Due gallerie per la viabilità

Visita tecnica al cantiere ANAS S.S. 318 "di Valfabbrica": interventi di completamento con raddoppio di carreggiata in adiacenza a gallerie esistenti scavate in ammassi geologicamente complessi

La prima visita dell'anno 2022 organizzata dalla Società Italiana Gallerie si è svolta il 18 marzo 2022 presso il cantiere ANAS della S.S. 318 "di Valfabbrica" nel tratto fra Valfabbrica e Schifanoia relativo agli interventi di completamento del lotto 5 fra il km 16+224 e il km 19+354, facente parte del più esteso nuovo itinerario Perugia-Ancona di tipo extraurbano principale.


Gli interventi prevedono la realizzazione della carreggiata in direzione Perugia, in affiancamento alla carreggiata in direzione Ancona realizzata nel corso di precedenti appalti (2000-2016) ed oggi in esercizio a doppio senso di marcia.
L'opera ha uno sviluppo complessivo di circa 3.130m e i lavori principali consistono nella realizzazione delle gallerie Picchiarella e Casacastalda, nel completamento del Viadotto Tre Vescovi e del Ponte Calvario e nella realizzazione dello svincolo di Casacastalda Ovest in uscita dalla sola carreggiata in esercizio. Completano l'intervento la realizzazione di corpi stradali in rilevato, opere di attraversamento idraulico e di drenaggio e stabilizzazione dei versanti.


Il Viadotto Tre Vescovi si sviluppa su tre campate per una lunghezza complessiva di 129,5m (37m+55,5m+37m) ed è previsto il solo varo dell'impalcato (a sezione mista acciaio-cls) in quanto fondazioni ed elevazioni erano state eseguite nel corso degli appalti precedenti.
Anche per il Ponte Calvario, a campata unica di lunghezza 60m, è previsto il solo varo dell'impalcato (a sezione mista acciaio-cls) in quanto le spalle erano state eseguite nel corso degli appalti precedenti.

Le opere in sotterraneo rappresentano, pertanto, l'aspetto tecnico prevalente sia in termini di estensione (2.4km su 3.1km complessivi) sia di complessità esecutiva in quanto in affiancamento alle gallerie in esercizio e soprattutto da scavare in contesti di versanti geomorfologicamente instabili e di ammassi rocciosi caratterizzati da elevata complessità geologica e geotecnica.


La progettazione esecutiva della carreggiata sinistra è stata eseguita partendo dall'analisi dei dati geologici e geotecnici acquisiti durante le lavorazioni del precedente appalto, implementata da una campagna di indagini finalizzata all'analisi della stabilità geomorfologica dei versanti interessati da dissesti innescatisi durante la realizzazione della canna in esercizio. La verifica dell'efficacia degli interventi previsti in progetto è affidata ad una complessa rete di monitoraggio installata sulle opere esistenti, sugli edifici interferenti con lo scavo in naturale e soprattutto sui tratti di versante caratterizzati da una instabilità geomorfologica. La continua analisi dei dati acquisiti determina la corretta ed efficace esecuzione delle lavorazioni previste in progetto adottando le sezioni tipo di scavo più idonee rispetto all'ammasso roccioso rinvenuto e alle deformazioni misurate.


Inquadramento geologico

Il tracciato interessa in prevalenza la formazione litoide della Marnoso Arenacea Umbra (MA - Langhiano sup.-Serravalliano sup.), in parte quella Romagnola della formazione delle Argille Varicolori (AV - Oligocene sup.-Burdigaliano sup.), entrambe successioni torbiditiche marine. Solo marginalmente è presente la successione continentale Plio-Pleistocenica ed Olocenica che comprende: depositi alluvionali fluvio-lacustri (FL), depositi eluvio-colluviali (ter), depositi di frana (cfr), accumuli antropici (ant).

