerie in fase di

progetto, realizzazione o esercizio, è importante effettuare una distinzione dettagliata di

ogni caso poiché, con particolare riferimento agli scenari derivanti da un incendio, ogni

tipologia presenta aspetti differenti a cui corrispondono strategie di esercizio e di

intervento differenti e sulle quali è opportuno porre attenzione.

Entrando nel dettaglio del sistema galleria, dalle due macro – tipologie individuate in

precedenza possono derivarsi i seguenti sotto – tipi o concetti:

• tunnel a singola canna e singolo binario;

• tunnel a singola canna e singolo binario dotati di segnali di blocco;

• tunnel a singola canna e doppio binario;

• tunnel a doppia canna gemellati;

• tunnel a singola o a doppia canna con tunnel di servizio.

Tunnel a singola canna e singolo binario

Questo concetto di tunnel è quello tradizionale a singolo binario, normalmente senza

installazioni tecniche speciali per segnalare il traffico all'interno del tunnel, eccetto quelle

strettamente necessarie all'esercizio della linea. In queste gallerie è presente un solo

treno per volta poiché non è installato alcun segnale di blocco al suo interno.

Per cui una volta imboccata la galleria nessuna procedura impedisce al treno di correre

verso l'uscita. In altre parole la galleria intera è compresa all'interno della medesima

sezione di blocco e non esistono circuiti di binario per il blocco elettrico. Ciò è ancora un

fatto comune nelle linee a bassa potenzialità.

In queste circostanze, è la direzione del traffico a determinare la direzione di ventilazione

nel tunnel, almeno finché è presente un solo treno in moto. Se un treno, per qualsiasi


67

ragione dovesse fermarsi all'interno del tunnel, il flusso d'aria decrescerà rapidamente a

causa della diminuzione di velocità del treno e la direzione di ventilazione può subire una

inversione, in funzione della topografia e della temperatura all'interno ed all'esterno della

galleria. Un eventuale incendio può contribuire a cambiare la direzione di ventilazione.

Tunnel a singola canna e singolo binario con segnali di blocco

Questi tunnel sono in linea di principio uguali ai tunnel descritti al paragrafo precedente,

escluso che per la presenza di sistemi di controllo verticali o di circuiti di binario tali da

consentire al loro interno la presenza contemporanea di più treni.

Sono dunque presenti segnali di controllo che possono causare la temporanea sosta di

un treno all'interno della galleria. Possono così essere dotata di stazioni per l'incrocio o il

sorpasso in funzione dell'esercizio della linea.

La direzione di ventilazione può essere imprevedibile se esiste la possibilità di avere

contemporaneamente treni in moto in direzioni diverse.

Quando un treno percorre il tunnel, può accadere che il campo di flusso cambi

rapidamente.

In caso di un incidente, coordinare il movimento di più treni presenti è un lavoro che

richiede procedure complesse e tempi elevati, ma in ogni caso solo un treno sarà

presente all'interno della medesima sezione di blocco.

Tunnel a singola canna e doppio binario

In questo caso ambo i binari sono localizzati nella stessa canna. Nel caso in cui il tunnel

debba prevalentemente scavarsi nella roccia questa è indubbiamente la soluzione più

economica laddove l'esercizio prevede il doppio binario, infatti questo concetto

rappresenta lo standard di molti paesi.

In generale l'area della sezione trasversale è abbastanza grande (80 ÷ 115 mq per tunnel

nuovi) da contenere grandi volumi d'aria nella parte superiore della galleria.


68

Nel caso delle metropolitane si hanno invece, generalmente, sezioni trasversali più

piccole.

Questo tipo di configurazione fornisce buone ed economiche opportunità per

l'installazione di collegamenti tra i binari.

I binari sono normalmente di più sezioni di blocco per consentire il transito sequenziale di

più treni e, nei tunnel più lunghi, gli scambi o i deviatoi possono essere frequenti.

Ci sarà normalmente più di un treno nel tunnel e se si verifica la necessità di

un'evacuazione immediata è importante, in primo luogo inibire il traffico, sull'altro binario.

Infatti la prima operazione che esegue il capotreno, o chi per lui, nel caso si prospetti

l'eventualità di una evacuazione, è quella di scendere dal treno per porre in corto circuito

gli altri binari attraverso l'appoggio di una barra metallica opportunamente configurata.

Questa operazione è nota in gergo con il termine "shuntare".

La direzione di ventilazione è ancora imprevedibile se sono in transito diversi treni, ma il

tunnel possiede un'estensione tale da permettere una buona stratificazione dei fumi

durante le prime fasi di un incendio.

Tunnel a doppia canna gemellati

In questo tipo di configurazione sono presenti due canne parallele, una per ogni binario,

con la possibilità di avere collegamenti trasversali e vie di fuga tra i tubi lungo tutta la loro

estensione. Questo concetto di tunnel è particolarmente appropriato per i tunnel molto

lunghi (15 ÷ 20 km), nei quali non esistono economiche possibilità per la realizzazione di

vie di fuga alternative verso l'esterno.


69

Tuttavia questa configurazione può risultare una soluzione economica anche nel caso di

piccoli tunnel poiché le differenze di costo potrebbero essere minime in riferimento a

particolari problemi nella realizzazione di gallerie a singola canna con doppio binario.

È ovvio che questa soluzione può essere adottata in tutti quei casi in cui le potenzialità

della tratta richiedono un doppio binario, ma quasi sempre non sarà un costo soluzione

effettiva, ovvero quasi sempre non sarà la soluzione più economica a parità di livello di

sicurezza.

I binari saranno dotati di stazioni di blocco per consentire il transito simultaneo di più treni

sullo stesso binario e, nei tunnel più lunghi, potrebbero essere necessari uno o più

collegamenti trasversali. La direzione di ventilazione in ogni canna sarà prevedibile e data

dal traffico.


70

L'area della sezione trasversale in ogni foro è sostanzialmente più piccolo di quella che si

avrebbe con un doppio binario su un'unica canna, e un'eventuale produzione di fumo farà

si che esso occupi molto rapidamente la parte più alta del tunnel. Questo può essere un

elemento importante per la valutazione della sicurezza.

Tunnel di questo tipo sono presenti sulla tratta ad alta velocità nei Paesi Bassi da

Amsterdam ad Antwerpen, in Svezia ed in altri paesi europei. Anche i tunnel in

costruzione sulle Alpi saranno di questo tipo. Nel caso dei tunnel stradali questa tipologia

è in genere la più comune nei tratti ad elevato volume di traffico.

Tunnel a singola o doppia canna con tunnel di servizio

Per tunnel lunghi che si estendono sotto grandi masse d'acqua o sotto il massiccio di una

montagna, con un elevato livello di traffico può essere difficile assicurare l'accesso al

tunnel lungo tutto il suo sviluppo. In tali tunnel può essere conveniente valutare la

realizzazione di un tunnel di servizio separato per le operazioni e le attività di

manutenzione e per l'evacuazione in caso d'incidente.

Il concetto di tunnel di servizio è spesso combinato con tunnel a traffico separato per ogni

direzione (come il tunnel sotto la Manica), ma esistono anche esempi di tunnel di servizio

realizzati a margine di gallerie a doppio binario. Il tunnel sottomarino del Seikantunnel in

Giappone è di questo tipo.

Il concetto di tunnel di servizio possiede ovvi vantaggi riguardo alla sicurezza per

l'evacuazione e per i processi di manutenzione e verifica delle attrezzature, ma ciò

implica, come già accennato, un considerevole aumento dei costi.

7) Modalità operative per il miglioramento della sicurezza

Nel 1997 RFI ha redatto un codice di autoregolamentazione per la sicurezza nellel lunghe

gallerie ferroviarie che sfociato nell'emissione delle "Linee guida per il miglioramento della

sicurezza nelle gallerie ferroviarie", sviluppato in collaborazione con il Corpo Nazionale

dei Vigile del Fuoco, per gallerie superiori a 5 km.


71

In questo documento sono contenute le linee guida per l'individuazione di idonee misure

di sicurezza, da osservarsi in fase progettuale e gestionale, preliminari alla costruzione di

nuove infrastrutture e per l'adeguamento di quelle esistenti, dirette a salvaguardare

l'incolumità delle persone dai rischi di incidenti all'interno di gallerie ferroviarie ed in

particolare dagli incendi.

Il campo di validità di queste linee guida riguarda le gallerie aventi lunghezza superiore a

5 km e inferiore a 20 km. Le sezioni trattate in questo documento riguardano

l'accessibilità esterna, l’accessibilità interna, i piani di emergenza; mentre per le nuove

gallerie è stato introdotto un ulteriore punto nel quale sono stati definiti anche alcuni

parametri progettuali.

Attualmente tale regolamento è in fase di aggiornamento alla luce della nuova normativa

di settore e in particolare del Decreto Ministeriale 28/10/2005 di cui si dirà più avanti.

Il miglioramento della sicurezza per le gallerie esistenti

Per quanto riguarda l'accessibilità esterna, l'obbiettivo è quello di realizzare le condizioni

che permettano alle squadre di soccorso di raggiungere con tutti i mezzi di soccorso e

nel più breve tempo possibile gli imbocchi della galleria e di poter usufruire di spazi

adeguati ed attrezzati per il posizionamento dei mezzi e delle attrezzature. Il successo

dell'intervento è legato essenzialmente a due fattori: il tempo d'intervento e l'efficacia.

Le vie di accesso per i mezzi di soccorso sono costituite da cancelli di accesso e dalle

strade di accesso.

L'area adiacente all'infrastruttura ferroviaria è in genere delimitata da una recinzione che

viene opportunamente aperta al fine di consentire l'ingresso alle squadre di soccorso.

Tale apertura viene definita cancello di accesso, ha una larghezza non inferiore ai 4 m ed

è collegata alla viabilità ordinaria.

La strada di accesso dovrà avere una larghezza non inferiore ai 4 m con degli

ampliamenti a 6 m ogni 250 m per permettere l'incrocio con i mezzi di soccorso, la


72

pendenza dovrà essere inferiore al 16% e il raggio di curvatura maggiore o uguale a 11

m.

Le vie di accesso così conformate dovranno sfociare in una zona attrezzata per il

posizionamento dei vari mezzi, questa zona costituisce il piazzale di emergenza. Tale

piazzale dovrà avere una superficie non inferiore ai 300 mq, un piano a raso con

lunghezza non inferiore ai 20 m per il posizionamento del mezzo bimodale, la possibilità

di illuminazione per gli interventi nelle ore notturne, il rifornimento idrico per la necessità

di estinzione di eventuali incendi attraverso una vasca di accumulo di 40 mc o, nel caso in

cui non è possibile realizzarla, dovrà essere assicurata la presenza di una cisterna anche

mobile di 25 mc. All'interno del piazzale, inoltre, dovrà essere individuata una zona idonea

all'atterraggio avente una dimensione minima in pianta tale che, a seconda

dell'aeromobile di cui si prevede l'impiego, sia rispettato il rapporto tra il diametro della

piazzola e la distanza massima tra i punti esterni dell'aeromobile con i rotori in moto, che

dovrà essere pari a 1,5.

Al problema dell'accessibilità interna sono, invece, legate tutte le difficoltà della

conduzione dell'intervento in ordine alla visibilità, alla respirabilità, all'evacuazione delle

persone, alle comunicazioni, all'illuminazione, ecc.

In relazione ai mezzi di soccorso possiamo distinguere il mezzo bimodale dei vigili del

fuoco che sarà impiegato nel normale soccorso e avrà una serie di dotazioni che ne

permettono l'utilizzo in galleria anche in presenza di fumi o gas tossici; il mezzo per il

personale FS per il trasporto della squadra di primo intervento dello stesso personale

fornito di carrelli contenenti 10 estintori portatili e un congruo numero di autorespiratori,

questi mezzi possono essere utilizzati anche per l'evacuazione delle persone coinvolte

nell'incidente; infine altri mezzi di soccorso in base alle diverse necessità.

La visibilità interna viene affidata all'illuminazione delle vie di esodo e all'illuminazione di

emergenza.

In caso di incendio il fumo tende a stratificarsi dall'alto verso il basso quindi verrà

realizzata una linea d'illuminazione delle vie di esodo posta ad un'altezza non superiore ai

2 m e tale da determinare una illuminazione di 5 lux a 100 cm di altezza dal piano di


73

calpestio della via d'accesso. All'interno delle nicchie e dei nicchioni, inoltre, dovranno

trovarsi delle lampade portatili utilizzabili.

L'illuminazione di emergenza comprende sia i dispositivi fissi, che avranno particolari

caratteristiche per posizionamento e intensità, che una serie di dispositivi portatili.

Le misure minime previste da adottare riguardano le vie d'esodo e i cartelli segnalatori.

Per quanto riguarda le vie d'esodo queste saranno costituite dagli stradelli già esistenti

per la manutenzione, la cui larghezza risulta mediamente di 50 cm. Il camminamento

dovrà essere realizzato in calcestruzzo gettato in opera e dovrà essere antiscivolo.

