S&A 131 Settembre-Ottobre 2018 pp36-272

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Anno XXII - ISSN 1723-2155 Poste Italiane SpA - Spedizione in Abbonamento Postale D.L. 353/2003 (convertito in Legge 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1,…
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Anno XXII - ISSN 1723-2155 Poste Italiane SpA - Spedizione in Abbonamento Postale D.L. 353/2003 (convertito in Legge 27/02/2004 n° 46) art. 1, comma 1, LO/MI1315/2018SETTEMBRE OTTOBRE5/2018 SETTEMBRE/OTTOBREproduzionepropria.com art m.fasson 2018Modificanti high-tech per la manutenzione del manto stradale131MilanoCOSTRUZIONE E MANUTENZIONE DI STRADE, AUTOSTRADE, PONTI, GALLERIE Studi e Progetti • Grandi infrastrutture • Cantieri • Impianti • Ambiente • Macchine • Tecnologie • Materiali FOCUS ONCANTIERI&SICUREZZARiparare le buche in modo efficace, aumentare la durata dell’asfalto, ridurre i costi, semplicementeAdditivi pensati per strade sicure, durature ed eco-sostenibili. Una storia Italiana lunga 50 anni.www.iterchimica.itstrade e autostrade agosto 2018.indd 131/07/18 18:10STRADE & AUTOSTRADEd industry roace 1967 sinin Serv g theHigh-tech additives for the road industry Progetti e prodotti eco-sostenibili per il settore stradale INFRASTRUTTUREMATERIALISICUREZZALa protezione della mano d’attacco nelle pavimentazioni flessibiliLe pavimentazioni stradali a supporto della green economyTecnologie per ridurre gli incidenti e i relativi costiLeganti neutri ad elevate prestazioniSmart Road e Smart AsphaltSistemi per il drenaggio di piattaforme stradaliCriticità delle infrastrutture sulla rete viariaPunti di Vista sul viadotto Polcevera Breakthrough a StoccardaINTERVISTE Maurizio Castagna: l’uomo che... vive rispettando i protocolligallerie&tunnellingMassimo Chiarelli(1)INFILAGGI DI RINFORZO DEL TERRENO IN GALLERIALA PROGETTAZIONE DI SCAVI IN SOTTERRANEO È DIVENUTA PIÙ AMPIA E COMPLESSA IN QUANTO RICHIEDE UN’ANALISI NUMERICA SEMPRE PIÙ SOFISTICATA PER CONTRASTARE CONDIZIONI DI TERRENO DIFFICILI, IN BASE ALLE QUALI POTREBBE ESSERE NECESSARIO UN RINFORZO PRIMA DI ESEGUIRE LO SCAVO (PRE-SUPPORTO) CON ELEMENTI STRUTTURALI RESISTENTI, IL CUI COMPITO È QUELLO DI MIGLIORARE IL COMPORTAMENTO DELL’AMMASSOIl preconsolidamento è il mezzo più utilizzato negli ultimi decenni per far fronte al problema dell’attraversamento di terreni difficili [1]. Visti i vantaggi in termini di tempo di esecuzione e di efficacia anche in relazione ai costi, il metodo Umbrella (Forepoling Umbrella Method), più comunemente noto come pretunnel, è certamente quello più utilizzato allorquando scelte tecnicoeconomiche impediscono di eseguire lo scavo in sotterraneo mediante TBM (Tunnel Boring Machine) [2]. Il pretunnel attua la precostituzione di un rivestimento in avanzamento rispetto al fronte di scavo, ottenendo già una sorta di arco avente geometria tronco-conica inserito nel terreno, prima di applicare lo scarico tensionale a seguito dell’apertura del cavo. Oke et al. (2014) definiscono il metodo Umbrella come un pre-supporto installato all’interno dell’ammasso dove verrà eseguito lo scavo, prima dell’esecuzione di quest’ultimo, al di sopra e nell’interno della corona del fronte di scavo del tunnel.2. La fase operativa di esecuzione dell’Umbrella Arch mediante tubi in acciaioGli elementi resistenti che costituiscono il Forepoling Umbrella Method, fanno parte del sistema di supporto temporaneo dell’ammasso e sono parte del sistema stesso che è associato e utilizzato in combinazione con altri sistemi come: i bulloni di ancoraggio, le centine in acciaio, lo spritz beton armato con rete elettrosaldata, ecc..I PARAMETRI DI PROGETTAZIONE1. Il modello 3D del rinforzo del terreno mediante infilaggi36Chiarelli.indd 36STRADE & AUTOSTRADE 5-2018L’infilaggio in avanzamento in galleria è una tecnica di consolidamento del terreno che permette lo scavo in condizioni geologico-geotecniche difficili. Gli elementi strutturali sono tubi metallici inseriti in fori realizzati suborizzontalmente in volta dietro il fronte di