L'Appennino Umbro-Marchigiano è rimasto in condizioni di sedimentazione pelagica dal Giurassico all'Oligocene per poi essere coinvolto nella fase orogenica miocenica che con vergenza orientale ha formato le attuali strutture appenniniche e le ampie depressioni tettoniche (avanfosse) in cui si sono accumulate potenti successioni di depositi torbiditici silico-clastici.
I principali processi tettonici, accaduti tra il Serravalliano e il Pliocene, sono di natura compressiva con direzione SO-NE e hanno prodotto domini strutturali che a partire dal Pliocene sono stati interessati da tettonica distensiva (faglie dirette) che delimitano graben e semigraben con direzione NO-SE.
La formazione Marnoso arenacea romagnola (MA), il cui spessore è stimato in circa 1200m, è suddivisa nelle due porzioni poste a letto e a tetto del marker stratigrafico dello strato Contessa, distinte nella successione pre-Contessa data da un'alternanza di strati torbiditici, silicoclastici e a composizione ibrida calcareo-silicoclastica (rapporto A/P da 1/2 a 1/6) e nella successione post-Contessa rappresentata da torbiditi pelitiche e pelitico-arenacee in strati da sottili a molto spessi (rapporto A/P fra 1/4 e 1/8).

Il Complesso Argilloscistoso (AV) affiora a Ovest dell'abitato di Casacastalda ed è caratterizzato da una massa caotica di argilloscisti rossi, violacei, verdastri e grigi, con intercalazione di lenti calcarenitiche e blocchi di calcare e marne disposti in modo disordinato, immersi in una matrice di natura argillosa.
La successione continentale recente comprende depositi eluvio-colluviali e depositi di frana (CFR), questi generati da fenomeni gravitativi che hanno coinvolto i diversi termini affioranti, con prevalenza dei litotipi marnosi e siltitici alterati del basamento torbiditico.

Gli aspetti connessi alla stabilità geomorfologica dei versanti sono stati analizzati attraverso un'analisi di interferometria satellitari che ha individuato con estrema precisione le porzioni di versante che hanno subito negli ultimi 10 anni spostamenti seppur di ridotta entità, perlopiù individuati in corrispondenza delle aree d'imbocco.


Realizzazione di opere in sotterraneo in contesti geologicamente complessi

La Galleria Picchiarella ha una lunghezza totale di circa 874m ed è costituita da tre tratti in artificiale, i due imbocchi (75m e 24m) ed una finestra intermedia centrale (76m) che separa i due tratti in naturale (circa 700m complessivi).
L'opera è realizzata in adiacenza alla galleria in esercizio ed ha una sezione tipo standard con carreggiata a due corsie di larghezza 3.5 m ciascuna, banchina in destra di larghezza 1.75m e in sinistra di larghezza 0.5m. La sagoma interna presenta una geometria policentrica. La sezione tipo dei by-pass pedonali prevede una corsia pedonale di larghezza 2.4m, sagoma interna di geometria policentrica ed area di scavo pari a 19mq circa.

Lo scavo è previsto interamente nell'ambito dell'unità litoide della formazione marnoso-arenacea, ascritta all'unità geotecniche MA quando stratificata e MAcatacl quando maggiormente fratturata in prossimità dei contatti tettonici per faglia.
Le sezioni di scavo impiegate, con campi di lunghezza utile di 8m, sono cilindriche (area di scavo 130mq) e troncoconiche agli imbocchi e in zone a bassa copertura (area di scavo media 142mq) e prevedono lo scavo in tradizionale, in prevalenza con consolidamento del fronte in VTR (in numero variabile da 40 a 100 e di lunghezza 20m), sfondi a piena sezione di profondità 1.0m/1.2m e rivestimento di prima fase con centine (profili IPN o HEB) e spritz-beton fibrorinforzato (30cm). Le sezioni da adottare nei tratti in Argille Varicolori prevedono la centina di chiusura in arco rovescio (c.d. puntone). A distanze minime dal fronte di scavo è previsto il getto di arco rovescio e murette e del rivestimento definitivo di calotta.

La realizzazione della nuova canna, oltre alle criticità tipiche di uno scavo in adiacenza a manufatti esistenti (canna in esercizio ed edifici), prevede, in corrispondenza dell'imbocco est (lato Ancona), il passaggio al di sotto di un tratto di versante a bassa copertura in corrispondenza del quale, circa 15 anni fa, all'epoca della realizzazione dell'imbocco della prima canna, si innescò un importante fenomeno franoso.