Al fine di agevolare l'evacuazione delle persone andranno posti, di norma, almeno ogni

100 m una serie di cartelli segnalatori riflettenti e luminescenti che indichino la distanza ed

il verso delle uscite più vicine, l'ubicazione degli impianti telefonici e degli attacchi idrici.

Le comunicazioni ordinarie e di emergenza prevedono i sistemi di informazione dei

viaggiatori e i sistemi di comunicazione di servizio.

I sistemi di informazione dei viaggiatori sono costituiti da telefoni posti all'interno della

galleria ogni 500 m. È già stato previsto dalle FS un impianto per dotare le gallerie

ferroviarie nazionali di un dispositivo che consentirà la comunicazione a mezzo di telefoni

cellulari.

In riferimento all'evacuazione dei fumi, sulla base dei risultati condotti a livello

internazionale, non appare percorribile l'ipotesi di una ventilazione longitudinale, in

quanto i parametri in gioco sono molteplici e di difficile governabilità. L' utilizzo di camini

esistenti, per contro, non fornisce adeguate garanzie per l'evacuazione dei fumi risultando

di fatto non adeguato allo scopo.

Fatte le opportune valutazioni sarà di norma realizzato all'interno della galleria un impianto

idrico antincendio a secco le cui caratteristiche idrauliche devono essere tali da garantire

alla bocca, in posizione idraulicamente più sfavorevole una portata di 200 l/min.

Per ciascuna infrastruttura ferroviaria viene approntato un piano di emergenza a partire

dagli scenari di rischio ipotizzati al fine di raggiungere un livello di sicurezza adeguato. Il


74

personale responsabile dell'attivazione del piano deve essere messo in condizione di

conoscerlo perfettamente anche attraverso fasi specifiche di addestramento.

Il miglioramento della sicurezza per le nuove gallerie

In relazione ai criteri di progettazione delle gallerie vengono definiti i parametri relativi alle

tipologie costruttive, alle strutture e ai materiali, alle vie d'esodo, al percorso di

emergenza, alla segnaletica di emergenza, alle comunicazioni, all'evacuazione dei fumi,

all'impianto idrico antincendio, alle fonti di energia per gli impianti elettrici di emergenza e

agli impianti di illuminazione di sicurezza.

Le vie d'esodo possono essere di due tipi: per le gallerie in cui non è previsto un tunnel di

servizio devono essere realizzati dei percorsi protetti che portano direttamente all'esterno;

mentre per le gallerie dotate di tunnel di servizio andranno previsti opportuni collegamenti

per garantire la tutela al fumo e alle fiamme.

In tutte le gallerie, indipendentemente dalla tipologia costruttiva, devono essere realizzate

delle banchine di servizio, una per ogni lato nelle gallerie a doppio binario, utilizzabili

anche come percorsi di emergenza per l'evacuazione delle persone. Le banchine devono

avere, di norma, larghezza minima pari a 85 cm. La massima distanza percorribile in

banchina per raggiungere un luogo sicuro o un accesso ad un percorso protetto non

dovrà essere di norma superiore a 2000 m.

La segnaletica di emergenza sarà costituita da cartelli indicatori di tipo riflettente o

luminescente per fornire le necessarie indicazioni in caso di emergenza. Il materiale

costituente dovrà essere di classe 0 di reazione al fuoco.

In caso di necessità deve essere possibile dare le necessarie disposizioni al pubblico

tramite opportuni impianti. Tali sistemi di comunicazione devono garantire l'efficacia di

funzionamento nel tempo e pertanto andranno adeguatamente controllati e mantenuti.

In relazione agli sviluppi delle conoscenze e delle tecnologie andranno studiate

opportune misure per l'evacuazione dei fumi in galleria e nelle vie d'esodo in caso di

incendio.


75

Fatte le opportune valutazioni sarà di norma realizzato all'interno delle gallerie un impianto

idrico antincendio a secco le cui caratteristiche idrauliche devono essere tali da garantire

alla bocca, in posizionamento idraulicamente più sfavorevole una portata di 200 l/min.

Le fonti di energia di emergenza sono costituite da una batteria di accumulatori dotati di

ricarica automatica e inverter, la relativa autonomia non deve essere inferiore a due ore,

se il sistema non accoppiato ad un gruppo elettrogeno, e da un gruppo elettrogeno con

avviamento automatico. Le batterie e i gruppi elettrogeni devono essere installati in locali

ubicati in zone non soggette a rischi di incendio ed adeguatamente ventilati.

Nelle gallerie, oltre all'impianto di illuminazione ordinaria, deve essere installato un

impianto di illuminazione di sicurezza che consenta un livello di illuminazione di 5 lux a

100 cm dal piano di calpestio. I cavi devono essere racchiusi in tubazioni a se stanti

adeguatamente protetti dall'acqua e dal calore oppure in manufatti resistenti all'incendio.

Per quanto riguarda l'accessibilità esterna vale quanto detto al paragrafo precedente per il

miglioramento della sicurezza nelle gallerie esistenti ad eccezione del fatto che il cancello

di accesso dovrà avere una larghezza non inferiore a 6,00 m, la strada di accesso dovrà

anch'essa avere una larghezza non inferiore a 6,00 m per consentire il transito dei mezzi

di soccorso nei due sensi.

Il piazzale di emergenza deve avere una superficie non inferiore ai 500 mq ed inoltre è

auspicabile la realizzazione in corrispondenza degli imbocchi principali di un'area di

emergenza sanitaria, detta area triage, avente una superficie complessiva non inferiore ai

500 mq sulla quale allestire una zona di primo soccorso e di smistamento dei feriti.

Il problema dell'accessibilità interna viene risolto come già visto nel paragrafo precedente

per il miglioramento della sicurezza nelle gallerie esistenti ad esclusione delle vie d'esodo

per le gallerie dotate di finestre cioè dotate di vere e proprie gallerie laterali che sfociano

all'esterno. Poiché tali finestre dovrebbero essere utilizzate sia come vie di fuga che come

accesso per le squadre di soccorso, devono avere una lunghezza non inferiore ai 6 m ed

un'altezza media in chiave non inferiore ai 5 m. Il percorso pedonale dovrà avere una

larghezza netta di 120 cm. Al fine di rendere possibile l'impiego dei mezzi di soccorso

all'interno delle finestre, andrà prevista una camera di manovra posta in adiacenza allo


76

sbocco della finestra sulla galleria con una dimensione in pianta di 15 m x 15 m. Inoltre,

per evitare l'accesso di persone non autorizzate, le finestre devono essere protette da

sistemi di chiusura apribili dall'interno per mezzo di maniglioni antipanico e dall'esterno

per mezzo di apposite chiavi che saranno messe a disposizione delle autorità competenti

per le operazioni di soccorso e del personale FS addetto alla manutenzione.

In relazione al piano di emergenza vale quanto detto al paragrafo precedente per il

miglioramento della sicurezza nelle gallerie esistenti.

8) Normativa italiana sulle gallerie ferroviarie

Per quanto riguarda la normativa italiana sulle gallerie ferroviarie ritroviamo:

• Decreto Ministeriale del 14 settembre 2005, Norme tecniche per le costruzioni;

• Decreto Ministeriale del 28 ottobre 2005, Sicurezza nelle gallerie ferroviarie.

Decreto Ministeriale del 14 settembre 2005

Il Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti, in accordo con il Ministro dell'Interno e con il

Capo del Dipartimento della Protezione Civile ha emanato il Decreto 14 settembre 2005,

le cui norme disciplinano la progettazione, l'esecuzione e il collaudo delle costruzioni, al

fine di garantire prestabiliti livelli di sicurezza nei riguardi della pubblica incolumità.

In particolare per quanto riguarda le opere ferroviarie in sotterraneo vengono fornite delle

indicazioni sulla sezione interna netta di una galleria ferroviaria; nello specifico viene

evidenziato che la sezione deve consentire la presenza al suo interno di dispositivi quali il

binario, il profilo minimo d'impianto degli ostacoli stabilito sulla base del gabarit

cinematico di progetto con le relative regole di calcolo, la sagoma limite dei pantografi a

cui vanno aggiunte le distanze e gli spostamenti dinamici in relazione al tipo di

elettrificazione scelto, la posizione della linea di contatto per la trazione elettrica, le

apparecchiature di segnalamento, i sistemi di sicurezza.


77

Inoltre, i fenomeni connessi con l'aerodinamica del treno rendono condizionante per il

dimensionamento della sezione della galleria la valutazione delle variazioni di pressioni

percepite all'interno dei treni, nel contesto della sicurezza e del comfort degli organi

dell'udito dei passeggeri. La variazione massima di pressione (differenza tra i valori

estremi di sovrappressione e di depressione lungo un treno, compresi eventuali affetti

dovuti alla differenza di quota tra i due imbocchi della galleria) non deve superare i 104

Pascal, per l'intera durata del tragitto in galleria, alla velocità massima prevista all'atto

della progettazione. Tale condizione deve essere verificata anche nell'eventualità di

presenza di più treni in galleria e nel caso di incrocio fra questi.

Decreto Ministeriale del 28 ottobre 2005

Il Ministro delle Infrastrutture e dei Trasporti, in accordo con il Ministro dell'Interno ha

emanato il Decreto 28 ottobre 2005, pubblicato nella Gazzetta Ufficiale n.83 dell' 8 aprile

2006, le cui norme hanno lo scopo di assicurare un livello adeguato di sicurezza nelle

gallerie ferroviarie attraverso l'adozione di specifiche prescrizioni tecniche di prevenzione

e protezione rivolte al Gestore dell'infrastruttura.

Il Decreto non ha solo carattere prescrittivo ma possiede anche un aspetto prestazionale

indotto attraverso la metodologia innovativa dell'analisi del rischio.

Il Decreto è emanato in conformità degli indirizzi elaborati dalla Commissione Europea nel

Libro Bianco del 2001 ("La politica europea dei trasporti fino al 2010").

Il Decreto ha lo scopo di assicurare un livello adeguato di sicurezza nelle gallerie

ferroviarie, mediante l'adozione di misure di prevenzione e protezione atte alla riduzione di

situazioni critiche che possono mettere in pericolo la vita umana l'ambiente e gli impianti

della galleria, nonchè mirate alla limitazione delle conseguenze in caso di incidente. A tal

fine, le gallerie ferroviarie devono essere progettate, costruite, sottoposte a manutenzione

e tenute in esercizio in maniera da assicurare adeguati livelli di sicurezza agli utenti, ai

lavoratori e agli incaricati delle operazioni di soccorso (art. 1).

il Decreto si applica a tutte le gallerie ferroviarie di lunghezza superiore a 1000 m, siano

esse già in esercizio, in fase di costruzione o allo stato di progettazione (art. 2).


78

Nell'esercizio delle gallerie ferroviarie devono essere valutati, in particolare, i pericoli

derivanti da collisioni, deragliamenti e incendi. Quanto ai pericoli derivanti da rilasci di

sostanze pericolose trasportate, il Gestore dell'infrastruttura valuterà le condizioni di

sicurezza nella galleria imponendo vincoli gestionali e di esercizio. Le imprese ferroviarie

metteranno in servizio a partire dal 5° anno dell'entrata in vigore del Decreto, materiale

rotabile di nuova costruzione, rispondente ai criteri di sicurezza.

Entro 15 anni dall'entrata in vigore del Decreto tutto il materiale rotabile circolante sulle

infrastrutture dovrà rispettare i criteri di sicurezza.

Per quanto riguarda le gallerie di valico, in parte interessanti un altro paese, devono

essere concordati con apposita convenzione i requisiti di sicurezza e la metodologia di

analisi dei rischi al fine di armonizzare i requisiti di sicurezza tra i Gestori delle

infrastrutture (art. 3).

Il Ministero delle infrastrutture e dei trasporti vigila sull'attuazione del Decreto (art. 4).

Il Gestore della infrastruttura è responsabile del rispetto delle norme e delle procedure

riguardanti la sicurezza della galleria, svolgendo in particolare i seguenti compiti:

1. approntamento della documentazione di sicurezza;

2. effettuazione delle ispezioni periodiche delle gallerie ed elaborazione delle relative

procedure;

3. elaborazione ed attuazione degli schemi organizzativi ed operativi per i propri

servizi di pronto intervento, nonchè formazione adeguata ed equipaggiamento del

personale dipendente;

4. definizione della procedura per la chiusura immediata di una galleria in caso di

emergenza;

5. svolgimento delle inchieste per ogni episodio che abbia compromesso la sicurezza

della galleria, comunicandone l'esito al Ministero;

6. raccolta delle informazioni per la banca dati, da fornire al Ministero secondo le

direttive definite da esso (art. 5)

Per ciascuna galleria il Gestore dell'infrastruttura nomina:


79

• il responsabile di galleria ed il suo sostituto, e ne comunica il nominativo al

Ministero (art. 6);

• il responsabile della sicurezza ed il suo sostituto, e ne comunica il nominativo al

Ministero. Il responsabile della sicurezza, può coincidere con il responsabile della

galleria (art. 7).