scavo. Generalmente, i fori vengono suc-www.stradeeautostrade.it18/09/18 12:06INFILAGGI Realizzato l’infilaggio a tetto, lo scavo procede costantemente protetto; la posa delle centine metalliche avviene quando il fronte di scavo è avanzato per una lunghezza inferiore alla lunghezza massima (Lscavo max) calcolata come la differenza tra la lunghezza dell’elemento resistente e la lunghezza di sovrapposizione calcolata in fase di progettazione.3. La rappresentazione schematica della tecnologiacessivamente riempiti con malta cementizia a bassa pressione per solidarizzare il tubo in acciaio con il terreno circostante. L’infilaggio è realizzato quando il terreno nell’intorno della galleria ha caratteristiche geotecniche tali da non consentire alla volta un’autoportanza per un tempo sufficiente alla posa del rivestimento temporaneo. Il metodo è efficiente soprattutto in terreni eterogenei, anche in presenza di grossi massi. La lunghezza dell’infilaggio può variare, a seconda di alcune considerazioni che vedremo, e raggiungere i 20÷30 m. I parametri per la progettazione sono: • Lfp = lunghezza dell’elemento resistente forepole; • Lfp0 = lunghezza di sovrapposizione (porzione di arco in cui si sovrappongono due archi distinti). Il parametro Lfp dipende da considerazioni economiche, disponibilità sul mercato, precisione di perforazione, accessibilità delle attrezzature e macchine, ovvero dalle possibilità di perforazione rispetto alle condizioni del terreno. Per questo motivo, tale parametro non è solitamente ottimizzato con una modellazione numerica. Per contro, il parametro Lfp0 può essere ottimizzato con una modellazione numerica. Infatti, la lunghezza di sovrapposizione tra due elementi forepole singoli e dell’insieme costituente gli archi è necessaria per garantire la stabilità del sistema e la risposta dell’ammasso.Nel senso longitudinale, affinché l’elemento resistente risulti efficace, richiede una distanza di infissione sufficiente (in lunghezza) dalla regione dell’ammasso disturbata dallo scavo. Una corretta esecuzione dell’arco costituito dai singoli forepole nonché una ben calcolata lunghezza di infissione longitudinale dell’arco garantiscono un esatto trasferimento delle sollecitazioni indotte sul fronte di scavo del tunnel al sistema di supporto davanti al fronte e all’ammasso stabile non ancora interessato dallo scavo che si trova dietro al fronte. Scfp è un altro parametro importante per la progettazione ed individua l’interasse esistente centro-centro tra i tubi in acciaio, tfp rappresenta lo spessore dell’elemento resistente e Øfp è il diametro dell’elemento resistente (forepole o tubo in acciaio). L’interasse massimo Scfp che è possibile adottare nell’applicazione del sistema dipende dallo sviluppo o meno dell’effetto arco nell’ammasso. Ciò può essere analizzato e quindi studiato attraverso modelli numerici in cui un ruolo importantissimo giocano anche gli altri due parametri tfp e Øfp. Anche l’angolo di installazione degli elementi resistenti rispetto all’orizzontale αfp è importante per la stabilità dell’intero sistema: può variare da 5° fino a 40° ed è progettato per bloccare tutti i componenti strutturali garantendo anche un certo spessore del rivestimento cementizio definitivo intorno al cavo. Sul valore che αfp può assumere, giocano un ruolo fondamentale anche gli altri elementi di supporto temporaneo come le centine in acciaio e lo spritz beton. Non ultimo, occorre ricordare che il valore che αfp può assumere dipende anche dal tipo di attrezzature e macchine che si intende utilizzare, ovvero dagli spazi di manovra all’interno della galleria in costruzione. Va sottolineato che l’angolazione minima possibile di installazione degli elementi resistenti è da considerarsi come l’ideale; infatti, molto spesso si verificano cedimenti e quindi l’asportazione del materiale di scavo fino agli elementi resistenti. Un ulteriore parametro per la progettazione è la distanza Lus tra due centine in acciaio che costituiscono il rivestimento/sostegno temporaneo che influenza anche la stabilità del