Il dissesto si sviluppò con una geometria caratterizzata dalla presenza di due corpi, uno con direzione di scivolamento all'incirca di 45° rispetto all'asse della galleria (individuato in figura con la sigla F1) e un secondo (sigla F2) con direzione subparallela alla stessa, coinvolgendo l'area d'imbocco della galleria ancora in corso di realizzazione, oltre al versante sul quale sono ancora distinguibili i segni del movimento.

In seguito furono eseguiti interventi sia di stabilizzazione al piede del versante con una paratia di pali sia di presidio sulla scarpata a monte dell'imbocco con un muro in pannelli prefabbricati fondato su un cordolo con micropali di lunghezza variabile disposti a cavalletto in modo opportuno a non determinare interferenze con la sagoma dello scavo della successiva canna adiacente.

Il progetto in esecuzione prevede il completamento delle opere di stabilizzazione già realizzate al fine di migliorarne la funzionalità rispetto al nuovo assetto dell'area d'imbocco determinato dalla realizzazione della seconda canna, sia nel transitorio dei lavori, sia nella condizione finale d'esercizio. Nello specifico, sul versante a monte della paratia di imbocco, nel corso dell'attuale appalto, sono stati realizzati quindici setti di pali trivellati di grande diametro (diametro 1500), ognuno di 3 o 5 pali di lunghezza variabile tra 15m e 36m.

A maggiore garanzia il progetto prevede un complesso sistema di monitoraggio geomorfologico del versante, geotecnico e topografico delle opere esistenti e della galleria in esercizio.
Nella fase ante-operam è stata installata una rete di inclinometri e piezometri e di caposaldi topografici sul versante e sulle opere d'arte esistenti, al fine di monitorare lo stato di attività della frana e la sua potenziale evoluzione con l'avvio delle lavorazioni.

In coincidenza degli sbancamenti necessari per la realizzazione dei pali, il monitoraggio inclinometrico ha dato evidenza di un modesto movimento del corpo di frana per una profondità di circa 5-6 m dal piano campagna con valori massimi in superficie di circa 2 cm. Tale fenomeno si è arrestato appena realizzati i primi pali dei setti previsti come risultato anche dal monitoraggio topografico relativo alla testa del muro.

Sul rivestimento definitivo della galleria in esercizio è stata eseguita dapprima una campagna di misure con martinetto piatto, al fine di verificare lo stato tensionale del rivestimento e, successivamente, è stato installato un monitoraggio in continuo con trasmissione dei dati al fine di limitare l'accesso in galleria degli addetti alla sola manutenzione dell'impianto.
Il monitoraggio in corso d'opera atto a rilevare eventuali variazioni dello stato tenso-deformativo del rivestimento definitivo durante la realizzazione dell'adiacente canna, è costituito da undici sezioni attrezzate con martinetti piatti (interasse circa 80÷100m) con acquisizione in automatico dalla fibra ottica posizionata longitudinalmente lungo tutta la canna e da stazioni totali di monitoraggio topografico delle convergenze del cavo. Il rilievo finora eseguito non ha dato evidenza di variazioni dello stato tensionale del rivestimento definitivo.

A completamento della rete di monitoraggio installata, è attivo un sistema di rilievo diffuso del versante attraverso la tecnica di Interferometria SAR Terrestre che consente di misurare gli spostamenti di superficie del versante in corrispondenza dell'imbocco Est della galleria. Il confronto delle misure ripetute nel tempo rappresenta la sostanziale stabilità dell'area che solo a seguito delle attività di scavo per la realizzazione dei piani di lavoro ha mostrato spostamenti (aree evidenziate in rosso) dell'ordine di grandezza (2cm) coerenti con quelli rilevati dal monitoraggio inclinometrico.

La galleria Casacastalda ha una lunghezza totale di circa 1545m, di cui 1468m in naturale e due tratti in artificiale agli imbocchi (42,4m e 34,94m). A circa 230m dall'imbocco lato Ancona, a causa della modesta copertura, è previsto un tratto scavato sotto protesi in calcestruzzo armato di lunghezza pari a 40m.