E' istituita la Commissione sicurezza formata da tecnici del Ministero delle infrastrutture e

dei trasporti e del Ministero dell'interno, ed integrata da esperti al fine di esprimere parere

sulla conformità, valutando, inoltre, aggiornamenti ed eventuali proposte di nuove

metodologie di analisi di rischio. Il Decreto stabilisce inoltre che tutte le gallerie, il cui

progetto definitivo non sia stato ancora approvato prima dell'entrata in vigore dello stesso,

sono soggette alle disposizioni in esso contenute (art. 9); invece, per le gallerie il cui

progetto sia stato approvato e per le gallerie in costruzione, il Gestore dell'infrastruttura

valuta la conformità del progetto e dell'opera in costruzione o in esercizio agli obbiettivi di

sicurezza (art. 10). Quanto alle gallerie già in esercizio alla data di entrata in vigore del

Decreto, il Gestore dell'infrastruttura deve verificarne la rispondenza ai requisiti minimi

entro tre anni a partire dalla data di entrata in vigore del decreto (art. 11).

Il Gestore dell'infrastruttura ha l'obbligo di effettuare ispezioni periodiche al fine di

garantire che tutte le gallerie considerate nel decreto siano mantenute conformi alle

disposizioni dello stesso. Delle singole ispezioni effettuate sarà redatto un rapporto da

trasmette al Ministro. Lo stesso Gestore deve, qualora constati che una galleria non è

conforme alle disposizioni, definire le condizioni di sicurezza per il mantenimento in

esercizio o la riapertura della galleria, da applicarsi fino al completamento degli interventi

correttivi, ed ogni altra restrizione e disposizione che si rendesse necessaria (art. 12).

L'analisi dei rischi viene effettuata da un soggetto terzo o funzionalmente indipendente dal

Gestore della infrastruttura, inoltre l'analisi dei rischi deve dimostrare che sono conseguiti

gli obbiettivi di sicurezza con particolare riferimento alla sicurezza degli utenti, del

personale addetto e dei servizi di soccorso (art. 13). I responsabili delle gallerie devono

compilare delle relazioni annuali sullo stato delle infrastrutture e degli impianti; sugli eventi

pericolosi e sugli incidenti, fornendone una valutazione e indicando gli interventi adottati o

da adottare. Le relazioni sono trasmesse al Ministero entro la fine di ciascun anno del

Gestore dell'infrastruttura, il quale dovrà anche valutare i rapporti di sintesi dei


80

responsabili di galleria, e di redigere la relazione generale annuale sullo stato della

sicurezza delle gallerie, da trasmettere alla Commissione sicurezza ed al Ministero (art.

14).

Nell'allegato I vengono riportate le definizioni principali relative ai termini contenuti nel

testo normativo che ne permettono, dunque, una migliore comprensione; fra queste

riportiamo la definizione di:

• prevenzione: azioni intese a ridurre la probabilità di accadimento di un evento

dannoso;

• protezione: azioni intese a ridurre le conseguenze di un evento dannoso;

• rischio: eventualità di un accadimento che può causare danno.

Nell'allegato II vengono definiti i requisiti e le misure di sicurezza atte a conferire alcune

funzioni essenziali al "sistema galleria" al fine di prevenire l'insorgere di situazioni di

emergenza e mitigarne le eventuali conseguenze; in particolare gli obbiettivi da

conseguire sono:

• previsione e prevenzione degli eventi incidentali;

• protezione dei soggetti e mitigazione delle conseguenze;

• facilitazione dell'esodo delle persone e dell'intervento delle squadre di soccorso.

Per il raggiungimento di tali obbiettivi vengono definiti dei requisiti minimi e dei requisiti

integrativi. I requisiti minimi rappresentano le predisposizioni di sicurezza che devono

essere messe in atto in tutte le gallerie regolamentate dal Decreto; mentre i requisiti

integrativi dovranno essere individuati a seguito dell'analisi di rischio.

Nell'allegato III viene descritta la procedura relativa all'analisi quantitativa del rischio

andando a scomporre il sistema treno – galleria nei sottosistemi componenti:

infrastruttura, materiale rotabile, procedure operative.

Nell'allegato IV, infine, vengono descritte le procedure tecnico – amministrative per

l'approvazione dei progetti delle gallerie, per la loro messa in esercizio e per lo

svolgimento delle esercitazioni, nonchè la documentazione che deve essere predisposta.


81

9) L'allegato II del DM 28/10/2005

Per la valutazione della sicurezza e dei requisiti di sicurezza delle gallerie ferroviarie è di

fondamentale importanza l'allegato II del Decreto del Ministero delle Infrastrutture del

28/10/2005, di cui si riporta uno stralcio semi – integrale poichè si ritiene che la

comprensione dello stesso (così come dell'allegato III cha sarà riportato in seguito) è

fondamentale nel percorso che porta alle logiche del nuovo concetto prestazionale

introdotto dalla norma stessa.

Nelle gallerie dei sistemi ferroviari il conseguimento degli obbiettivi di sicurezza è il

risultato di una combinazione ottimale di requisiti di sicurezza applicati all'infrastruttura, al

materiale rotabile ed alle misure organizzative ed operative che possono essere adottate.

Le gallerie vanno dunque considerate nell'insieme delle strutture esistenti nell'itinerario

ferroviario e non come elemento a sé stante.

L'ottenimento dell'adeguato livello di sicurezza può essere meglio assicurato se tutti i

soggetti interessati aventi chiare e definite responsabilità (operatori ferroviari, gestori

dell'infrastruttura, enti deputati alle azioni di soccorso e lotta agli incendi, ecc.), sono

coinvolti nell'analisi degli aspetti relativi alla sicurezza delle gallerie, partecipando inoltre

alle esercitazioni secondo le modalità fissate dai piani di emergenza.

In particolare è auspicabile che in caso di incendio il treno possa essere arrestato fuori

dalla galleria o comunque in luoghi opportunamente predisposti per l'esodo delle

persone e l'intervento delle squadre di soccorso.

I requisiti e le misure di sicurezza da adottare in una galleria devono basarsi sulla

considerazione sistematica di tutti gli aspetti del sistema comprendenti l'infrastruttura,

l'esercizio, gli utenti ed il materiale rotabile.

Si deve tener conto dei seguenti parametri caratterizzanti il "sistema galleria":

• lunghezza della galleria;

• volume di traffico;

• tipologia di traffico;


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• presenza o assenza di deviatoi in galleria;

• interconnessioni in galleria;

• stazioni o fermate lungo linea in galleria;

• possibilità di incrocio in galleria tra treni in transito;

• andamento altimetrico;

• localizzazione nel territorio (area urbana/extraurbana);

• presenza di aree a rischio specifico in prossimità degli imbocchi.

I requisiti e le misure di sicurezza sono predisposizioni (a livello di infrastruttura, impianti

fissi, materiale rotabile, procedure organizzative) atte a conferire alcune funzioni

essenziali al "sistema galleria" al fine di prevenire l'insorgere di situazioni di emergenza e

mitigarne le eventuali conseguenze.

Nell'allegato sono riportati i requisiti di sicurezza per le "gallerie ferroviarie", per il

conseguimento dei seguenti obbiettivi:

• previsione e prevenzione degli eventi incidentali;

• protezione dei soggetti esposti e mitigazione delle conseguenze;

• facilitazione dell'esodo delle persone e dell'intervento delle squadre di soccorso

Tali obbiettivi possono essere raggiunti mediante l'adozione di:

• requisiti (e misure) minimi;

• requisiti (e misure) integrative.

Requisiti minimi

I requisiti minimi rappresentano le predisposizioni di sicurezza che devono essere messe

in atto in tutte le gallerie di cui al Decreto. Per le gallerie caratterizzate dall'insieme dei

seguenti parametri, il rispetto dei requisiti minimi costituisce condizione sufficiente a

garantire un adeguato livello di sicurezza:

• lunghezza non superiore a 2 km;

• volume di traffico non superiore a 220 treni/giorno;


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• traffico non contemporaneo di treni passeggeri e treni merci pericolose;

• andamento altimetrico senza inversioni di pendenza;

• assenza di aree a rischio specifico in prossimità degli imbocchi.

Per tali gallerie non è richiesta una specifica analisi di rischio. Le gallerie di lunghezza

compresa tra 500 m e 1000 m, dovranno invece avere soltanto alcuni dei requisiti minimi.

Si riporta di seguito l'elenco di tutti i requisiti minimi previsti dal DM 28/10/2005.


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Requisiti integrativi

I requisiti integrativi da adottare dovranno essere individuati a seguito dell'analisi di rischio

di cui all'art. 13 del Decreto, per garantire un adeguato livello di sicurezza.

Sono da considerare requisiti integrativi anche i requisiti minimi qualora questi ultimi

vengano resi più cautelativi o adottati per gallerie di lunghezza inferiore alla soglia

indicata nello specifico requisito minimo.

I requisiti integrativi elencati di seguito rappresentano un riferimento indicativo ma non

esaustivo per il progettista.


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10) Le gallerie ferroviarie più lunghe del mondo

Come accennato in precedenza, ogni lunga galleria ferroviaria deve essere considerata a

pieno titolo come una grande opera dell’ingegneria e dunque come l’espressione del

risultato congiunto dei tre fattori della funzionalità, della sicurezza e della fattibilità.

La combinazione di questi tre macro – elementi non può che realizzarsi caso per caso in

funzione del sistema complessivo all’interno del quale essa stessa si sviluppa. In altre

parole, ogni grande opera segue logiche proprie, spesso sviluppate in relazione prioritaria

a se stessa.

Appare dunque interessante oltreché importante dare una visione di massima delle

gallerie esistenti o in fase di realizzazione, che per la loro lunghezza rientrano fra le prime

cinque del mondo, caratterizzandone gli aspetti principali.

Esse sono:

- la galleria di base del San Gottardo;

- la galleria del Seikan;

- la galleria sotto la Manica;

- la galleria base del Lotschberg;


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- la galleria di Guadarrama.

La galleria di base del San Gottardo

La galleria di base del San Gottardo con i suoi 57 km rappresenta la galleria più lunga al

mondo. Il tunnel, che si trova in territorio svizzero, è ancora in fase di realizzazione e la

sua data di apertura e prevista per il 2015 (Figura 5.1). La linea ferroviaria che comprende

la galleria del San Gottardo collegherà Milano con Zurigo.

Il consiglio federale svizzero ha approvato nel 1995 un progetto di massima che prevede

un sistema di galleria a due tubi unidirezionali a semplice binario, senza cunicolo di

servizio, distanti 40 m l’uno dall’altro, e collegati ogni 325 m tramite cunicoli di

collegamento. Grazie a due doppi cambi di corsia è possibile far passare i treni da una

galleria all’altra, ciò può essere necessario nel caso di lavori di manutenzione o in caso di

eventi accidentali. Le aree per il cambio corsia si trovano nelle stazioni multifunzionali di

Sedrun e di Faido (Figura 5.2). Qui si trovano anche parte delle installazioni di

ventilazione, i locali tecnici con gli impianti di sicurezza, e due stazioni di soccorso, le

quali sono collegate direttamente l’una con l’altra mediante cunicoli separati. Le stazioni

di soccorso sono concepite per l’arresto di emergenza di un treno, servono però anche

come vie di fuga e di evacuazione.


88

Sul percorso di salvataggio verso l’altra galleria non si devono attraversare binari né

utilizzare scale o ascensori. Le stazioni di soccorso e i relativi cunicoli laterali e di

collegamento sono ventilati con aria esterna in presenza di eventi anomali, mentre

nell’altro tubo il fumo viene aspirato. Una leggera sovrappressione è sufficiente per

mantenere libera da fumo la via di fuga nell’altra galleria.

Partendo dalla stazione di soccorso, un treno di salvataggio trasporta i passeggeri fuori

dalla galleria. Nel caso in cui un treno si arresti fuori dalla stazione di soccorso, i

viaggiatori possono utilizzare i cunicoli trasversali come via di fuga verso la galleria

adiacente.

La galleria del Seikan

La galleria del Seikan è lunga 53,85 km e una parte di questa (23,20 km) si trova 240 m

sotto il livello del mare costituendo così la linea ferroviaria più profonda al mondo.

Il tunnel viaggia sotto il Tsugaru Strait, connettendo l’isola giapponese di Honshu con

l’isola di Hokkaido e fa parte della linea ferroviaria giapponese di Kaikyo.

Attualmente è il tunnel ferroviario più lungo nel mondo, almeno fino a quando il tunnel

svizzero di base del San Gottardo non verrà completato. Il tunnel di Seikan rappresenta


89

una delle più grandi imprese ingegneristiche del ventesimo secolo. Esso è costituito da

un’unica galleria con doppio binario, possiede due stazioni di emergenza, e il suo

diametro è di 9,6 m (Figura 5.3).

Il tunnel fu scavato simultaneamente da settentrione e da meridione.

