Il progetto Saudi Landbridge Railway – seconda parte

ferrovie& metropolitane

IL PROGETTO SAUDI LANDBRIDGE RAILWAY

L’ANALISI E LA GESTIONE DEI DATI DELLE INDAGINI GEOGNOSTICHE DA PARTE DI ITALFERR SPA PER LA DEFINIZIONE DEL PROGETTO GEOTECNICO E DEL MODELLO DEL TERRENO

– SECONDA PARTE –

Nella prima parte dell’articolo proposta sul fascicolo n° 136 Luglio/Agosto 2019 si è brevemente descritto il progetto e le formazioni geologiche interessate dall’opera, riportando inoltre una breve descrizione dell’analisi preliminare dei rischi geotecnici lungo il tracciato, alla luce dei quali è stata definita la campagna indagine. In questa seconda e ultima parte, invece, riportiamo i criteri d’impostazione della campagna indagine, la ricostruzione del modello geotecnico 3D e i vantaggi progettuali nell’utilizzo del modello 3D per il Progetto Saudi Landbridge Railway.

L’IMPOSTAZIONE DELLA CAMPAGNA INDAGINE MULTIMETODOLOGICA PER UN MODELLO GEOTECNICO AFFIDABILE

Sin dall’inizio la campagna di indagine (sondaggi, rilievi geologici e geomeccanici, pozzetti esplorativi indagini geofisiche) è stata impostata in modo da ricostruire un modello geotecnico 3D. Le attività sono state svolte secondo le seguenti procedure: • raccolta e analisi dei dati geologici, geomorfologici, idrogeologici e geotecnici disponibili sulla penisola araba, con

particolare riferimento al corridoio su cui doveva essere progettata la nuova linea ferroviaria; • sopralluoghi lungo il tracciato per verificare visivamente i rischi geologici individuati, la geomorfologia, l’andamento e le caratteristiche delle strutture geologiche, le superfici di drenaggio e gli affioramenti; • progettazione e programmazione ed esecuzione delle indagini e dei rilievi per le varie fasi progettuali. Complessivamente, per le due fasi di Preliminary e Detail Design sono stati realizzati 983 sondaggi a carotaggio continuo per un totale di circa 22.000 m di perforazione, 2.448 pozzetti, circa 70.000 m di stendimenti per rilievi geofisici, 1.688 tra rilievi geologici, geomorfologici e geomeccanici. Sono state poi eseguite le prove di laboratorio sui campioni prelevati: 1.783 granulometrie, 1.361 UCS, 1.145 analisi chimiche e 892 point load. Le indagini geologiche e geognostiche sono state suddivise in tre lotti che coincidono con le tre diverse situazione geologiche precedentemente descritte. Nella Figura 2 sono riportati i dettagli delle indagini eseguite nei singoli lotti suddivisi nelle singole fasi progettuali di Preliminary (PD) e Detail (DD) Design. La campagna indagine è stata avviata a Ottobre 2015 ed è terminata ad Agosto 2016. Nei primi tre mesi sono stati eseguiti i sondaggi e i primi rilievi geologici, geomorfologici e geomeccanici per il Preliminary Design. Non essendo ancora definito il tracciato della nuova linea ferroviaria e dovendo impostare il modello geotecnico 3D, le indagini sono state eseguite all’interno del corridoio approvato dal Governo Saudita. Le prime analisi della ricostruzione 3D hanno permesso di definire spazialmente i contatti stratigrafici geologici e l’andamen-

INDAGINI GEOGNOSTICHE

LOT 1: km 271 - 686 LOT 2: km 686 - 962,5 LOT 3: km 962,5 - 1290 PD DD Tot. PD DD Tot. PD DD Tot.