L'opera è realizzata in adiacenza alla galleria in esercizio ed ha una sezione tipo standard con carreggiata a due corsie di larghezza 3.5m ciascuna, banchina in destra di larghezza 1.75m e in sinistra di larghezza 0.5m. La sagoma interna presenta una geometria policentrica. La sezione tipo dei quattro by-pass pedonali ha larghezza pari a 2.4m mentre quella del by-pass carrabile è costituita da una corsia carrabile larga 4.5m affiancata ad una pedonale (2.4m). In corrispondenza del by-pass carrabile è prevista la realizzazione di una piazzola di sosta lunga 48m e larga 3m, la cui area di scavo è pari a circa 172 mq.
Lo scavo è previsto prevalentemente nell'ambito delle unità litoidi della formazione marnoso-arenacea, ascritte alle unità geotecniche MA, MAcatacl e della formazione delle Argille Varicolori - AV.  In dettaglio, procedendo dall'imbocco Ovest (lato Perugia) affiora l'ammasso stratificato marnoso e arenaceo (MA) che, dopo circa 80m, è in contatto tettonico per faglia diretta con i termini marnosi e argillosi delle Argille Varicolori (AV) queste presenti per un tratto esteso di scavo (520m circa). In corrispondenza del tratto di versante caratterizzato dalle maggiori coperture è presente l'ammasso marnoso e arenaceo (MA) sino alla porzione occidentale della finestra intermedia caratterizzato da un maggior grado di fratturazione (MAcatacl). La formazione delle Argille Varicolori affiora in corrispondenza dell'imbocco lato Ancona sino alla porzione orientale della finestra intermedia.

Le sezioni di scavo impiegate, con lunghezza utile di 8m, sono cilindriche (area di scavo pari a circa 130mq) e troncoconiche agli imbocchi e in zone a bassa copertura (area di scavo media 142mq) e prevedono lo scavo in tradizionale, in prevalenza con consolidamento del fronte in VTR (in numero variabile da 40 a 100 e di lunghezza 20m), sfondi a piena sezione di profondità 1.0/1.2m e rivestimento di prima fase con centine (profili IPN o HEB) e spritz-beton fibrorinforzato (30cm). Le sezioni da adottare nei tratti in Argille Varicolori prevedono la centina di chiusura in arco rovescio (c.d. puntone). Le distanze reciproche fra fronte di scavo, arco rovescio, murette e rivestimento definitivo di calotta sono vincolate in progetto.
La realizzazione della Galleria Casacastalda, oltre a presentare le criticità tipiche di uno scavo in adiacenza a manufatti esistenti (canna in esercizio ed edifici dell'abitato di Casacastalda), interessa una porzione di versante lungo la quale nel 2004, all'epoca della realizzazione dell'altra canna, è avvenuto un importante fenomeno deformativo.

Durante lo scavo, a circa 400m di avanzamento in naturale, lungo un tratto caratterizzato dalla presenza della formazione Marnoso Arenacea, è avvenuto il cedimento del prerivestimento e il rilascio sul profilo di scavo di materiale incoerente ascritto alla formazione della Argille Varicolori. Come ricostruito dall'analisi geomeccanica dei fronti di scavo, poi confermato dalle indagini geognostiche per la progettazione dell'opera in realizzazione, la galleria lungo questo tratto di versante si sviluppa in un contesto geologico caratterizzato dalla presenza di entrambe le formazioni in contatto stratigrafico e tettonico che determina un'elevata fratturazione degli stessi e la presenza di strutture caotiche. L'elevato grado di deformazione a cui si associa la presenza di stati tensionali anomali ha determinato il meccanismo di collasso del fronte con la formazione di un fornello in superficie.