Le porzioni di terra del tunnel furono eseguite con tecniche di tunneling di montagna

tradizionali, realizzando in questi tratti un solo tunnel principale. Per i 23,3 km della

porzione sottomarina, furono invece scavati tre fori rispettivamente con diametri in

aumento: un tunnel pilota iniziale, un tunnel di servizio ed il tunnel principale (Figura 5.4).

il tunnel di servizio è collegato al tunnel principale con una serie di connessioni

trasversali, distanti tra 600 e 1000 m.


90

Le stazioni servono come punti di fuga di emergenza. Nell’evento di un incendio o altro

disastro, ambo le stazioni offrono la sicurezza equivalente di un tunnel molto più corto.

L’efficacia delle aste di fuga localizzate alle stazioni di emergenza è migliorata da:

ventilatori per l’estrazione dei fumi; videocamere per guidare i passeggeri sui percorsi più

sicuri; sistemi di allarme terminali (ad infrarossi) e spruzzatori d’acqua.

La galleria sotto la Manica

La galleria sotto la Manica, canale che separa l’Inghilterra dalla Francia, detto anche

Eurotunnel dal nome della società che lo gestisce, costituisce il più lungo tunnel

sottomarino del mondo.

Il tunnel è lungo 50 km, 38 km dei quali corrono sotto il mare, e collega Folkestone, in

Inghilterra, con Calais, in Francia. Il tunnel si compone di tre gallerie, due ferroviarie e una

di servizio.

Le gallerie furono scavate ad una profondità di 45 m sotto il fondale marino. Le due

gallerie ferroviarie (A) hanno un diametro di 7,6 m e sono distanziate tra di loro di circa 30

m; tra le due vi è una galleria di servizio (B) di 4,8 m di diametro; da esse ogni 375 m

circa partono delle gallerie di intersezione (C) con i due tunnel ferroviari.

Il tunnel di servizio ha il duplice compito di fornire accesso agli operai addetti alla

manutenzione e di fornire una via di fuga sicura in caso di emergenza. I due tunnel


91

ferroviari sono inoltre collegati direttamente ogni 250 m da condotti per lo sfogo della

pressione (D) che passano sopra il tunnel di servizio senza unirsi ad esso; questi condotti

servono ad alleviare l’effetto pistone dovuto alla compressione dell’aria provocata dal

transito del treno in corsa (Figura 5.5). Per le auto, i pullman e i camion il servizio navetta

del tunnel funziona come un’autostrada semovibile; i mezzi salgono su una carrozza e

scendono all’altra estremità, dopo un tragitto di 35 minuti. Le navette sono trainate da

locomotive che possono raggiungere i 160 km/h.

La galleria base del Lotschberg

Il tunnel di base del Lotschberg è lungo 34,6 km e porta da Frutigen, nel Kandertal

(cantone di Berna) a Raron, nella valle del Rodano (cantone del Vallese). Dopo la sua

inaugurazione nel 2007, il nuovo tunnel per treni ad alta velocità costituisce, insieme al

tunnel del Sempione, il primo collegamento transalpino veloce nord – sud. Il tunnel

ferroviario è costituito da un doppio condotto con corsia unica a direzioni separate (figura

5.6.)


92

I condotti sono collegato ogni 333 m da galleria trasversali cosicché ogni condotto può

essere adibito come galleria di soccorso per l’altro condotto. In situazioni difficili le

gallerie trasversali possono anche essere aperte a mano e resistono ad un incendio di 90

minuti.

Entrambi i condotti dispongono di alimentazione di corrente separata, di un’illuminazione

di emergenza e di un sistema di areazione indipendente

La galleria di Guadarrama

Nel programma generale della rete ferroviaria ad Alta Velocità spagnola è prevista una

connessione tra Madrid e Segovia. La tratta deve attraversare la Sierra di Guadarrama, al

centro della spagna, con una galleria lunga e profonda sotto il parco nazionale

Manganare

Il tunnel ferroviario è costituito da una doppia canna, ciascuna di diametro di circa 10 m

(figura 5.7), avente una lunghezza di 36,5 km. La configurazione del tunnel prevede

diverse infrastrutture complementari come gallerie di connessione ogni 250 m, camere

d’emergenza con relative uscite all’esterno, rifugi per passeggeri e centrali di ventilazione.


93

11) Sintesi dei principali accadimenti incidentali

Per valutare le condizioni connesse ad un incidente generico ed avere anche delle

indicazioni sulle eventuali iniziative che potrebbero ridurre notevolmente le conseguenze

di un fatto drammatico è sicuramente interessante studiare la casistica dei principali

incidenti del passato avvenuti in galleria.

Nell’ambito delle sole gallerie ferroviarie o metropolitane, escludendo dunque le gallerie

stradali, dal 1940 ad oggi possono contarsi 27 incidenti seri, sulla base delle indicazioni di

diversi autori.

Un elenco dettagliato di questi incidenti, ognuno corredato da una descrizione

particolareggiata è dato nella tabella riportata nelle pagine seguenti.

Questa veduta d’insieme non è completa e non esiste criterio per l’uniforme selezione di

questi incidenti, tranne per il fatto che sono tutti avvenuti in gallerie ferrate.

Una stima approssimata considera che, in totale, circa 1400 persone hanno perso la vita

in questi incidenti identificati. Dalle informazioni su ogni incidente, sembra che il 90% di

queste si trovava a bordo del treno durante il decesso o comunque all’interno dell’area

della stazione. Solo la rimanente percentuale ha perso la vita nel tentativo di allontanarsi

dal luogo dell’incidente.

La casistica riporta che anche nei casi in cui sia stato l’incendio la causa maggiore dei

decessi, la maggior parte delle persone ha perso la vita senza riuscire a scendere dal

proprio convoglio. Questo pone l’accento sul fatto che l’evacuazione del treno verso il

tunnel è importante almeno quanto l’evacuazione dal tunnel verso un luogo sicuro.

I casi reali d’incendio in galleria

L’incidente più serio della storia è avvenuto in Italia nel 1944, nel tunnel delle Armi a

Balvano, a sud di Napoli, dove 400 - 500 persone persero la vita per via dell’esposizione

diretta a forti dosi di monossido di carbonio sprigionato dal fumo di due motori a vapore.


94

È bene evidenziare che in questo caso non si è trattato di un vero e proprio incidente

quanto di una serie di malaugurate circostanze che hanno bloccato il treno ed i suoi due

motori a vapore all’interno della galleria.

Le due motrici a vapore erano poste alla stessa estremità e ciò non ha consentito una

rapida inversione di marcia. Infatti, soltanto dopo una discreta quantità di tempo il treno fu

fatto scivolare verso l’uscita posteriore (la tratta era in salita), ma la maggior parte dei

passeggeri che alloggiavano disordinati sugli spazi disponibili dei vagoni merci erano già

morti (non si trattava infatti di un treno passeggeri ma di un treno merci occupato semi -

clandestinamente).

Pur essendo quello di Balvano un fatto singolare ed assolutamente irripetibile la

combustione e la formazione di fumo, causa della morte di molti uomini di malasorte, può

essere comparata a quella che si avrebbe oggi nell’incendio completo di un moderno

vagoni passeggeri.

Fra gli altri incidenti seri, vale la pena di menzionare l’incendio della metropolitana di Baku

nel 1995, che ha contato 289 decessi, e l’incendio sulla funicolare di Kitzsteinhorn in

Austria nel 2000 che ha contato 155 morti.

Entrambi i tunnel scenario di questi due gravi incidenti erano stati costruiti con una

sezione trasversale molto piccola, circa 10 mq per Kitzsteinhorn e circa 28 mq per la

metro di Baku, e questa loro comune caratteristica sembra essere stata la causa

principale della gravità delle conseguenze perché alla maggior parte delle persone

decedute non è stato possibile abbandonare il proprio convoglio.

In parte, questo fu causato da problemi con l’apertura delle porte, ma in ogni caso troppo

poco tempo intercorse tra l’innesco dell’incendio ed il suo sviluppo verso condizioni

estreme.

Una sezione trasversale più estesa avrebbe potuto fornire un tempo più adeguato per

l’evacuazione e per gli interventi di soccorso prima che il calore ed il fumo divenissero

insostenibili.

Un altro incidente serio accadde nel 1972 nel tunnel di Hokuriku (13,9 km a doppio

binario) con l’incendio del vagone ristorante di un treno serale. Il treno fu fermato a metà


95

strada nel tunnel per disconnettere il carro incendiato e proseguire con la procedura

attiva, ma dopo lo stop il convoglio non fu più capace di ripartire.

Quel treno trasportava più di 700 passeggeri e 30 di questi persero la vita. Non erano

presenti all’interno del tunnel, sufficienti equipaggiamenti in termini di ventilazione ed

illuminazione e questo fu pesantemente criticato dopo l’incidente.

Esistono tuttavia anche dei casi in cui i passeggeri sono tranquillamente riusciti a mettersi

in salvo all’esterno del tunnel una volta abbandonato il convoglio in panne, sia nel caso di

singole gallerie a doppio binario che nel caso di sistemi galleria a doppia canna.

L’incidente a San Francisco del 1979 mostra che anche le configurazioni di tunnel gemelli

a singola canna con frequenti collegamenti trasversali non è una sufficiente garanzia nei

confronti della sicurezza degli evacuanti in caso d’incendio e non sempre fornisce le

condizioni migliori per l’intervento delle squadre di soccorso.

Anche la presenza di un tunnel di servizio, in quell’occasione, non si è infatti rilevata

sufficiente a garantire la sicurezza: una persona della squadra di soccorso perse la vita e

molti altri individui rimasero gravemente feriti.

Gli incidenti che hanno avuto le peggiori conseguenze in termini del numero delle vittime,

si sono avuti nei tunnel a singola canna (singolo o doppio binario) con ridotta o stretta

sezione trasversale. In questi casi, una più fitta rete di percorsi di sicurezza trasversali

potrebbe non essere la soluzione al problema, ma potrebbe salvare qualche vita in più.

In molti casi è stato un problema di natura tecnica a bloccare il treno in galleria, in altri

l’uso improprio del freno di emergenze.

Quest’ultima circostanza sarebbe potuta evitarsi se il conducente avesse potuto annullare

l’azione dei passeggeri sul freno o se questi fossero stati istruiti a non usare il freno di

emergenza all’interno di un tunnel.

Bisogna notare che, in tutti quei casi in cui il treno si ferma senza la precisa volontà del

macchinista, la posizione di arresto è designata esclusivamente dal caso.


96

Di conseguenza, per garantire la sicurezza, è necessario che i tempi per l’inizio ed il

regolare svolgimento di un’eventuale evacuazione siano piuttosto brevi e che la distanza

massima per giungere ad un luogo sicuro sia sempre sufficientemente breve.

A tutti i casi più gravi corrisponde, infatti, la condizione di arresto del treno in galleria

senza il controllo della posizione dei vagoni passeggeri rispetto all’imbocco dei percorsi

di emergenza.

In tutti gli altri casi d’incendio dove invece la fermata all’interno del tunnel si è configurata

come intenzione è sempre stato possibile evacuare gli occupanti in sicurezza lungo i

percorsi offerti dalla data galleria, come ad esempio per gli incidenti dell’Eurotunnel nel

1996 e di San Francisco nel 1979 in cui tutta la popolazione esposta è riuscita a realizzare

il proprio esodo lungo la canna parallela.

Altri tipi di incidenti gravi in galleria

Oltre agli eventi incidentali causati direttamente dall’incendio, un numero circa

equivalente di incidenti gravi si è verificato per cause di natura differente. La maggior

parte di questi incidenti può classificarsi come segue:

- collisione fronte – coda tra due treni (Batignolles 1921, Torre 1944, Mexico City

1975);

- collasso strutturale del tunnel (Vierzy 1972);

- collisione con la fine della linea o con altri treni (Moorgate 1975, Gare de Lyon

1988);

- incendio all’interno dell’area di stazione (King’s Cross);

- panico tra la folla alle porte della stazione (Minsk 1999).

La maggior parte di questi incidenti non ha avuto un rapporto causa – effetto con la

tipologia di tunnel nel quale esso è avvenuto. Tuttavia è probabile che le operazioni di

soccorso abbiano invece subito tale condizionamento.


97

Riepilogo dei casi gravi

Si riporta di seguito una tabella sintetica con la descrizione dei casi più gravi d’incidenti

avvenuti dalla storia delle ferrovie ad oggi


98


99


100

12) Aspetti caratteristici di un incendio in galleria

L’incendio in galleria è uno tra gli eventi più catastrofici che si possano verificare durante

la circolazione di beni e persone. L’altissima temperatura, la minima possibilità di fuga e

l’impossibilità di smaltimento del fumo e del calore rendono questo tipo di incendio molto

pericoloso.

È la stessa struttura costruttiva di una galleria a rendere la lotta contro gli incendi

enormemente complessa, a causa soprattutto delle limitate possibilità delle vie di fuga,

delle difficoltà di intervento da parte delle squadre di soccorso e dall’intenso calore che si

genera in una situazione di dispersione termica così limitata.