TOTAL

Boreholes Compl 125 212 337 124 222 346 121 179 300 983 Lin. Met 2.357,07 4.292,77 6.649,84 2.954,10 5.081,49 8.035,59 2.547,06 4.565,99 7.113,05 21.798,48

Trial Pits Compl 0 1409 1409 0 473 473 0 566 566 2448 CPT Compl - - 0 22 22 22 Seismic refraction (m) Compl 5.274 6575 765 12614 Geoelectrical surveys (m) Compl 5.398 0 0 5398

MA SW survey (m) Compl 0 28.460 22.670 51130

DownHole (n°) Compl 5 4 5 14

Geological, geomorphological and geomechanical surveys (n°) 575 555 538 1.668

Site descriptions 544 534 528 1.606

Geomechanical stops 22 15 37

Area descriptions 9 6 10 25 2. La sintesi delle indagini eseguite nella section 2 suddivise per lotti di indagine

to delle strutture geologiche, fornendo un importante contributo per le scelte progettuali, per definire gli interventi necessari a ridurre i rischi rilevati, nonché per la definizione del tracciato. Nella prima fase per il Detail Design sono state completate le indagini e i rilievi per il completamento del modello 3D. Successivamente, alla definizione del tracciato di progetto, infine, sono stati eseguiti i sondaggi e le prove penetrometriche (CPT) sia per la verifica del modello geotecnico 3D in corrispondenza delle opere d’arte (viadotti, cavalcaferrovia, ecc.) che per la definizione e le verifiche delle fondazioni. Le indagini geofisiche hanno permesso di completare il modello 3D con informazioni di dettaglio anche laddove l’esecuzione di sondaggi risultava particolarmente complessa (come ad esempio le zone di deserto e di dune mobili), di estendere spazialmente i risultati delle indagini eseguite permettendo di verificare la ricostruzione delle strutture sepolte e i passaggi delle unità geotecniche, permettendo così di ottimizzare il numero dei sondaggi e di conseguenza ridurre tempi e dei costi. Dal modello geotecnico 3D, sviluppato elaborando tutti i dati acquisiti attraverso uno specifico software, i profili geotecnici sono stati ottenuti in maniera diretta, importando il tracciato della ferrovia all’interno del modello stesso e “tagliando” il solido del terreno lungo l’asse di progetto.

I RISULTATI DELLA CAMPAGNA DI INDAGINE

Le indagini eseguite, le prove in sito e di laboratorio, nonché i rilievi geomeccanici per le rocce hanno premesso di attribuire ai terreni incontrati lungo il tracciato di progetto della ferrovia i parametri geotecnici caratteristici e di definire le unità geotecniche con caratteristiche e comportamenti simili. Per i suoli, come detto prevalentemente costituiti da terreni granulari, sono state identificate quattro unità geotecniche, definite sulla base del grado di addensamento. Per quanto concerne le rocce, invece, le unità geotecniche sono state definite sulla base delle classi di resistenza a compressione e del grado di fratturazione e alterazione.

LA COSTRUZIONE DEL MODELLO GEOTECNICO 3D

Per costruire il modello 3D è stato necessario realizzare un database e importare il DTM dell’area di progetto. Tutto il tracciato è stato modellato in 3D e visto l’elevato di numero di dati provenienti dalle indagini geognostiche questo è stato suddiviso in tratti di lunghezza idonea a poter far processare senza problemi e in maniera veloce tutte le informazioni inserite. I profili geotecnici sono stati estratti importando il profilo dell’opera e tagliando il modello 3D lungo lo stesso.

3.

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Nelle Figure 4A e 4B sono rappresentati due esempi del solido ottenuto e i rispettivi profili estratti.

I VANTAGGI DEL MODELLO GEOTECNICO 3D NEL PROGETTO DEL LANDBRIDGE

Nell’ambito del progetto Landbridge, la costruzione di un modello geotecnico 3D ha permesso di: • utilizzare tutti i dati acquisiti con i sondaggi, i pozzetti, i rilievi geomorfologici, geologici e geomeccanici, le prove penetrometriche e le prospezioni geofisiche, indipendentemente dalla loro posizione planimetrica rispetto all’asse della linea ferroviaria; • fornire importanti informazioni durante la definizione del tracciato, evidenziando in tempo la situazione litostratigrafica favorevole, anche per aree non facilmente investigabili con mezzi e tecniche normali; • proiettare le indagini eseguite fuori asse sul tracciato sulla base del reale andamento delle strutture geologiche e non sulla base di assunzioni empiriche. Come detto in lunghi tratti del tracciato si incontrano creste di rocce affioranti con direzione NE-SO con zone depresse intercluse riempite da terreni sciolti che nelle zone desertiche sono rappresentati anche da sabbie poco addensate: in questo caso, utilizzando per la proiezione dei dati sull’asse i criteri normalmente in uso (proiezione perpendicolare), avremmo potuto sovrastimare il tratto di terreni litoidi, sottostimando i rischi connessi alla scarsa qualità geotecniche dei terreni presenti nonché delle opere di mitigazione per il trasporto della sabbia che, come intuibile, è nullo nelle zone rocciose.