fronte di scavo e di cui si deve necessariamente tener conto durante le analisi numeriche di verifica del fronte stesso [3].CONCLUSIONI4. La rappresentazione dei parametri che intervengono nella progettazionewww.stradeeautostrade.itChiarelli.indd 37Gli studi più interessanti effettuati sugli interventi di rinforzo del terreno come il pretunnel a infilaggio di elementi resistenti in acciaio (Forepoling Umbrella Method), riguardano l’applicazione e gli effetti sulla riduzione della subsidenza e dei cedimenti del terreno intorno al tunnel. Con l’applicazione di questa tecnologia, ad esempio, la sta-5-2018 STRADE & AUTOSTRADE3718/09/18 12:06gallerie &tunnelling bilizzazione del fronte di scavo viene eseguita creando una struttura ad ombrello con i tubi in acciaio in modo che la concentrazione delle tensioni si riduca nella parte anteriore e posteriore del fronte di scavo stesso. Così facendo, il livello di sollecitazione generato dalle operazioni di scavo resterà sotto controllo, così come le deformazioni lungo tutto il cavo e in superficie (particolarmente importante per le opere in sotterraneo in ambito urbano) [4 e 5]. Per mezzo di numerosi studi, si è visto che la tecnologia dell’Umbrella Arch utilizzata come struttura di supporto del terreno riduce significativamente la subsidenza del terreno e, cosa ancora più significativa, risulta essere molto efficace nella riduzione della durata di evoluzione totale della subsidenza stessa [6]. Considerato che le sollecitazioni verticali sull’intervento di rinforzo dipendono dalla rigidità del rinforzo stesso e dal terreno circostante, variare il diametro dei tubi in acciaio - ovvero l’interasse - comporterà un cambio di rigidità del rinforzo, giocando un ruolo fondamentale nell’accrescimento della stabilità del tunnel. Infatti, l’aumento del diametro dei tubi e il loro numero fino al valore ottimale producono una riduzione della deformazione del terreno nell’intorno del cavo nonché una riduzione della subsidenza in superficie. Per contro, una diminuzione del diametro dei tubi e una riduzione del numero di infilaggi 5. Esempio di progettazione di un intervento di preconsolidamento eseguiti per la realizzazione del supporto sono causa di una riduzione di rigidità, quindi di un aumento dei cedimenti di deformazione. Diretta conseguenza di ciò è l’aumento della subsidenza in superficie e l’impatto negativo in termini di stabilità del fronte di scavo [7 e 8]. nBibliografiaIngegnere, Progettista esperto in tecniche avanzate di scavo in sotterraneo (1)[1]. M. Chiarelli - “Gallerie realizzate in ammassi rigonfianti e/o spingenti”, “Ingenio Web” del 4 Ottobre 2016, Imready Srl, RSM. [2]. M. Chiarelli - “L’Arte del costruire gallerie”, Editrice Uni Service, Trento, 2009. [3]. M. Chiarelli - “La realizzazione di gallerie in formazioni geologicamente complesse”, “Ingenio” n° 36 del 30 Settembre 2015, Imready Srl, RSM. [4]. M. Chiarelli - “Analisi di stabilità del fronte di scavo in galleria”, “Ingenio” n° 41 del 12 Aprile 2016, Imready Srl, RSM. [5]. M. Chiarelli - “La costruzione di gallerie in ambiente urbano”, “Ingenio” n° 28 e dossier di Geotecnica del 14 Novembre 2014, Imready Srl, RSM. [6]. M. Chiarelli - “Il metodo Top-Down e Bottom-Up - Le stazioni della nuova metropolitana di Roma” - “Strade & Autostrade” n° 119 Settembre/Ottobre 2016, EDI-CEM Srl, Milano. [7]. M. Chiarelli - “Interazione tra gallerie metrò e scavi profondi: il meto do smartGDE”, “Strade & Autostrade” n° 108 Novembre/Dicembre 2014, EDI-CEM Srl, Milano. [8]. M. Chiarelli - “Analisi dei cedimenti per gallerie a doppia canna”, “Strade & Autostrade” n° 125 Settembre/Ottobre 2017, EDI-CEM Srl, Milano.6. L’esecuzione degli infilaggi in volta38Chiarelli.indd 38STRADE & AUTOSTRADE 5-2018www.stradeeautostrade.it18/09/18 12:06Doveg l ial t r ive donog al l e r i e ,noive di amoope r ed’ ar t eLAVAGGI OEI MBI ANCATURADI GALLERI ESTRADALI www. s evens er vi c e. i tPUNTI DI VISTA SUL VIADOTTO POLCEVERA NESSUN ERRORE PROGETTUALEVoglio approfittare dell’occasione che mi si offre per chiarire una