La sistemazione del versante in frana a monte della galleria del Bocco

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LA SISTEMAZIONE DEL VERSANTE IN FRANA

A MONTE DELLA GALLERIA DEL BOCCO

L’INTERVENTO RELATIVO ALLA SISTEMAZIONE DI UN AMPIO VERSANTE IN FRANA A MONTE DELLA GALLERIA DEL BOCCO, NELL’AMBITO DEI LAVORI DI AMMODERNAMENTO DELLA S.S. 63 “DEL VALICO DEL CERRETO”, ALL’ALTEZZA DELL’ABITATO DI BOCCO, IN COMUNE DI CASINA (RE)

La conoscenza delle caratteristiche fisiche del terreno è indispensabile per tre aspetti fondamentali della razionale progettazione di una strada: lo studio geometrico del tracciato, l’indagine della stabilità della fascia interessata direttamente o indirettamente dal corpo stradale - di prevalente interesse geotecnico - e il proporzionamento delle varie parti del corpo stradale. Di seguito verranno illustrati gli interventi eseguiti per la sistemazione dei dissesti franosi in ordine ai lavori di completamento della variante alla S.S. 63 “del Valico del Cerreto”, propedeutici alla realizzazione della galleria del Bocco, oggetto di un precedente articolo (si veda “S&A” n° 127 Gennaio/Febbraio 2018) che rappresentano il completamento di interventi già parzialmente eseguiti da ANAS lungo quella tratta negli anni Novanta; il tracciato si svolge lungo il versante a monte della sede storica della strada statale e si articola per circa il 70% in galleria. Le campagne di indagini svolte in fase preliminare e ripetute più volte anche nel corso di esecuzione dei lavori hanno permesso di studiare nel dettaglio i fenomeni gravitativi presenti con particolare riferimento all’imbocco Nord della galleria del Bocco, interessato per una vasta area a monte, da diffusi movimenti franosi superficiali.

1. Vista aerea a lavori in corso

INQUADRAMENTO GENERALE E MECCANISMO D’INNESCO

I lavori, che si sono sviluppati tra il 2013 e la fine del 2017, si compongono fondamentalmente della realizzazione di due gallerie naturali, la galleria del Bocco e la galleria Mulino del Vaglio, collegate dal viadotto Moncasale. L’imbocco Nord della galleria del Bocco è stato fortemente influenzato dalla presenza, a monte, di una larga parte di versante in frana che ne ha caratterizzato notevolmente le modalità di avanzamento tanto in calotta quanto in fase di realizzazione dell’arco rovescio. Pertanto, la risoluzione della problematica connessa al movimento del versante, oltre a dover essere attuata per la salvaguardia degli insediamenti urbani ubicati immediatamente a valle e per tutelare la vecchia sede della strada statale, si è resa necessaria proprio per permettere ai lavori di costruzione della galleria di procedere proficuamente, con tecniche consolidate e, soprattutto, con la massima sicurezza per gli operatori che a vario titolo in essi sono stati coinvolti. I movimenti franosi che hanno interessato il versante sono stati oggetto, fin dalle prime fasi progettuali, di intensa attività di monitoraggio che ha confermato la dinamica tipica di molte frane presenti nei territori limitrofi, ma più in generale in Appennino, costituita da riattivazioni frequenti e un possibile sistema di rottura progressivo tramite superfici multiple. Tali dissesti hanno fatto registrare nel periodo intercorrente tra Dicembre 2014 e Maggio 2015 un aumento degli spostamenti verso valle sia superficiali che a profondità variabile tra 1,5 e 7,5 m, accompagnati da un generale innalzamento della falda idrica causato sia da eventi meteorologici che, nondimeno, dalle concomitanti complesse condizioni di alimentazione, che hanno favorito l’accelerazione di movimenti preesistenti. Tanto i movimenti attivi quanto quelli quiescenti sono stati accelerati o riattivati a causa, principalmente, delle intense e prolungate precipitazioni stagionali e in parte dal repentino aumento della potenza della falda dovuto allo scioglimento delle nevi, che hanno indotto un progressivo aumento delle pressioni interstiziali. Una considerazione a parte deve poi necessariamente comprendere le opere di scavo della galleria del Bocco. L’interazione con le opere in corso di esecuzione (realizzazione dello scavo in galleria e scavo per i successivi ribassi delle berlinesi all’imbocco Nord), infatti, è risultata particolarmente problematica per la loro capacità di modificare sensibilmente e velocemente lo stato tensionale preesistente, data la caratteristica propria degli scavi in sotterraneo di accelerare i movimenti esistenti o riattivare antiche superfici di scivolamento.