4A e 4B. Il modello 3D e il profilo lungo un tratto del Lotto 4

6.

5A e 5B. Il modello 3D e il profilo lungo un tratto del Lotto 6

7.

INDAGINI GEOGNOSTICHE

CONCLUSIONI

Al fine di realizzare un corretto modello geotecnico, occorre impostare un processo di indagine in qualità. Questo processo in qualità deve essere impostato a partire dalle indagini, prevedendo dunque: chiarezza della Committenza, collaborazione tra le diverse figure professionali, corretta comunicazione tra le parti durante tutto il processo, corretta progettazione della campagna indagine sulla base delle specifiche problematiche del sito in esame e delle adeguate conoscenze dell’opera in progetto, sufficiente documentazione di gara/iniziale, corretta esecuzione e controllo delle indagini fornendo anche indicazioni sul tipo di attrezzature da utilizzare, risorse adeguate, corretta e tempestiva trasmissione dei dati, chiarezza e correttezza nella restituzione dei dati. Nell’ambito del progetto Landbridge, si è cercato di seguire tale percorso, ponendo particolare attenzione alla fase di indagine e ricostruzione di un modello geotecnico affidabile, cercando con un’attenta analisi iniziale di individuare i rischi a monte, intervenendo in corso di progettazione nelle zone in cui si è ritenuto necessario integrare i dati. L’integrazione è stata poi resa possibile grazie all’elaborazione di un modello geotecnico 3D. In linea generale i metodi di rappresentazione 3D potrebbero essere utili in zone in frana, zone interessate da contesti geologici complessi, zone in cui lo sviluppo dell’infrastruttura risulta prevalentemente areale piuttosto che lineare. Inoltre il modello 3D permette di utilizzare sin dall’inizio le indagini esistenti anche se “distanti” dal tracciato preliminare, fornendo informazioni importanti anche nella fase di analisi della fattibilità, quando ancora le indagini dedicate per il progetto non sono state eseguite. Laddove l’esecuzione di indagini in asse al progetto dovesse risultare complessa per situazioni particolari, come le zone di dune mobili nel progetto Landbridge, il modello 3D permette di utilizzare e interpolare tutti i rilievi e le indagini eseguite sulle strutture geologiche e geotecniche che interessano il progetto stesso, anche se fuori asse, restituendo una più realistica stratigrafia di progetto. Nel caso di incertezze sull’asse del tracciato, nei tratti più complessi, una visione 3D delle strutture geologiche e geotecniche potrebbe permettere, così come è avvenuto nel progetto Landbridge, sulla base di un’analisi rischi-costi/benefici, un’ottimizzazione del tracciato stesso, con lo spostamento verso un contesto geotecnico migliore, così come possono essere valutati in maniera esaustiva senza lacune progettuali gli spostamenti del tracciato successivamente al completamento delle indagini. L’esperienza acquisita con il Saudi Landbridge Project permette di affermare che un progetto così sviluppato riduce le incertezze sia in termini di costi che di tempi di realizzazione. n

(1) Ingegnere di Italferr SpA, Responsabile UO Infrastrutture Nord, Geotechnical Key Expert in “The Saudi Landbridge Railway Project” (2) Ingegnere di Italferr SpA, Progettista Geotecnica in “The Saudi Landbridge Railway Project” (3) Dottore Geologo di Italferr SpA, Geologist and Material Key Expert in “The Saudi Landbridge Railway Project

DATI TECNICI

Contracting Authority: The Public Investment Fund Kingdom of Saudi Arabia Client: Saudi Railway Company (SAR) PMC: Fluor DEDC: Italferr SpA Stipula del contratto: 22 Luglio 2013 Data effettiva section 2: 22 Agosto 2015 Durata del progetto section 2: 20 mesi Consegna finale del progetto: 22 Aprile 2017 Project Director: Ing. Egidio Bianchini Engineering Manager: Ing. Luca Bernardini Deputy Engineering Managers: Ing. Roberto Borghi e Ing. Pierangelo Rivoli Fasi Progettuali: Concept, Preliminary e Detail