volta per tutte una circostanza che spesso in questi giorni ho sentito emergere: i carichi attuali sono più gravosi di quelli dell’epoca di progettazione del viadotto Polcevera. Non è vero!I carichi di progetto dell’epoca (carichi convenzionali: allora come oggi!) risultano in molti casi maggiori degli attuali anche perché affetti dal cosiddetto incremento dinamico che, in funzione della luce, li amplificava. Per i ponti di prima categoria, e tali sono tutte le opere d’arte costruite negli anni Sessanta sulle arterie principali italiane, si utilizzavano i cosiddetti carichi militari, unitamente ai carichi civili il cui effetto globale - se raffrontato a quello indotto dai carichi mobili attuali - risulta quasi sempre più gravoso. Piuttosto, è la fatica dei materiali indotta dai milioni di cicli di carico e scarico (transito dei veicoli) che crea problemi agli elementi strutturali sollecitati. L’opera di Morandi, uno dei massimi Esponenti dell’Architettura Strutturale nel mondo, va contestualizzata quindi rapportata all’epoca in cui si progettava essenzialmente con riferimento alla resistenza piuttosto che alla durabilità ritenendo che il c.a. avesse una durata e un comportamento pressoché esente da degrado. Tuttavia, la genialità di Morandi nell’ideazione delle sue strutture - e in particolare dei ponti, notoriamente le strutture più esposte agli agenti aggressivi ed alla fatica -, è consistita proprio nel progettare i cosiddetti stralli in c.a. a sezione omogenea, con una particolare attenzione alla durabilità dell’opera. Egli, infatti, previde di ricoprire i cavi principali di acciaio - cui sono affidati i carichi permanenti - con una guaina protettiva in c.a. prefabbricata che, successivamente, veniva precompressa per mezzo di cavi secondari e poi resa solidale ai cavi principali mediante iniezioni di malta; in tal modo, il comportamento della sezione del singolo strallo così inguainato diventava nei riguardi dell’esercizio (azione dei carichi accidentali) quello di una sezione omogenea di c.a. sempre interamente reagente. Con tale accorgimento si otteneva, tra l’altro, il duplice vantaggio di proteggere i cavi principali in acciaio armonico dagli agenti aggressivi e di ridurre i fenomeni di fatica negli stralli stessi. In poche parole, ai cavi di acciaio armonico (cosiddetti principali) si affida il compito di sopportare i carichi permanenti mentre i carichi mobili sono affidati alla collaborazione tra gli stessi cavi principali e la guaina di c.a.p. che li avvolge, con una sensibile riduzione del fenomeno della fatica nei cavi principali.È scontato che il sistema funzioni e sia efficace fin quando la guaina in c.a.p. risulta interamente reagente e cioè sempre compressa. Nessun errore progettuale, quindi, come alcuni vanno affermando, ma solo purtroppo una carenza di controlli - che d’altra parte interessa la quasi totalità delle strutture del nostro Paese - ha fatto sì che il degrado progredisse fino a portare il viadotto al collasso. Sarebbe stato sufficiente condurre negli anni idonee campagne di indagine mirate all’individuazione dell’effettivo degrado del complesso strutturale o, meglio, di alcuni suoi elementi (gli stralli) per avere la possibilità di programmare e pertanto di eseguire i necessari interventi di ripristino e di consolidamento, giungendo perfino all’adeguamento antisismico della stessa; ciò, soprattutto, in considerazione del fatto che non da oggi la ricerca applicata ci fornisce nuovi materiali, nuove tecnologie e strumenti di calcolo adeguati. Al giorno d’oggi, al contrario di un’opera d’arte di nuova progettazione, la durabilità di una struttura già esistente non è pienamente definibile: dopo eventi - anche catastrofici - avvenuti in tutto il mondo e per tipologie di ponti le più varie, si è presa coscienza dell’importanza del progettare le strutture in genere, ma soprattutto quelle dei ponti, con particolare cura e attenzione alla loro durabilità al fine di ottenere forti economie in termini di costi di manutenzione ma, specialmente, di vite umane. Pur tuttavia, è