L’INTERVENTO DI SISTEMAZIONE DEL VERSANTE

Nel confronto tra le velocità di spostamento di una frana e l’andamento delle precipitazioni, si riscontrano spesso decorsi omotetici sino a pervenire a picchi di livelli di precipitazione, superati i quali, i fenomeni viscosi e plastici, provocano la frana. Lo studio del versante a monte della galleria del Bocco, quindi, risultava essenziale per determinare tanto le azioni da intraprendere per la sua sistemazione finale quanto - aspetto non secondario - per completare le indagini atte alla scelta delle tecniche e delle modalità di scavo e rivestimento della sottostante galleria. Per tali motivazioni, in sede di progettazione esecutiva, il progetto definitivo è stato ulteriormente approfondito e integrato in modo da ridurre l’interferenza delle opere con le frane esistenti modificando, rispetto alla originaria ipotesi progettuale, il tratto di valle della galleria del Bocco.

2. Dettaglio del settore del Bocco con le principali strutture tettoniche GALLERIE

3. La sezione geologica con i diaframmi drenanti

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4. Particolare dei pozzi drenanti

Attraverso una modifica del tracciato, il fornice è stato localizzato più internamente al versante, a quota altimetrica inferiore ed ha giovato, conseguentemente, di una copertura maggiore. Tuttavia, a causa di questa modifica planimetrica, le opere provvisionali dell’imbocco Nord sono risultate interessate - nella paratia frontale di attacco e parte nel lato Ovest - da elementi di dissesto attivi e/o quiescenti; pertanto, per drenare il possibile afflusso di acqua derivante dalla falda presente sul pendio e diretto verso la galleria, sono stati realizzati, inizialmente, 25 pozzi di drenaggio di interasse 8-10 m e di altezza variabile. Tuttavia il sistema di monitoraggio, attivo già dalle fasi preliminari alla progettazione definitiva, ha rilevato una generale attività dei movimenti franosi dal punto di vista degli spostamenti inclinometrici e una generale risalita della falda, dal punto di vista idrogeologico. Dall’analisi complessiva dei dati a disposizione, si è verificata, quindi, una condizione differente e più complessa rispetto a quella originaria giustificata in special modo da particolari condizioni di alimentazione della falda che hanno generato un complessivo innalzamento del suo livello rispetto al piano di campagna, così consentendo al versante di continuare il suo scivolamento verso valle; ciò è stato confermato dalle misure piezometriche effettuate nel periodo tra Dicembre 2014 e Marzo 2015. Questi due aspetti di natura idrogeologica hanno quindi contribuito, tramite l’accumularsi di pressioni interstiziali aggiuntive, all’accelerazione del fenomeno franoso in profondità e attraverso la periodica saturazione del materiale detritico, alla formazione di colamenti attivi anche nelle zone con deboli pendenze. Le letture inclinometriche hanno invece mostrato che i movimenti franosi risultavano attivi con superficie di scivolamento variabile tra 2,75 e 7,5 m di profondità.