Il fenomeno ha interessato il cavo per un tratto di circa 30m, lungo cui l'arco rovescio non era stato eseguito, caratterizzato da coperture di circa 35m. Al punzonamento delle centine è corrisposto un abbassamento in chiave di circa 1-2m con convergenze di ordine pluridecimetrico.
L'entità del fenomeno ha determinato la necessità di porre in opera misure eccezionali per il superamento ed il ripristino della tratta interessata, progettando l'intervento per il completamento della galleria alla luce del comportamento geomeccanico degli ammassi evidenziatosi durante gli scavi eseguiti e delle risultanze del monitoraggio in corso d'opera.

In fase di progettazione esecutiva, al fine del dimensionamento delle sezioni tipo, è stata eseguita una back analisys che, simulando le fasi di scavo e consolidamento antecedenti il collasso, ha fornito i parametri di resistenza e deformabilità associate all'innesco del fenomeno di instabilità.

La sezione tipo individuata per la realizzazione della galleria nel tratto corrispondente alle progressive del collasso, di passaggio tra la formazione Marnoso-Arenacea e quella delle Argille varicolori, prevede lo scavo a piena sezione con prerivestimento costituito da centine con passo 1m, a doppio profilo IPN220-240 chiuse in arco rovescio e 30cm di spritz-beton fibrorinforzato, consolidamento del fronte con 50/100 elementi in VTR di lunghezza 20m e lunghezza utile di scavo 8m. I rivestimenti definitivi sono armati di spessore 80cm in arco rovescio e 60cm in calotta, realizzati ad una distanza dal fronte rispettivamente non superiore a 16m e 32m.

Nella fase ante-operam è stata installata una rete di inclinometri per il monitoraggio geomorfologico del versante e di caposaldi topografici per il monitoraggio delle subsidenze della superficie topografica e delle deformazioni delle opere d'arte esistenti.
Il monitoraggio inclinometrico ha rilevato degli spostamenti fino alla profondità di circa 3 m dal p.c., con valori massimi di circa 1 cm  nel semestre di monitoraggio, periodo in cui è stato realizzato l'imbocco, che hanno avuto una rapida stabilizzazione non appena terminato lo scavo di ribasso per l'avvio di quello in naturale, confermato  dal monitoraggio topografico eseguito sulle sezioni di subsidenza installate a monte dell'area d'imbocco ed in corrispondenza delle progressive del fornello.
In modo del tutto analogo, anche all'interno della Galleria Casacastalda in esercizio è stato predisposto il monitoraggio dell'opera esistente.

Il rilievo dello stato tensionale nel rivestimento definitivo ad oggi mostra una contenuta variazione nei valori rilevati con la cella posta in corrispondenza del paramento sinistro, in adiacenza alla canna in scavo, e di contro la sostanziale stabilità del dato sul paramento opposto. Le tensioni del calcestruzzo sono comunque modeste (<1MPa).
Nell'attiguo tratto della galleria in costruzione la convergenza del rivestimento di prima fase e gli stati tensionali dell'ammasso hanno valori contenuti e al di sotto delle soglie previste in progetto, testimoniando una risposta deformativa dell'insieme costituito dalla galleria in scavo, da quella in esercizio e dal versante, in linea con le previsioni di progetto.

A completamento della rete di monitoraggio installata, è attivo un sistema di rilievo diffuso del versante attraverso la tecnica di PhotomonitoringTM che consente di misurare lo spostamento del versante in corrispondenza dell'imbocco Ovest della galleria, che risulta coerente con quello rilevato dal monitoraggio inclinometrico e topografico che testimonia una sostanziale stabilità dell'area durante i lavori.

Il controllo della stabilità del cavo della galleria in costruzione è di tipo tradizionale attraverso le misure topografiche di convergenza, con la lettura degli estensimetri installati sulle centine e con l'estrusimetro del fronte. Dopo la stabilizzazione delle deformazioni del cavo, al fine di verificare il profilo del cavo a garanzia della corretta geometria del successivo rivestimento definitivo, viene eseguito il rilievo laser-scanner del prerivestimento. Al completamento del rivestimento definitivo verranno infine eseguite prospezioni georadar (GPR) al fine di controllarne lo spessore e individuare eventuali discontinuità o anomalie nel getto del rivestimento definitivo.


Foto di gruppo visita SIG del 18 Marzo 2022