Nell’ultimo decennio si sono verificati almeno 10 incendi di grandi dimensioni, in tunnel

stradali o ferroviari, che hanno provocato un numero impressionante di vittime ed enormi

perdite economiche, come nel caso del San Gottardo, del Tunnel della Manica, del

Traforo del Monte Bianco e di altri episodi meno noti ma non per questo meno importanti.

dal punto di vista economico, inoltre, i danni sono spesso di dimensioni enormi sia a

causa dei costi di riparazione che di quelli relativi alla chiusura del tunnel a cui, non ultimi,

vanno ad aggiungersi i costi indotti nelle zone circostanti (turismo, microeconomia, valore

delle costruzioni, ecc.).

Dunque, l’importanza di proteggere un tunnel da un’eventuale accadimento incidentale

d’incendio riguarda tre notevoli aspetti:

- Salvaguardia delle vite umane. La protezione non è legata ad una vera e propria

protezione strutturale, che sarebbe inutile per questo scopo, quanto ad una

corretta progettazione e costruzione degli impianti di sicurezza quali estrattori di

fumo, sistemi di illuminazione d’emergenza, rifugi, ecc. All’interno di un tunnel la

salvaguardia delle persone è legata alla propagazione, al controllo del fuoco ed

alla limitazione dei suoi danni sui punti sensibili e nevralgici dei sistemi di sicurezza

attiva, più che alla stabilità degli elementi portanti.

- Sicurezza strutturale. Per sicurezza strutturale s’intende la salvaguardia della

struttura per evitare collassi o danni permanenti che potrebbero provocare

deterioramenti addizionali alle altre strutture o danneggiamenti ai soccorritori. Tali


101

danni comportano una spesa di riparazione che spesso è notevolmente più alta

della ricostruzione completa della sezione di tunnel danneggiata. In tutti i casi

analizzati scientificamente, inoltre, si è notato il verificarsi di un consistente effetto

spalling sul cemento esposto al fuoco (cioè del deterioramento del rivestimento

cementizio).

- Danni economici indotti. I danni economici totali provocati da un incendio

derivano non solo dal deterioramento del tunnel (e quindi dalla sua riparazione),

ma soprattutto dai costi aggiuntivi sui trasporti, dai tempi di percorrenza più lunghi,

dalla perdite dell’economia locale e, infine, dalle ripercussioni, anche psicologiche,

sui servizi indotti dal tunnel stesso. Un chiaro esempio di quanto detto è

sicuramente costituito dall’incendio dell’Eurotunnel, dove il costo indotto è stato

stimato a più del doppio di quello della sola riparazione. L’intervento di

ricostruzione, infatti, è costato 87 milioni di Euro. I costi addizionali in termini di

perdite economiche materiali e l’impatto della chiusura del tunnel hanno portato ad

un costo addizionale di 211 milioni di Euro, per un totale di quasi 300 milioni.

13) La temperatura e le curve d’incendio

Negli ultimi anni sono stati eseguiti molti studi internazionali per meglio comprendere

l’evoluzione dell’incendio all’interno di un tunnel, con ricerche condotte a scala reale

all’interno di galleria in disuso che in laboratorio a scala ridotta. I risultati acquisiti hanno

permesso di entrare nel merito di diversi fenomeni ed in particolare di derivare alcune

curve temperatura – tempo, dette curve d’incendio.

Le curve d’incendio descrivono l’evoluzione delle temperature al passare del tempo e

vengono utilizzate per dimensionare gli elementi resistenti o per definire il carico termico

al quale devono resistere i rivestimenti protettivi, oltre che per fornire stime sui valori delle

temperature potenzialmente riferibili ad un determinato scenario di fuoco. Esse

costituiscono infatti dei modelli di stima, basati su dati empirici, che rappresentano

tipologie definite di incendio.


102

Sebbene molti studi siano ancora in corso, appare ormai chiaro che le temperature che si

possono registrare in un ambiente confinato, ed in particolare all’interno di un tunnel,

sono sempre superiori a quelle che si avrebbero con lo stesso carico d’incendio in un

ambiente non confinato (o all’interno di un edificio dotato di aperture verso l’esterno e

muri capaci di disperdere calore con elevato rendimento).

Di seguito può trovarsi una breve rassegna delle principali curve utilizzate nel progetto e

nella verifica antincendio dei principali paesi industrializzati. Sono curve in genere non

nate per le gallerie.

Le curve di incendio in generale

Una curva standard usata per testare l’esposizione alla temperatura di una data struttura

è la curva ISO 834, detta curva cellulosica, definita in molti standard progettuali.

Questa curva si applica con successo da diversi anni nella valutazione della resistenza al

fuoco dei materiali tipicamente presenti all’interno di un edificio.

Per molti anni la curva ISO 834 è stata usata anche per il progetto della resistenza al

fuoco delle strutture dei tunnel, ma è ormai chiaro che questa curva non rappresenta

adeguatamente tutti i materiali di potenziale interesse, con riferimento ai derivati del

petroli. Per ovviare a questa affermata consapevolezza è stata successivamente applicata

ai tunnel la curva HC, detta curva degli idrocarburi, sviluppata negli anni ’70 per l’uso

nell’industria petrolchimica e nel progetto degli off – shore.

Negli anni seguenti, in diversi paesi, sono state sviluppate curve specifiche per simulare

la combustione degli idrocarburi nei tunnel. Esempi sono la curva RABT/TZW sviluppata

in Germania e la curva Rijkswaterstaat Tunnel, detta curva RWS, sviluppata in Olanda

sulla base di esperimenti a scala ridotta condotti in laboratorio intorno alla fine degli anni

’70.

In Francia è stata usata una versione modificata della curva degli idrocarburi incrementata

di un fattore 1300/1100, mentre in Italia lo standard di riferimento è stato per molti anni

un’altra ulteriore curva, detta curva standard italiana.


103

Oggi, anche in Italia, la curva di riferimento per il progetto termico dei tunnel è la curva

RWS. Essa è sicuramente la più rappresentativa fra quelle proposte a livello continentale

ed è quella utilizzata da anni nei paesi più evoluti nella lotta agli incendi nelle gallerie.

L’associazione mondiale della strada PIARC, raccomanda l’uso della curva ISO 834 (60

min) per automobili e furgoni e l’uso della curva HC modificata (120 min) per autocarri,

autoarticolati e autocisterne. Queste raccomandazioni sono del tutto congruenti con

quelle dell’International Tunneling Associations, ITA .

La curva d'incendio di materie cellulosiche ISO 834

Questa curva è universalmente utilizzata per quantificare l'incendio di progetto negli edifici

civili (scuole, uffici, ospedali, alberghi, ecc.). Tutti gli standard internazionali utilizzano

questo programma termico oppure curve molto simili, come ad esempio in Italia dove si

utilizza la curva prevista dalla circolare 91 del 14 settembre 1961.

La curva ISO 834 simula un normale incendio da materiale cellulosico in ambiente con

ventilazione sufficiente. È opinione comune che questa curva sia poco rappresentativa di

un reale incendio che ha un andamento completamente diverso, ma il suo utilizzo può

dare indicazioni accettabili circa il comportamento dei materiali in situazioni successive ak

flashover. È altrettanto evidente che la ISO 834 è del tutto inadatta per verificare il

comportamento strutturale all'interno dei tunnel.


104

La curva di incendio da idrocarburi

La curva da idrocarburi è perfettamente applicabile nel caso si vogliano considerare gli

effetti di un piccolo incendio di benzina, o analogo combustibile liquido, come ad

esempio l'incendio di un serbatoio di un'automobile, di una cisterna di petrolio, di un

piccolo deposito di materiale chimici combustibile, ecc.

Analogamente alla ISO 834, la curva da idrocarburi è totalmente diversa da quella di un

incendio reale, ma il suo utilizzo permette di agire in condizioni standard e di operare

scelte con un certo margine di sicurezza.

la curva RWS o UNI 11076

La curva RWS, adottata in Italia con la norma UNI 11076 "Modalità di prova per la

valutazione del comportamento di protettivi applicati a soffitti di opere sotterranee, in


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condizioni di incendio" pubblicata nel dicembre 2003, è universalmente riconosciuta

come una delle curve più rappresentative all'interno dei tunnel.

Essa è rappresentativa dell'incendio di un'autocisterna carica di petrolio, cui può attribuirsi

un HRR di picco pari a circa 300 MW.

Questa curva è basata su risultati di alcuni test eseguiti in Olanda su una galleria a scala

ridotta, lunga 8,00 m e avente sezione rettangolare di 2,00 x 2,00 mq, con pozze di

petrolio come sorgenti di fuoco e con temperature dei gas individuate tra 900°C e 1360°

C.

Quasi tutti i paesi che utilizzano la curva RWS, compresa l'Italia, hanno deciso di limitare il

programma termico a due ore, in quanto si presume che dopo tale tempo i soccorritori

siano in grado di avvicinarsi alla fonte di fuoco e cominciare la loro opera di spegnimento.

I recenti casi di incendi di grandi dimensioni, ed in particolare l'incendio del Monte

Bianco, hanno dimostrato che le temperature all'interno delle gallerie sono troppo alte per

consentire un intervento di soccorso anche dopo molte ore e quindi alcune nazioni hanno

pensato di estendere la curva RWS fino a 180 minuti (Austria e Svizzera).

In maniera complementare alla curva RWS l'attuale legislazione tedesca impone che la

temperatura all'interfaccia tra il calcestruzzo e la membrana protettiva non ecceda i 380° C

e che la temperatura delle strutture portanti non superi i 250° C.

La curva di incendio RABT ZTV

Questa curva ha caratteristiche simili alla RWS per i primi cinque minuti, condividendo lo

stesso concetto di salita rapida delle temperatura all'inizio della combustione, ma poi

assume una forma piatta e costante a 1200° C fino a 30 minuti, per poi diminuire in modo

lineare fino alla temperatura ambiente dopo 140 minuti.

Sebbene questa curva rappresenti in modo corretto l'incendio in un tunnel ferroviario è

difficile immaginare la sua applicazione nei tunnel autostradali o, comunque, per

rappresentare l'incendio di sostanze combustibili liquide, dove le temperature in gioco


106

sono sicuramente più alte. Per questo motivo il suo utilizzo è accettato solo in pochissime

nazioni.

La curva di incendio da idrocarburi modificata

La curva HCM rappresenta una sorta di buon compromesso fra la curva tradizionale da

combustibile liquido o gassoso ed il reale andamento temperatura/tempo che si può

verificare nell'incendio di un tunnel.

Il programma termico HCM è profondamente diverso (e decisamente più severo) rispetto

a quello degli idrocarburi. Alcuni paesi, fra i quali la Francia, hanno adottato questo

programma termico per la verifica del comportamento al fuoco delle gallerie.


107

14) Valori di progetto per l'HRR in galleria

L'HRR, ovvero il tasso di rilascio del calore, può sicuramente essere assunto come

grandezza fondamentale per la valutazione di un incendio in galleria in quanto, nella

letteratura specialistica della prevenzione incendi, esso viene definito come la grandezza

fondamentale per la valutazione del rischio.

Nello studio di Helseden si possono trovare valori di HRR pari a 3, 10, 20, 50 e 100 MW

per descrivere rispettivamente l'incendio in galleria di un'automobile, di un furgone, di un

autocarro, di un autoarticolato o di un'autocisterna carica di combustibile.

I recenti eventi catastrofici avvenuti in Europa hanno mostrato che gli incendi in cui

restano coinvolti diversi HGV (mezzi pesanti per il trasporto di beni civili), anche con

carichi non considerati "non rischiosi", possono produrre una grande quantità di calore e

di fumo, determinando eventi incidentali estremamente difficili da combattere.

In tutti i casi catastrofici l'HRR è sempre superiore ai 100 MW, ed ha raggiunta in ben tre

casi valori compresi tra 300 MW e 400 MV, vedi la Tabella 5.3.

Questo va in contrasto con i valori prescritti da numerose normative che permettono di

assumere per il caso degli HGV che trasportano merci ordinarie (non liquidi combustibili

o altri prodotti ad alto rischio) valori di HRR relativamente bassi, vedi la Tabella 3.2


108

Alla luce di queste considerazioni diversi team di ricerca, in Europa e nel mondo, hanno

cominciato a porre nuove attenzioni sulla misura dell'HRR potenzialmente disponibile

nell'incendio di merci ordinarie, avviando e sviluppando numerosi test a scala reale.

Ad esempio, i risultati dei test eseguiti sul Runehamar Tunnel nel 2003 permettono di

affermare che gli HGV ordinari, ovvero caricati con carichi considerati a basso rischio

(cellulosa e plastica), possono aversi picchi di HRR compresi tra 66 MW e 202 MW che

corrispondono invece al valore dato dalle normative per l'incendio di un'autocisterna

carica di combustibile liquido.

Questi valori sono stati discussi dalle autorità internazionali per la standardizzazione della

sicurezza e ci si può aspettare che nel corso degli anni a venire le prescrizioni attuali

subiranno una revisione verso l'alto per l'adeguamento a questi nuovi rilievi.