5. La planimetria schematica degli interventi di drenaggio

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LA SISTEMAZIONE DEI CORPI DI FRANA MEDIANTE DRENAGGIO

Nel caso specifico, la causa principale del dissesto è da ricercarsi nelle acque da circolazione o di impregnazione sotterranea; per esse le trincee drenanti hanno permesso, quindi, di eliminare o quantomeno ridurre le sovrappressioni interstiziali con il conseguente aumento delle tensioni efficaci e della resistenza al taglio lungo la superficie di scorrimento, migliorando la resistenza d’insieme del terreno. In particolare, nel caso dei movimenti profondi, l’elevato grado di mobilitazione di τf produce il progressivo sviluppo di distorsioni plastiche nella zona di taglio, con conseguente lento accumulo di spostamenti nel pendio; per questi movimenti l’installazione di un sistema di drenaggio può ridurre significativamente i valori delle pressioni interstiziali nella zona di taglio con conseguente incremento della resistenza al taglio disponibile e riduzione delle deformazioni plastiche e, quindi, degli spostamenti. È bene sottolineare che l’efficacia di un sistema drenante non è necessariamente connessa con l’abbassamento della superficie libera di falda, né con processi di desaturazione del corpo di frana; è sufficiente, però, che le nuove condizioni di flusso producano un’adeguata riduzione delle pressioni interstiziali. L’efficacia del sistema non è quindi legata alla quantità di acqua allontanata, ma alla variazione del regime delle pressioni interstiziali che il sistema è in grado di produrre. Nel caso di specie, è stata adottata la tecnica delle trincee drenanti, atteso che le acque da emungere non si trovavano a profondità maggiore di 7,0-7,5 m e che gli scavi si potevano realizzare mediante “scavi a sezione obbligata”, ovvero mediante l’esecuzione di diaframmi, di larghezza esigua e successivamente riempiti con cls alveolare, in sommità dei quali è stato realizzato uno strato di argilla e una coltre di terreno vegetale; sul fondo dello scavo, è stata inoltre posata una condotta microfessurata di eduzione delle acque. Le trincee, oltre alla funzione drenante, rivestono il ruolo di irrigidimento del terreno, dal momento che in luogo del materiale arido a granulometria gradata, è stato utilizzato, quale riempimento degli scavi a sezione, un calcestruzzo alveolare drenante, rivestito di telo geotessile TNT come separazione dalle pareti di scavo. La linea centrale è stata disposta lungo la linea di massima pendenza dei tratti interessati ed i rami laterali disposti a “spina di pesce”, in modo da non interferire con la stabilità del pendio. La lunghezza dei diaframmi drenanti è pari a complessivi 1.245 m, mentre la realizzazione delle trincee drenanti ha una lunghezza complessiva di 1.127 m. Dall’analisi di stabilità dei corpi di frana, realizzata mediante il codice di calcolo all’equilibrio limite Slide prodotto dalla Rocscience, è stato possibile verificare come, considerando un abbassamento del livello di falda rispetto a quello misurato, il coefficiente di sicurezza su superfici libere raggiungesse valori maggiori dell’unità in tutte le superfici all’interno della coltre dove si sono registrati i movimenti.

TRINCEE DRENANTI REALIZZATE CON DIAFRAMMI IN CALCESTRUZZO ALVEOLARE

L’asse centrale di drenaggio dei versanti interessati dai dissesti franosi è stato realizzato, come detto, tramite diaframmi drenanti in calcestruzzo alveolare ad elevata permeabilità. In corso

6. Particolare del riempimento in calcestruzzo drenante dei drenaggi e rivestimento dello scavo in TNT

di esecuzione, dal momento che il substrato roccioso (nel caso specifico costituito dal flysch di Monte Cassio o dal complesso delle Marne di Antognola) è stato riscontrato ad una profondità leggermente inferiore rispetto a quella prevista, la tecnica tipica di realizzazione dei diaframmi (che avrebbe permesso l’esecuzione di scavi più profondi) è stata sostituita dall’esecuzione di uno scavo a sezione obbligata, non mutando, in ogni caso la natura dell’intervento. Ciò ha comunque permesso di drenare le acque di falda in corrispondenza della superficie di scivolamento, che dai dati inclinometrici era risultata posizionata a una profondità compresa tra i 1,5 e 7,5 m dal piano di campagna. Il riempimento delle trincee è avvenuto, come detto, con calcestruzzo alveolare la cui permeabilità è >10-2 m/s (notevolmente maggiore di quella complessiva del corpo di frana che era risultata di circa 10-7-10-8 m/s) e con resistenza a compressione che raggiunge i 20 MPa.

LE TRINCEE CON ELEMENTI DRENANTI PRE-ASSEMBLATI

La tecnologia ha consentito di utilizzare come corpo drenante un pannello pre-assemblato in sostituzione dell’usuale materiale inerte, in grado di evacuare elevate quantità d’acqua in considerazione dell’alta percentuale di vuoti del nucleo e di filtri a elevata permeabilità e a basso intasamento. L’elemento pre-assemblato, in sintesi, è costituito da un involucro scatolare in rete metallica a doppia torsione rivestito con geotessile tessuto e riempito in ciottoli di polistirolo non riciclato, da utilizzare con funzione di drenaggio. L’utilizzo di questi elementi drenanti in sostituzione delle classiche trincee in ghiaia ha permesso di rendere le fasi esecutive, di trasporto e posa più rapide e ha ridotto i rischi per le maestranze che non hanno dovuto calarsi all’interno dello scavo per la posa dei manufatti o per il collegamento del tubo al piede. Le acque drenate attraverso il sistema di trincee drenanti sono state poi convogliate verso il torrente Crostolo, che scorre a valle delle due aree in frana in direzione pressoché ortogonale alla direzione dei movimenti franosi, dove già naturalmente scaricavano le acque che scorrevano all’interno del pendio.