altrettanto importante mantenere e consolidare tutte le opere esistenti che abbiano una valenza storica, architettonica o strategica da un punto di vista socio-economico: ciò perché i costi di una loro demolizione e di una successiva ricostruzione sono spesso insostenibili per la società. Demolire e ricostruire, dunque, non sempre è più conveniente, come spesso gli sprovveduti affermano. Un’analisi attenta del degrado o dell’incipiente dissesto, da condurre con metodologie e tecniche peraltro non sempre sofisticatissime - ma soprattutto con sapienza e sapendo cosa cercare - portano a escludere la demolizione e la ricostruzione come unica soluzione per il ripristino della viabilità in presenza di un ponte danneggiato. In definitiva, una diagnostica adeguata - così come un progetto mirato a prolungare la vita utile di un’opera d’arte - sono e saranno gli aspetti che nel prossimo futuro gli Enti proprietari e Gestori delle strade italiane dovranno curare con particolare attenzione. Prof. Ing. Lucio Della Sala, Cattedra di Costruzione di Ponti presso la Scuola di Ingegneria dell’Università degli Studi della BasilicataMORANDI NELLA STORIA DELL’INGEGNERIA STRUTTURALEIl disastro di Genova, segnato da così tante vittime innocenti, è un nuovo Vajont e avrà conseguenze sulla storia dell’ingegneria strutturale italiana dei prossimi decenni. Il viadotto sul Polcevera era un capolavoro, l’opera più originale del nostro ricco patrimonio di ponti, l’icona più famosa dell’ingegneria strutturale Made in Italy. Si trattava del primo ponte strallato “omogeneizzato”, cioè il primo ponte in cui Riccardo Morandi applica la sua “invenzione”: “coinvolgere” i trefoli di acciaio degli stralli in una guaina protettiva di cemento armato, precompresso in modo da non essere mai sottoposto a trazione e quindi evitare le fessure. Ma non solo: la guaina esercita un ruolo chiave anche nel ridurre il fenomeno della fatica nei cavi di acciaio, essendo stata concepita per collaborare alla resistenza durante il passaggio dei carichi viaggianti, anche aumentando di molto la sezione utile e quindi riducendo sensibilmente gli allungamenti dello strallo. Invenzione maturata nel progetto per il viadotto sulla laguna di Maracaibo ma non messa in atto nel cantiere venezuelano e poi sperimentata, in scala ridotta, nella copertura dell’aviorimessa Alitalia per l’aeroporto di Fiumicino, molto meno ardita e senza carichi viaggianti. Dunque un ponte prezioso: un’opera d’arte simbolica della rinascita dell’Italia dopo la seconda guerra mondiale, capace di sintetizzare il successo delle strutture italiane negli anni del boom economico, come abbiamo ricostruito esattamente durante la ricerca SIXXI (per approfondimenti, si veda T. Iori, S. Poretti (a cura di), SIXXI 4, “Storia dell’ingegneria strutturale in Italia”, Gangemi, Roma 2017).D’altronde Morandi è stato il Progettista di ponti più bravo di tutti, senza paragoni possibili in Italia e con pochi rivali nel mondo. Ha progettato circa 200 ponti e viadotti, in gran parte nel nostro territorio e molti all’estero, introducendo innovazioni che hanno consentito progressi enormi alla scuola italiana di ingegneria. E il crollo non è certo colpa sua: non ha sbagliato i calcoli e non ha mal interpretato la concezione strutturale; tra l’altro, queste accuse avrebbero potuto avere senso se il ponte fosse crollato dopo qualche mese dall’inaugurazione, non dopo 51 anni di servizio e di incuria. I dati diffusi ancora non ci consentono ricostruzioni certe: aspettiamo la conclusione delle indagini e sapremo perché, in che punto e in che momento si è rotto uno degli stralli. Adesso però la sfida è riportare al centro della discussione la ricerca e la tecnica, invece che la politica. Morandi se lo merita, così come se lo merita il nostro più bel ponte. Occorre comprendere perfettamente cosa è successo: per provare a tornare sulla scena ingegneristica internazionale mortificati, sì, per non aver saputo conservare un capolavoro e aver causato la mo
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