Relativamente al caso delle ferrovie esiste infatti un gran numero di team internazionali di

ricerca, il cui obbiettivo è quello di armonizzare le infrastrutture ferroviarie e le procedure

cui sono soggette, al fine di produrre un continuo aumento della sicurezza.

Esempi di questi gruppi sono l'Unione Internazionale delle Ferrovie (Unione Internationale

de Chemin de fer, UIC), il gruppo di esperti UN ECE e l'associazione europea per

l'interoperabilità ferroviaria (Association Europèenne pou l'Interopèrabilitè Ferroviaire,

AEIF).


109

Per via del costante incremento di trasporto merci su ferrovia e del conseguente

miglioramento delle infrastrutture rotabili, la domanda di trasporto passeggeri è anch'essa

destinata a crescere.

Tuttavia, le norme non permettono di stilare una tabella per la stima dei valori di HRR

potenzialmente riscontrabili nell'incendio di normali carrozze civili.

Questo aspetto rappresenta una discussione aperta e diversi valori sono stati proposti, a

seguito di numerosi test, per l'incendio di progetto di questi "veicoli".

15) I test e le esperienze di laboratorio

La prima serie di test di larga scala che ha permesso di valutare i valori di HRR ed i valori

delle temperature dei gas di combustione corrispondenti all'incendio di grandi e reali

veicoli ferroviari (carrozze passeggeri, vagoni merci, carrozze metropolitane e HGV) è

stato il progetto AUREKA 499 – FIRETUN sviluppato tra il 1990 ed il 1992.

Nel corso degli anni precedenti sono stati eseguiti numerosi test che hanno cercato di

investigare le grandezze caratteristiche di un incendio in galleria.

Tra essi si annoverano quelli effettuati nel 1965 nell' Offenegg tunnel in Svizzera, quelli di

Glasgow in Scozia nel 1970 all'interno di un tunnel ferroviario dismesso, gli esperimenti

del Zwenberg tunnel in Austria nel 1975 e gli altri esperimenti avvenuti in Giappone nel

1980.

La serie di test più recenti risale invece al 2003 con gli esperimenti del Runehamar Tunnel

in Norvegia, a seguito dei quali il Dipartimento di Fire Safety Engineering del "Lund

Institute of Techonology" della norvegese "Lund University" ha compilato una serie di

interessantissimi studi.

In funzione dei test del progetto EUREKA, condotti su vetture ferroviarie nel Repparfjord

Tunnel in Norvegia tra il 1990 ed il 1992, e di altri test condotti su altri vagoni ferroviari,

può sintetizzarsi la Tabella 3.4.


110

La tabella 3.4 evidenzia, in particolare, come a valori maggiori di energia possano

corrispondere HRR più bassi.

Ciò è sicuramente attribuibile all'influenza che hanno le condizioni di ventilazione sullo

sviluppo del fuoco: tanto maggiore è il ricambio di ossigeno, tanto più efficiente e potente

sarà la combustione.

Il numero, la forma e le caratteristiche complessive del sistema di aperture del vagone

nonchè le caratteristiche del particolare incidente (eventuale rottura di finestrini o altro),

hanno notevole influenza sull'HRR.

Si riporta di seguito una tabella sintetica degli esperimenti più importanti condotti dal

1965 ad oggi.


111

[3] “Sicurezza nelle gallerie ferroviarie: modellazione numerica dei tunnel per la

valutazione del rischio d’incendio” – Giuseppe Fresta (anno 2008) – Università degli

Studi di Catania : Dipartimento di Ingegneria Civile ed Ambientale.


112

D – Sviluppi sull’analisi progettuale delle opere in sotterraneo [4]

1) Introduzione

Le opere in sotterraneo sono state interessate da un notevole sviluppo in concomitanza

con la costruzione della rete ferroviaria nazionale ed europea, a metà del XIX secolo. Una

significativa testimonianza di questo sviluppo è data, in modo singolare e sicuramente

suggestivo, dai "Modelli di Costruzioni", veri "Capolavori di Minuseria al servizio della

Scienza delle Costruzioni" della Regia Scuola di Applicazione per Ingegneri, in Torino.

Come è illustrato in figura 1, alcuni di questi modelli, oggi conservati presso il

dipartimento di ingegneria strutturale e geotecnica dello stesso Politecnico, riguardano la


113

costruzione di gallerie e rendono in modo accurato i diversi tipi di attacco e le successive

fasi di avanzamento dello scavo, allora più frequentemente in uso:

a) il metodo austriaco – inglese, che consisteva nell'effettuare lo scavo completo della

sezione della galleria prima di eseguire il rivestimento;

b) il metodo belga, con cui si eseguiva il rivestimento della calotta della galleria e

successivamente quello dei piedritti;

c) il metodo italiano, con il cosiddetto attacco "in cunetta", che prevedeva la messa in

opera dell'arco rovescio in muratura, prima della chiusura completa dell'anello.

L'interesse del progettista e del costruttore di gallerie, allora come oggi, doveva essere

rivolto anche agli interventi di ripristino, com'è visibile in un altro modello della stessa

collezione "Capolavori di Minuseria al servizio della Scienza delle Costruzioni" (fig. 2), che

riproduce un tratto della galleria dei Giovi, sulla linea ferroviaria Genova – Torino,

inaugurata nel 1853. Questa galleria, scavata in terreno "che si presentava mobile" (argilliti

plastiche), subì dei "guasti" negli anni '70, così da richiedere, nel 1983, importanti ed

impegnativi interventi di restauro.


114

Ciò che è chiaro, osservando le illustrazioni delle figure 1 e 2, insieme alla figura 3, che

riporta una fotografia un pò più recente, è che per lungo tempo è stato necessario

dedicare un'attenzione del tutto particolare alla carpenteria in legno e al rivestimento

finale in muratura posti in opera durante l'avanzamento. Era indispensabile valutare la

stabilità del cavo e in particolare calcolare il carico sulle strutture provvisorie in legno e sul

rivestimento permanente.

I primi tentativi di calcolo, che si possono fare risalire proprio alla metà del XIX secolo,

prendevano in considerazione i fenomeni nell'immediata vicinanza dello scavo ed erano

basati su ipotetici meccanismi di rottura o su modelli semplici (vere e proprie

idealizzazioni intuitive: il comportamento ad arco, il comportamento a trave, la teoria del

silo,......). È d'altra parte interessante osservare che nel periodo storico appena ricordato

nasce la teoria matematica dell'elasticità, per cui si fa gradualmente strada l'esigenza di

andare oltre il semplice modello di quantificazione del carico agente sulle strutture.

Si comincia infatti a comprendere quanto sia importante descrivere la ridistribuzione delle

sollecitazioni e le deformazioni indotte intorno al cavo, nel senso di quantificare le

variazioni che la presenza del cavo stesso comporta rispetto ad una situazione di

equilibrio preesistente. Basti pensare all'iniziale impiego, nello studio del comportamento

delle gallerie allo scavo, delle classiche soluzioni in forma chiusa della teoria dell'elasticità


115

quali, ad esempio, le soluzioni di Lamè [1852] e di Kirsch [1898], che affrontano

rispettivamente il problema del calcolo di tensioni e deformazioni indotte in una piastra

forata in condizioni di sforzo idrostatico e biassiale.

2) Il passato ed il presente

Prima di affrontare l'argomento principale di quest'articolo, ci soffermiamo su tre

importanti opere appartenenti a tre diversi periodi storici, senza con questo voler fare una

ricostruzione dei progressi tecnologici che hanno riguardato le costruzioni in sotterraneo.

Lo scopo è piuttosto quello di inquadrare il problema; è quindi parso utile prendere a

riferimento un unico ambiente geologico, interessato allo scavo dei trafori transalpini della

Alpi Cozie, tra la Francia e l'Italia: il primo "Traforo delle Alpi", il Traforo Autostradale del

Frejus, la Galleria di Base lungo il nuovo collegamento ferroviario Torino – Lione.

Il primo "Traforo delle Alpi"

E' interessante tornare al periodo storico prima ricordato (seconda metà del XIX secolo)

ed in particolare alla galleria ferroviaria del Moncenisio, sotto il colle del Frejus, tra

Bardonecchia e Modane: il primo Traforo delle Alpi.


116

A realizzarla furono "Tre Ingegneri" Sommeiller, Grandis e Grattoni (fig.4), i quali, tra l'altro,

misero a punto per la perforazione della roccia scalpelli azionati pneumaticamente (fig. 5).

Si tratta del vero inizio, nel 1863, dello scavo meccanizzato in galleria. Su progetto di

Sommeiller ("cui era stato rilasciato l'attestato di privativa il 30 dicembre 1858"), le

perforatrici venivano montate (in genere in numero di 7-10, ma all'occorrenza fino a 12) su

un affusto ferroviario, ad intelaiatura metallica (figg. 5 e 6), dotato di barre trasversali, vero

precursore dei moderni carri "jumbo".


117

La squadra di base, addetta all'affusto, era composta di 37 persone: un capo – posto, 4

meccanici, 2 scalpellini minatori, 8 manovali per il montaggio e il cambio dei fioretti, 9

operai per la condotta delle perforatrici, 8 manovali per la messa in stazione o il ricambio

delle perforatrici, 5 ragazzi addetti ai lavori accessori, oltre a 2 lavoranti usati come

messaggeri. Di fianco alle rotaie principali, venivano montate altre due coppie di rotaie

con scartamento di 60 cm, sulle quali venivano fatti scorrere i vagoncini addetti al

trasporto del marino (fig. 7)

Il Traforo, che era scavato prevalentemente nella formazione dei calcescisti piemontesi,

aveva una lunghezza di 12,2 km. I lavori di scavo iniziarono nel 1857 e, procedendo sui

due fronti, terminarono con l'incontro delle avanzate il 25 dicembre 1870; l'inaugurazione

della galleria fu fatta il 17 settembre 1871 e l'apertura all'esercizio avvenne il 16 ottobre

1871.

La galleria autostradale del Frejus

Non molto lontano dal primo Traforo delle Alpi, appena ricordato, con cui ebbe

veramente inizio "una nuova era per la costruzione delle gallerie", muovendoci dal

passato verso il presente, nella storia dello scavo delle gallerie, deve essere ricordato il

Traforo Autostradale del Frejus che congiunge Bardonecchia, nel vallone di Rochemolles,

in Italia, con Modane, nel vallone del'Arc, in Francia (fig. 8).


118

Con una lunghezza complessiva del tracciato di 12,9 km e una copertura massima di

1750 m, questo traforo segue planimetricamente quello ferroviario per circa un terzo del

suo sviluppo; se ne allontana fino ad una distanza di 2000 m, in corrispondenza

dell'imbocco francese. Ad eccezione delle zone di attacco, su entrambi i lati, il traforo

attraversa esclusivamente la formazione dei calcescisti piemontesi (fig. 9).

Lo scavo del traforo autostradale si caratterizza per una serie di innovazioni, sia dal punto

di vista tecnologico che strettamente progettuale. Vale ad esempio ricordare, quasi a

voler porre a confronto il passato con il presente, la felice scelta di sostituire la

tradizionale perforazione ad aria compressa con quella elettro – idraulica, mai

sperimentata prima di allora per tratti di galleria così lunghi (fig. 10).


119

Rimanendo sempre sul lato italiano del traforo, si può anche ricordare che la stabilità

dello scavo a seguito del fronte di avanzamento veniva garantita da un intervento

sistematico di stabilizzazione con bulloni (diametro 24 mm) ad ancoraggio puntuale, con

testa espandibile a sei ali e lunghezza variabile da 3,5 m a 5,0 m.

Le gallerie del nuovo collegamento ferroviario Torino – Lione

Il presidente Cavour, nel proporre alla Camera dei Deputati nel giugno del 1857, il

progetto del primo Traforo delle Alpi affermava: "L'Impresa che noi vi proponiamo, non

vale il celarlo, è gigantesca; la sua esecuzione dovrà però riuscire a gloria e a vantaggio

del Paese. Noi non vi abbiamo mai dissimulato essere noi convinti che questa impresa

non potesse condursi a compimento senza vincere grandissime, immense difficoltà......".

Non è fuori luogo ricordare queste stesse parole oggi considerando il nuovo

collegamento ferroviario Torino – Lione, che prevede nei prossimi anni lo scavo di un

traforo di circa 53 km con una copertura che oltrepassa i 2000 m in corrispondenza della


120

cresta di confine (fig.11) oltre a tre lunghe gallerie in Val di Susa, tra cui quella di

Bussoleno riportata nello stesso profilo di figura 11.

E' quasi superfluo sottolineare l'importanza che assumono in questo caso gli studi

geologici già svolti. Non meno importanti sono però alcuni aspetti specialistici riguardanti

più da vicino questo articolo. Nel caso particolare sarà ad esempio utile chiedersi,

nell'esaminare lo sviluppo dei metodi di analisi oggi disponibili per il progetto delle opere

in sotterraneo, se questi possono considerarsi adeguati di fronte alle complesse

problematiche anticipate, per la natura dei terreni attraversati, le notevoli coperture

interessate, la lunghezza delle opere, i condizionamenti sui tempi di realizzazione, ed altro

ancora.


