Scavo di gallerie in zone di versante: esperienze e indicazioni progettuali

Lo scavo di una galleria può modificare le condizioni di stabilità di un versante, sia riattivando o accelerando movimenti preesistenti, sia innescandone di nuovi (interazione di tipo “attivo”). Viceversa la galleria può risentire dei movimenti in atto nel versante già prima della sua costruzione senza modificarne sostanzialmente entità e decorso (interazione di tipo “passivo”). Un caso particolare di interazione può riguardare le gallerie idrauliche, nel caso di fessurazione del rivestimento causata dai movimenti del versante o da ammaloramento dei calcestruzzi, con conseguenti perdite d’acqua. In questo caso è la modifica del regime delle pressioni interstiziali nell’ammasso che può innescare importanti movimenti franosi, come accaduto a monte di Lodrone (TN) per le perdite nella galleria di derivazione degli impianti del Caffaro (Murano, 2015). In fase di progetto, per ridurre i rischi di instabilità del versante e/o della galleria, si deve scegliere opportunamente il tracciato o, se la scelta è vincolata, eseguire interventi di mitigazione degli effetti sul pendio e/o sulla galleria. Tuttavia non sono infrequenti i versanti in cui uno o entrambi i tipi di interazione si sono verificati durante lo scavo o dopo la costruzione della galleria. I motivi del mancato riconoscimento dei movimenti in fase di progetto sono vari. Ricorrente è l’inadeguatezza delle indagini e del monitoraggio, dovuta al contenimento dei costi, alla difficoltà di esecuzione di esplorazioni profonde o a motivi contrattuali/procedurali. Frequente è anche l’incompleta valutazione delle informazioni pregresse, la cui acquisizione è spesso difficile per assenza di banche dati e dispersione delle fonti. Da non trascurare è anche la diversa percezione dei fenomeni di instabilità più complessi e/o profondi alle differenti epoche di realizzazione delle opere. Tale percezione, come pure l’efficacia dei metodi di indagine, è cresciuta gradualmente negli anni negli ambienti culturali geotecnico e geologico. Il progresso delle conoscenze sulla stabilità dei versanti ha infatti portato a considerare possibili, e riconoscibili, fenomeni che in tempi passati erano sottovalutati o non individuati. L’interazione di tipo attivo si può manifestare sia nelle zone di imbocco sia a notevole distanza. All’imbocco, i meccanismi di instabilità sono spiccatamente tridimensionali e spesso influenzati dalle condizioni geologiche e geotecniche locali. Lontano dall’imbocco, condizioni tridimensionali sono tipiche delle gallerie orientate perpendicolarmente al versante, delle gallerie parietali (parallele al versante), ma solo in prossimità del fronte, oppure di gallerie che attraversano zone eterogenee o con forti irregolarità morfologiche del versante (vedi ad es. Ashtiani et al., 2010). Nel caso di analisi a lungo termine di gallerie parietali, in letteratura vi sono esempi di analisi 2D sotto diverse ipotesi e con diversi metodi. Indicazioni in merito all’influenza della posizione della galleria sull’innesco di frane di primo distacco sono fornite da Picarelli et al. (2002) sulla base di analisi all’equilibrio limite. L’influenza della posizione della galleria rispetto alla superficie di scorrimento sulla riattivazione di frane preesistenti è analizzata da D’Effremo et al. (2016) con analisi FEM. Koizumi et al. (2010) forniscono ulteriori indicazioni, confrontando i risultati ottenuti per diversi tipi di comportamento post-rottura dell’ammasso roccioso. La conformazione del versante e la sua storia tensionale possono avere grande influenza sullo stato di sforzo attuale, e quindi sulla risposta dell’ammasso allo scavo della galleria, anche in assenza di movimenti (Picarelli et al., 2002). Inoltre, le direzioni delle tensioni principali possono essere molto influenzate dall’assetto strutturale del versante e dalla presenza zone eterogenee. Un esempio è illustrato nella Figura 1, che rappresenta il caso, tipico di molte valli alpine, di un alto versante attraversato da una fascia di taglio sub verticale. In corrispondenza della fascia si osserva l’aumento dell’anisotropia dello sforzo e la rotazione delle direzioni principali. Significativa è anche l’influenza sullo stato di sforzo originario della storia tettonica e dei processi erosivi (ad es. valli alpine glaciali), come messo in evidenza da Causse (2015) nell’analisi a ritroso delle condizioni statiche di vecchie gallerie ferroviarie francesi scavate in versanti rocciosi. Infine, fenomeni di instabilità a grande scala, quali deformazioni gravitative profonde o grandi frane, sono causa frequente di danni ai rivestimenti, spesso però riconosciuti dopo un prolungato esercizio della galleria. La consapevolezza dell’esistenza di tali fenomeni sino a notevoli profondità è un’acquisizione relativamente recente. Nel nostro paese sono numerosi gli esempi di gallerie idrauliche scavate nella fascia sommitale fratturata di alti versanti, in direzione sia parallela sia perpendicolare al versante. Tra le prime si può citare il canale AEM realizzato nel 1929 nella parte alta del fianco sinistro della Valtellina. La galleria, scavata in micascisti intensamente fratturati e alterati (velocità delle onde longitudinali, VP, inferiori a 2.7 km/s) è stata dismessa e ricostruita più internamente al versante (Bressi et al., 1986). Tra le seconde, si ricordano le gallerie che immettono alle condotte forzate di Lanzada e Grosotto (Lembo-Fazio et al., 1997), in cui sono state riscontrate fratture trasversali del rivestimento causate da deformazioni del versante di 2.5 e 5 mm/anno, rispettivamente. Entrambe le gallerie si sviluppano nella parte più fratturata dell’ammasso roccioso, costituito in entrambi i casi da micascisti, che a Lanzada hanno VP inferiori ai 3.5 km/s. Nel seguito sono descritti in dettaglio alcuni casi di studio di interazione passiva e attiva tra gallerie e versanti. In particolare, nel paragrafo 2 sono illustrate le condizioni geologico - geotecniche caratteristiche di ciascun caso, la storia di costruzione e i principali eventi osservati. Successivamente, nel paragrafo 3, vengono analizzati alcuni aspetti specifici dell’interazione galleria-versante, le misure di controllo e alcuni interventi di miglioramento delle condizioni di esercizio e di stabilità.