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IL MONITORAGGIO POST-OPERAM

Ad opere ultimate, è stata prevista una campagna di monitoraggio inclinometrico e piezometrico, tutt’ora in corso, per verificare gli effetti della sistemazione del versante realizzata. In particolare, se si prendono in considerazioni le letture del Marzo 2018 e si confrontano con quelle effettuate a Marzo del 2016 (letture ante operam), è stato possibile riscontare nel piezometro denominato PZ1 un abbassamento di oltre 5 m, nel piezometro denominato SPE11 e nel piezometro denominato SPE16 un abbassamento di circa 1,70 m e in definitiva un generale abbassamento della falda rispetto all’analogo periodo antecedente i lavori.

Le misure inclinometriche eseguite hanno evidenziato una prevalente quiescenza o sospensione dell’attività delle varie frane misurate; solo due inclinometri posti sulla frana del Bocco denotano un possibile movimento superficiale in quanto le deformazioni sono leggermente più profonde (entro i primi 3-4 m).

CONCLUSIONI

La presenza di acqua nel terreno entro limiti piuttosto bassi contribuisce alla stabilità, ma diviene pregiudizievole, in maniera più o meno sensibile a seconda della natura dei terreni, quando supera tali limiti, perché diminuisce la consistenza del materiale mentre, per converso, ne fa aumentare il peso. Si intuisce pertanto l’effettiva necessità, in questi casi, di ricorrere ai drenaggi; di fatto gli slittamenti di masse di terra lungo piani, preesistenti o potenziali, possono essere evitati mantenendo elevati i valori dell’attrito e della coesione e limitando l’appesantimento del terreno per imbibizione. Attraverso la caratterizzazione delle aree di frana dal punto di vista idrogeologico e geotecnico e le conseguenti verifiche di stabilità globale si è potuto rilevare, in linea teorica, come gli interventi di stabilizzazione mediante diaframmi e trincee drenanti, grazie anche all’abbassamento del livello di falda, possano consentire di mobilitare una resistenza al taglio maggiore sulle superfici di scorrimento presenti all’interno della coltre, permettendo di raggiungere coefficienti di sicurezza maggiori di 1.1. Dall’evidenza dei lavori eseguiti e dalle prove strumentali effettuate immediatamente prima e dopo la realizzazione delle opere, si è potuto successivamente constatare - sebbene in una fase ancora molto vicina alla ultimazione delle opere di drenaggio - come in dipendenza dei lavori eseguiti, il livello della falda, per quanto potuto verificare dalle letture ai piezometri ancora attivi, si è notevolmente abbassato; al contempo le letture inclinometriche hanno rilevato solo lievi spostamenti superficiali. I drenaggi, aiutati in questo dalle fratture del terreno che a livello più superficiale hanno accelerato la sua permeabilità, hanno svolto in questo processo un ruolo fondamentale, permettendo di raggiungere l’obbiettivo che ci si era posti in origine attraverso, in buona sostanza, l’adozione di difese attive (drenaggi) per il miglioramento delle condizioni piezometriche e passive (diaframmi) per il contrasto dei cinematismi esistenti; risulta pertanto di grande importanza proseguire nelle attività di monitoraggio, per valutare nel tempo il permanere delle condizioni di stabilità del versante. n

(1) Ingegnere, Responsabile del Procedimento e Responsabile Area Compartimentale Emilia Romagna di ANAS SpA (2) Ingegnere, Direttore dei Lavori di ANAS SpA (3) Dottore in Ingegneria, Direttore Operativo di ANAS SpA

7A e 7B. Particolari dei pannelli pre-assemblati

DATI TECNICI

Stazione Appaltante: ANAS SpA Progetto preliminare: ANAS SpA Progetto definitivo: LE.GE.CO. SpA Progetto esecutivo: S.W.S. Engineering SpA Collaudo: Ing. Valter Bortolan, Ing. Paolo Testaguzza e Ing. Antonio Lippolis RUP: Ing. Mario Liberatore Direzione dei Lavori: Ing. Christian Calzolari (Direttore dei Lavori), Geom. Alfredo Cozzi (Direttore Operativo) e Ing. Alessandro Mori (Ispettore di cantiere) Responsabile Sicurezza: Dott. Nicola Belloni Direzione di Cantiere: Geom. Roberto Cappi e Ing. Maurizio Tilesi Esecutori dei Lavori: Consorzio Integra Soc. Coop. Importo netto dei lavori: 37.106.105,45 Euro