121

Il collegamento ferroviario ad alta velocità tra Bologna e Firenze

Con i suoi 73 km di gallerie, per un tracciato che si sviluppa attraverso l'Appennino per 78

km (fig. 12), il collegamento ferroviario ad alta velocità tra Bologna e Firenze costituisce

indubbiamente l'opera di maggiore impegno del progetto "Treno ad Alta Velocità". Come

noto, tale progetto ridisegna il sistema ferroviario italiano sulla base del quadruplicamento

delle linee con nuovi assi ad alta velocità, che si sviluppa in direzione Est – Ovest, lungo

la direttrice padana, e in direzione Nord – Sud, lungo quella peninsulare.

E' interessante sottolineare in questa sede che quest'opera segue il primo collegamento

tra Bologna e Firenze, la tuttora esistente linea Porretana (i cui lavori vennero intrapresi

nel 1856, entrando in servizio nel novembre 1864), e la Direttissima Bologna – Firenze

(inaugurata nel 1934), entrambe caratterizzate da importanti gallerie di valico

dell'Appennino, scavate in condizioni geologiche particolarmente complesse e difficili. La

metodologia di scavo adotta nella nuova opera, a piena sezione (fig. 13), con interventi

sistematici di stabilizzazione/consolidamento al fronte, rappresenta un'importante

innovazione tecnologica e costruttiva, nonchè di tipo progettuale.


122

3) I metodi di analisi in un breve percorso

I primi passi

All'epoca dello scavo delle prime gallerie ferroviarie (metà del secolo XIX), lo stato dell'arte

nel calcolo delle opere in sotterraneo e delle strutture di sostegno è ben descritto da

queste parole riprese da Curioni [1877]:

".....Innumerevoli sono le gallerie aperte all'epoca delle prime costruzioni di strade ferrate

fino ai nostri tempi; ed è singolare come non siansi ancora formulate regole certe e sicure

per la determinazione pratica della grossezza dei rivestimenti. Pochi precetti generalissimi

hanno finora servito di guida nel determinare le indicate grossezze....

• si può tralasciare ogni rivestimento alle gallerie in roccia dura, non alterabile al

contatto con l'aria;

• è necessario un sottile rivestimento murale, con grossezza variabile da metri 0,25 a

0,40, per le gallerie entro roccia soggetta a sfaldarsi in contatto dell'aria;

• è indispensabile un robusto rivestimento murale, con grossezza di metri 0,50, per le

gallerie entro terra.

Come si è già ricordato, l'attenzione era dunque rivolta al dimensionamento del

rivestimento in muratura e alla carpenteria in legname; in particolare si cercava di

formulare delle ipotesi ragionevoli sull'entità e sulla distribuzione del potenziale carico su

questi agenti. Il calcolo veniva svolto ricorrendo a metodi di tipo analitico o grafico, in

stretta analogia a quanto fatto per le arcate di ponti di struttura murale.

Come illustrato nei diagrammi di figura 14, ripresi dall'Appendice dell'Arte del fabbricare

dello stesso Curioni, "la stabilità delle gallerie veniva valutata deducendo la mutua azione

tra le parti di volta limitate dai giunti alle reni e dal giunto in chiave."

La verifica comportava che gli sforzi di compressione agenti non superassero i valori di

resistenza della malta tra i corsi, non accettando comunque sforzi di trazione.


123

Rimanendo sempre e volutamente sul testo di Curioni, è di sicuro interesse rilevare come

lo stesso autore fosse ben cosciente delle difficoltà incontrate nel formulare ipotesi

attendibili sui carichi agenti sui rivestimenti e nella stessa soluzione del problema in

esame. Ciò risulta bene dalle seguenti parole: "la risoluzione rigorosa del problema

presenta difficoltà serie e forse insuperabili, sia perchè non si conosce come realmente si

comporta nelle intime parti una massa di terra, allorquando trovasi in procinto di

scoscendere; sia ancora perchè non è ben noto il modo di resistere dei rivestimenti delle

gallerie":

Lo steso Curioni e altri ingegneri dell'epoca, coinvolti nella realizzazione di importanti

gallerie della prima rete ferroviaria del paese, comprendevano in tutta chiarezza la grande

importanza, in questi casi, di "osservare" l'opera in vera grandezza: "....con tutto

l'impegno...., approfittare dei fatti che ci è permesso osservare nelle deformazioni e nelle

rotture delle gallerie.... onde vedere se è possibile formulare una teoria, che in qualche

modo possa venire in aiuto dell'ingegnere costruttore nel progettare.....".


124

Non è pertanto fuori luogo evidenziare come in queste parole siano sottolineti i principi

che molti anni più tardi sarebbero stati posti alla base dell'approccio osservazionale.

La teoria dell’Elasticità

Abbiamo già ricordato che con la metà del XIX secolo, proprio mentre si andavano

costruendo le prime gallerie della rete ferroviaria nazionale ed europea, la teoria

matematica dell’elasticità aveva ormai raggiunto un buon livello di sviluppo ed erano state

pubblicate diverse soluzioni analitiche in forma chiusa, che sarebbero poi state utilizzate

per l’analisi del comportamento delle cavità sotterranee in fase di scavo e ad opera

completata, come descritto nei primi testi di meccanica delle rocce. Come illustrato nella

figura 15, tali soluzioni riguardano il calcolo delle tensioni ��, �� e �� e degli spostamenti

ur e uθ in un punto a distanza r dall’origine degli assi di coordinate x,y o r,θ in un mezzo

infinitamente esteso, omogeneo, Continuo ed Isotropo, a comportamento Lineare

Elastico (CILE), contenente un foro circolare, e soggetto ad uno stato di tensione in sito

idrostatico [soluzione di Lamè, 1852] o biassiale [soluzione di Kirsch, 1898].


125

Una delle prime esigenze poste dalla pratica costruttiva, nello studio delle tensioni e delle

deformazioni indotte intorno ad una galleria, pur nelle semplici ipotesi di mezzo CILE, è

stata quella di tenere conto di una sezione di scavo diversa da quella circolare. A tal fine,

sono stati condotti numerosi studi analitici e sperimentali, volti a definire l’influenza della

forma geometrica, aspetto di sicuro rilievo, soprattutto per le grandi cavità sotterranee

adibite a funzioni civili o minerarie.

Gli studi analitici hanno in particolare riguardato l’impiego della teoria dell’elasticità, in

accordo alla formulazione con variabili complesse. Un efficace esempio di studi specifici

sull’argomento, tipici degli sviluppi del periodo 1965 – 1970, è riportato nella figura 16,

che intende evidenziare l’influenza degli spigoli sulla concentrazione delle sollecitazioni

agenti nell’intorno di una galleria mineraria di sezione quadrata in condizioni di carico uni

assiale (��, �� / �� 0)

Gli studi sperimentali, anch’essi appartenenti allo stesso periodo di cui sopra, hanno visto

l’impiego della fotoelasticità che consente di visualizzare in modo molto efficace la

distribuzione delle sollecitazioni intorno allo scavo, come è illustrato per una galleria

circolare in figura 17.


126

Vale osservare, con riferimento alle esigenze poste dalla tridimensionalità di alcuni

problemi applicativi (tipico è il caso delle zone di intersezione tra gallerie e cavità di

diversa forma geometrica), che i modelli fotoelastici sono stati anche applicati alla

soluzione di problemi tridimensionali, come è illustrato nell’esempio di figura 18, relativo a

zone di intersezione ad angolo retto tra due gallerie circolari.


127

È comunque evidente che oggi, con l’ampia diffusione dei metodi di analisi numerica, su

cui ci soffermeremo nel successivo capitolo, il calcolo dello stato tensionale e deformativo

intorno a gallerie di diversa forma geometrica e anche in condizioni tridimensionali può

essere svolto in modo molto semplice. Per mettere in luce questo fatto, lo stesso

problema affrontato con i metodi della fotoelasticità, illustrato in figura 18, è stato risolto

con il metodo numerico degli elementi di contorno (BEM) e il codice di calcolo

EXAMINE3D. Com’è d’uso in questi casi, il confronto è condotto riportando le linee di

contorno dello sforzo di taglio massimo, secondo quanto rappresentato nella figura 19.

Il metodo convergenza – confinamento o delle curve caratteristiche

Nello sviluppo dei metodi di analisi un posto del tutto particolare deve essere riservato al

metodo convergenza – confinamento o delle curve caratteristiche, il cui uso può essere

fatto soprattutto risalire ai primi anni cinquanta e sessanta del secolo scorso e al lavoro di

Rabcewicz, Pacher e Muller, in relazione all’impiego del cosiddetto Nuovo Metodo

Austriaco, NATM.

Le basi teoriche del metodo fanno riferimento invece alle soluzioni derivate per il calcolo

dello stato tensionale e deformativo e dello sviluppo progressivo della plasticizzazione


128

attorno a una galleria circolare scavata in un mezzo a comportamento Elasto PLAstico

(ELPLA), sotto posto ad uno stato tensionale in situ p0 e sul contorno �� di tipo isotropo.

Alcune soluzioni sono state sviluppate nel periodo 1930 – 1960; altre, a partire

dall’elegante soluzione proposta da Selencon, sono state derivate più recentemente. Tra

queste, si possono anche ricordare le soluzioni in forma adimensionale proposte da

Carranza – Torres e Fairhurst [1999]. Di sicuro interesse è poi la soluzione semi – analitica

elaborata da Detournay [1983], applicabile al caso di stato di tensione in situ biassiale.

Queste soluzioni si differenziano per il criterio di resistenza che viene introdotto per

l’ammasso roccioso, sia quello di Mohr – Coulomb o di Hoek – Brown.

In sintesi, riferendo il problema ad una galleria circolare profonda di raggio a, ubicata in

un mezzo continuo, omogeneo, isotropo, a comportamento ELPLA di tipo ideale plastico

o ideale fragile, sottoposto ad uno stato tensionale in situ isotropo p0, è dunque possibile,

determinare lo stato tensionale e deformativo nell’ammasso roccioso a seguito dello

scavo, schematizzato con una progressiva diminuzione della tensione radiale �� sul

contorno del cavo. Come illustrato nella figura 20, la curva che definisce lo spostamento

radiale ur sul contorno della galleria, in funzione della corrispondente tensione ��, è detta

curva convergenza – confinamento della galleria in esame (LC). Concordemente viene

anche valutata l’estensione della fascia plastica, definita dal valore Rpl.


129

Per una tensione radiale pari a p0, non si ha alcuna variazione dello stato tensionale e

deformativo iniziale al contorno della galleria e lo spostamento radiale ur (per r = a) è

nullo. Al diminuire della tensione radiale ��, inizia a manifestarsi lo spostamento radiale ur

che, inizialmente, cresce linearmente fino ad un certo valore della tensione radiale ��,��,

detta tensione radiale critica, funzione unicamente dei parametri di resistenza di picco

dell’ammasso roccioso. Al di sotto della tensione radiale ��,�� si sviluppa, intorno al cavo,

la zona plastica. Il raggio plastico Rpl individua il limite di tale zona: per distanze superiori

l’ammasso roccioso continua a rimanere in condizioni elastiche (CILE).

La LC non tiene ovviamente conto della eventuale presenza delle strutture di sostegno,

ma descrive unicamente la risposta della galleria in termini di convergenza e di

estensione della fascia plastica al variare della tensione radiale applicata sul contorno

della galleria. Come illustrato in figura 20, per tenere conto dell’interazione tra la galleria e

la struttura di sostegno è necessario rappresentare quest’ultima attraverso una propria

curva caratteristica (LS) ed introdurre il concetto di tensione radiale fittizia, che permette

di affrontare il problema tridimensionale caratterizzato dalla presenza del fronte di scavo

mediante uno schema bidimensionale semplificato.

In tal modo la LC può essere razionalmente interpretata come un grafico rappresentativo

della situazione deformativa lungo l’asse della galleria: ogni punto della curva LC

consente di valutare l’entità dello spostamento radiale in una particolare sezione

relativamente alla posizione del fronte di scavo. Sarà così possibile determinare anche lo

spostamento radiale ur)i nella sezione in cui viene posto in opera il sostegno.

La SC definisce lo spostamento radiale ur della struttura di sostegno in funzione della

tensione radiale �� applicata su quest’ultima. Essa è generalmente descritta da una

relazione lineare caratterizzata da un coefficiente angolare Ks, detto rigidezza del

sostegno, sino ad un valore massimo della tensione �� che caratterizza la pressione

massima ��max che la struttura stessa è in grado di sopportare. Sono disponibili in

letteratura le espressioni delle rigidezze Ks e del valore limite della pressione ��max dei

sostegni tradizionali quali ad esempio le centine metalliche, il rivestimento in calcestruzzo

spruzzato e i bulloni radiali ad ancoraggio puntuale.

Come illustrato nella figura 20, l’intersezione tra la LC e la LS (nella figura sono indicate

due curve caratteristiche del sostegno: LS1 – supporto elastico ed LS2 – supporto


130

cedevole) permette di ricavare la pressione che agisce sulla struttura di sostegno e lo

spostamento radiale della galleria nella situazione finale di equilibrio, a grande distanza

dal fronte di scavo. Di interesse, in un’ottica osservazionale, come evidenziato nella figura

20, è anche la variazione di ur nel tempo t, a porre in luce un comportamento della

galleria di tipo stabile o instabile.

Il metodo convergenza – confinamento è stato recentemente esteso per tenere conto

delle strutture di rinforzo e consolidamento. Dal momento che questi interventi non

possono essere considerati in modo indipendente attraverso una propria linea di

reazione, come è stato fatto per i sostegni, occorre modificare la curva caratteristica della

galleria onde tenere conto dell’azione di rinforzo (ad esempio, è questo il caso dei bulloni

ad ancoraggio ripartito). Si può infine osservare che il metodo convergenza –

confinamento, al di là delle semplificative ipotesi di base prima ricordate, che ne limitano

notevolmente il campo di applicazione, offre una certa versatilità, in particolare come

mezzo preliminare di analisi del problema progettuale in esame, che dovrà poi essere

approfondito ricorrendo ai metodi di calcolo numerico.

4) I metodi di analisi progettuale oggi

Allo scopo di descrivere i metodi di analisi progettuale delle opere in sotterraneo, come li

intendiamo oggi, al termine del percorso precedente occorre inquadrare questi metodi

nel contesto del cosiddetto progetto geotecnico.

Il progetto geotecnico

Secondo un’efficace e sintetica definizione, possiamo dire che il progetto geotecnico

rappresenta l’atto di sintesi con il quale il progettista procede alla soluzione di un

problema geotecnico. Nel caso specifico si tratta di individuare soluzioni idonee ad

istituire un corretto rapporto di compatibilità tra le opere ed il terreno. Come è illustrato

nello schema di figura 21, ciò comporta la pianificazione e lo svolgimento di indagini in

sito e prove in sito ed in laboratorio; queste hanno come obbiettivo la definizione del

modello geologico (caratterizzazione geologica) e del modello geotecnico

(caratterizzazione geotecnica) e, quindi, del cosiddetto modello di calcolo da adottare.


131

È opportuno riconoscere che, con le caratteristiche assunte dalle costruzioni

geotecniche, con terminologia analoga a quella adottata per le costruzioni idrauliche,

stradali, civili, le costruzioni geotecniche individuano opere ed interventi di ingegneria,

che interagiscono con il terreno: è il caso delle opere in sotterraneo; per questo motivo è

indispensabile situare il problema in un contesto assai ampio, che pone l’esigenza di un

approccio multidisciplinare. Ciò vale in relazione alle esigenze e ai vincoli posti dalle

diverse problematiche da affrontare in fase di progetto e di costruzione: funzionali,

ambientali, geologiche, idrogeologiche, geotecniche.

Tale approccio multidisciplinare, che è tuttora oggetto di discussione a livello

internazionale, comporta il ricorso a diverse discipline e competenze:

- la geologia applicata;

- le geomeccanica, intesa come meccanica delle rocce;

- ingegneria geotecnica.

La geologia applicata pone in luce l’obbiettivo di definire le condizioni geologico –

stratigrafiche ed idrologiche del sottosuolo (il cosiddetto modello geologico), che può

essere definito attraverso un piano articolato di indagini geologiche, geomorfologiche,

geologico – strutturali, idrogeologiche e geofisiche.

La geomeccanica, che comprende la meccanica delle terre e la meccanica delle rocce, è

volta alla individuazione del comportamento meccanico ed idraulico dei geomateriali (alla

scala del laboratorio – roccia intatta e del sito – ammasso roccioso, comprese le

discontinuità) e fa riferimento ai principi di base della meccanica dei solidi, della


132

meccanica dei fluidi e della meccanica dei mezzi discontinui. Sono le prove di laboratorio

e quelle in sito che, in accordo alle leggi costitutive scelte, concorrono alla derivazione

delle proprietà dei geomateriali, in accordo al modello geotecnico da utilizzare nei calcoli.

L’ingegneria geotecnica è volta ad individuare, per la costruzione geotecnica in progetto,

la soluzione ingegneristica sicura, conveniente in termini economici e compatibile dal

punto di vista geologico ed ambientale. Si tratta di un momento di sintesi, tipico del

processo progettuale, in quanto ad esso concorrono il modello geologico e il modello

geotecnico, che devono portare in modo coerente allo sviluppo delle analisi progettuali e

delle relative verifiche.

Non è certo fuori luogo ricordare che il progetto geotecnico è volto a definire in ogni

dettaglio la soluzione del problema posto, alla luce dei vincoli (funzionali, prestazionali,

ambientali,….) che caratterizzano la costruzione geotecnica in esame. Quest’ultima risulta

perlopiù inserita in un’opera di ingegneria e conseguentemente, in sede di progetto, il

grado di definizione e sviluppo delle diverse componenti, compreso il piano di indagini,

dipendono dal livello di progettazione affrontato: preliminare, definitivo o esecutivo.

È comunque compito del progetto geotecnico porre particolare attenzione agli spetti

costruttivi, curando l’interazione con l’ammasso roccioso circostante nelle diverse fasi ed

esaminando gli interventi di rinforzo, consolidamento e stabilizzazione, ove presenti, alla

luce della stessa complessità dell’opera da costruire. È opportuno richiamare il fatto che

nelle costruzioni geotecniche, in particolare quelle di elevata complessità, quali sono le

opere/costruzioni in sotterraneo, debbono porsi a confronto più soluzioni tecniche, senza

che sia necessaria l’adozione a priori di una tecnologia esecutiva ad indirizzare la scelta.

Da questo punto di vista risulta determinante il grado di conoscenza acquisito circa il

modello geologico ed il modello geotecnico sviluppato, ed in particolare la capacità di

descrivere la risposta del’ammasso roccioso nelle diverse fasi di realizzazione dell’opera.

Ad esempio, la scelta di un intervento stabilizzante di un fronte di scavo (intervento attivo

o passivo?) dipende in modo determinante dalla comprensione del cinematismo di

instabilità che caratterizza l’ammasso roccioso (crollo, ribaltamento, scivolamento,

estrusione?). Allo stesso modo, la stabilità del cavo può essere valutata soltanto se si è

chiaramente compreso il comportamento tensio – deformativo dell’ammasso roccioso,

nelle particolari condizioni di stato tensionale che lo caratterizzano.


133

Il modello di calcolo

La scelta del modello di calcolo comporta une schematizzazione del problema

progettuale, necessariamente semplificata rispetto alla realtà. Lo scopo principale è

quello di ottenere un modello da porre alla base della progettazione (fig. 21), che possa

fungere, attraverso il metodo di analisi più appropriato, come strumento di previsione del

comportamento della costruzione geotecnica in esame, nei diversi aspetti caratterizzanti.

Questo è tanto più importante quanto più complesso è il problema applicativo affrontato,

in quanto il modello stesso può essere impiegato, se del caso, per eseguire analisi a

ritroso, volte a perfezionare i parametri di progetto, nell’ottica del metodo osservazionale

(come è, ad esempio, previsto dall’EC7 per le opere di categoria geotecnica 3).

È quindi indispensabile che il modello di calcolo tenga conto del modello geologico e del

modello geotecnico dell’ammasso roccioso, in accordo alle diverse leggi di

comportamento individuate ed ai relativi parametri, secondo le risultanze delle indagini e

delle prove condotte. Trattandosi di disporre di un modello che consenta di eseguire le

analisi progettuali e le conseguenti verifiche, per accertare i necessari margini di

sicurezza occorre descrivere in modo particolareggiato la costruzione geotecnica,

considerando le previste fasi di costruzione e l’interazione tra l’ammasso roccioso e i

diversi elementi strutturali eventualmente presenti. Particolare attenzione dovrà quindi

essere posta alla simulazione dell’ammasso roccioso; si tratterà in particolare di

scegliere, alla luce delle conoscenze acquisite in sede di caratterizzazione geologica e

geotecnica, se rappresentare quest’ultimo mediante un approccio di tipo continuo o

discontinuo (fig. 22).


134

Allo scopo di chiarire il problema con qualche esempio tratto dalla pratica, la figura 23

illustra alcune situazioni caratteristiche di ammasso roccioso per cui la scelta del modello

di simulazione (continuo/discontinuo) da adottare può anche essere fatta in termini

descrittivi.

Come illustrato in figura 24a, quando si ricorre al continuo/continuo equivalente, il modo

più comune di affrontare il problema, che pare aver ricevuto un’univoca accettazione, è di

scalare le proprietà della roccia intatta all’ammasso roccioso utilizzando relazioni

empiriche quali ad esempio quelle proposte da Hoek e Brown [1997].

Fondamentale in questo approccio è la scelta delle leggi costitutive da adottare per

descrivere il comportamento dell’ammasso roccioso. In fase preliminare viene utilizzata

l’elasticità lineare. Se si pone l’attenzione alla degradazione progressiva dell’ammasso

roccioso, in funzione dei carichi applicati, è più opportuno ricorrere ai modelli elasto –

plastici, in funzione delle condizioni di qualità dell’ammasso stesso (fig. 24b): elasto –

plastico ideale, elasto – plastico rammollente o elasto – plastico ideale fragile.


135

Volendo invece rappresentare l’ammasso roccioso come discontinuo, particolare

attenzione dovrà essere posta alla descrizione quantitativa del modello, in termini di

blocchi e discontinuità. In particolare, le discontinuità saranno caratterizzate da un

comportamento meccanico, solitamente definito da leggi di tipo elasto – plastico. Ad

esempio, la legge di Barton – Bandis, impiegata spesso, richiede di valutare le

caratteristiche di rigidezza normale e tangenziale, la legge di plasticizzazione, che

definisce il valore limite dello sforzo di taglio, nonché la legge di decadimento della

resistenza.

Come illustrato in figura 25, i metodi di analisi del continuo, cui generalmente sono anche

riferite le principali soluzioni in forma chiusa di tipo classico (A), già richiamate,

comprendono i metodi di analisi numerica (B), tra cui il metodo agli elementi finiti (FEM) e

il metodo delle differenze finite (FDM), con i quali il problema è simulato numericamente

mediante una discretizzazione (in zone o elementi) della regione di studio, cioè

dell’ammasso roccioso in cui avviene lo scavo e della costruzione geotecnica in esame.

Possono altresì essere usati diversi metodi ad elementi di contorno (BEM), che implicano

la suddivisione al contorno dello scavo in elementi, mentre l’ammasso roccioso è

rappresentato come un continuo indefinito.


136

Come già detto, nei metodi di analisi del discontinuo, principalmente di tipo numerico (B),

l’ammasso roccioso è rappresentato come un’insieme di blocchi separati dalle

discontinuità che possono essere considerati sia deformabili che rigidi. Giunti e

discontinuità sono rappresentati come giunti/interfacce tra elementi diversi. Questi metodi

sono in grado di apprezzare i meccanismi rilevanti che caratterizzano un mezzo

discontinuo: (i) spostamenti finiti, (ii) nuovi contatti tra i blocchi, rilevati automaticamente

mentre il calcolo procede. Questi ed altri aspetti hanno portato a dare, progressivamente,

sempre più attenzione all’utilizzo di modelli di tipo discontinuo e in particolare del metodo

degli elementi distinti (DEM). Nonostante ciò, la modellazione di tipo discontinuo non è

utilizzata così diffusamente ed è considerata nuova e “non sufficientemente testata” per

essere applicata per l’analisi e la progettazione in ingegneria delle rocce.

L’utilizzo dei metodi numerici nella pratica ingegneristica, connesso con la necessità di

adottare schemi concettuali (continuo/discontinuo) più appropriati per l’analisi di un dato

problema (ammesso che siano disponibili dati sufficienti), fa sì che la modellazione delle

componenti, roccia, giunti e discontinuità siano assai più logica e rilevante della

modellazione continua. Il confronto mostrato in figura 26 dimostra chiaramente questo

punto di vista, specialmente se vengono inclusi nell’analisi i meccanismi critici del

problema fisico in studio.


137

Un aspetto che occorre considerare con particolare attenzione, anche come strumento di

validazione del modello di calcolo da adottare per il progetto, è l’opportunità di condurre

inizialmente le analisi nelle condizioni cosiddette “intrinseche”, cioè in assenza degli

eventuali interventi strutturali e di rinforzo che si prevede di adottare per la costruzione

geotecnica in esame. L’interesse in questo caso è quello di descrivere la “risposta

dell’ammasso roccioso”, ad esempio con riferimento agli scenari di instabilità che in esso

possono svilupparsi.

[4] “Sviluppi dell’analisi progettuale delle opere in sotterraneo” – Giovanni Barla (anno

2005) – Politecnico di Torino: Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica

Casteldaccia, lì 18.09.2014

Ing. Francesco Solazzo

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