La realizzazione di un’opera in sotterraneo è sempre accompagnata da molte incertezze legate alle condizioni geologiche e geotecniche che si incontrano durante lo scavo. Ciò mette in luce l’importanza del monitoraggio geotecnico nell’ambito della progettazione e della realizzazione delle gallerie e di qualsiasi altra opera in sotterraneo. Lo scopo del monitoraggio è quello di:
• verificare la validità delle previsioni progettuali attraverso un confronto sistematico, in corso d’opera, tra le stesse previsioni e le prestazioni/comportamento del terreno e dell’interazione tra terreno e struttura di sostegno;
• assicurare che l’opera esplichi le sue funzioni, risultando idonea all’esercizio, resistente e stabile senza riduzioni significative della sua integrità o manutenzioni non previste.
Il monitoraggio presuppone la definizione di un piano di monitoraggio, che rappresenta un vero e proprio progetto dell’attività di misura che deve essere effettuata, e la scelta degli strumenti in relazione alle grandezze da monitorare (deformazioni e spostamenti nel terreno o nelle strutture di rinforzo, i valori e le variazioni delle pressioni interstiziali nel terreno, le tensioni indotte nelle strutture e nei rivestimenti).
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Il monitoraggio, nella progettazione geotecnica, costituisce l’ultimo livello di accertamento ed è strettamente connesso all’applicazione del metodo osservazionale, la cui formulazione è dovuta a Peck (1969). L’ applicazione di tale metodo nella progettazione è prevista nelle NTC e nell’EC7 per i casi in cui, a causa della particolare complessità della situazione geotecnica e dell’importanza e impegno dell’opera, dopo estese ed approfondite indagini permangano documentate ragioni di incertezza risolvibili solo in fase costruttiva. Nell’applicazione di tale metodo si devono stabilire i limiti di accettabilità dei valori di alcune grandezze rappresentative del comportamento del complesso manufatto-terreno; occorre successivamente dimostrare che la soluzione prescelta è accettabile in rapporto a tali limiti. Inoltre, devono essere previste soluzioni alternative, congruenti con il progetto, e definiti i relativi oneri economici. Infine, deve essere istituito un adeguato sistema di monitoraggio in corso d’opera, con i relativi piani di controllo, tale da consentire tempestivamente l’adozione di una delle soluzioni alternative previste, qualora i limiti indicati siano raggiunti.
La Figura 3.21 mostra un esempio di piano di monitoraggio tipico per gallerie superficiali.
Nelle illustrazioni sono indicati le tipologie di strumenti da utilizzare e la loro disposizione schematica (Barla, 2010).
Gli inclinometri consentono di rilevare la distribuzione degli spostamenti orizzontali con la profondità, attraverso la misura delle rotazioni rispetto alla verticale di un tubo reso solidale con il terreno. Sono generalmente utilizzati per il monitoraggio dei versanti, ma assumono altrettanta importanza anche nel caso di gallerie poco profonde o nelle zone limitrofe l’imbocco delle gallerie, dove sia lo scavo della galleria che gli scavi a cielo aperto per le opere d’imbocco modificano considerevolmente le condizioni geotecniche preesistenti. Esistono inoltre inclinometri che consento, se installati su edifici o strutture, di ricavarne le rotazioni.
Figura 3.21 Esempio di piano di monitoraggio per galleria superficiale (Barla, 2010)
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Gli assestimetri e gli estensometri consentono, come gli inclinometri, di rilevare l’andamento delle deformazioni nell’intorno della galleria. Gli assestimetri sono in grado di misurare i movimenti verticali del terreno a varie quote, al di sotto del piano campagna; sono messi in opera in fori di sondaggio realizzati dalla superficie, oppure, in galleria. Gli estensimetri consentono di misurare gli spostamenti relativi tra due o più punti allineati; sono installati all’interno di un foro di sondaggio o di un foro creato appositamente.
Il piezometro misura le pressioni interstiziali ad una data profondità, il livello di falda e le sue oscillazioni. Generalmente è costituito da un elemento poroso, messo in opera nel terreno o nella roccia, nel quale si raggiunge la condizione di equilibrio della pressione idrostatica con la falda circostante: il livello o la pressione dell’acqua fornisce il valore della pressione interstiziale nel punto in cui è installato lo strumento.
Le celle di carico e di pressione consentono la misura delle variazioni di carico all’interno degli elementi strutturali di rinforzo, nel terreno, al contatto tra terreno e struttura. Nel caso delle gallerie, le celle di pressione vengono disposte in calotta ed in corrispondenza dei piedritti, tra l’ammasso e il rivestimento di prima fase o annegate nel calcestruzzo del rivestimento definitivo stesso; possono essere installate per le misure di sforzi sia radiali sia tangenziali. Le celle di carico funzionano in maniera analoga alle precedenti, ma data la maggior robustezza sono in grado di misurare carichi maggiori; sono impiegate maggiormente alla base delle centine per valutare il carico che esse trasmettono al piede e quindi la pressione a cui sono sottoposte.
Il monitoraggio topografico consente il controllo plano-altimetrico dell’area superficiale potenzialmente interessata dal bacino di subsidenza indotto dallo scavo; è il primo tipo di controllo da attuare quando si hanno gallerie caratterizzate da basse coperture. Tale monitoraggio permette di determinare la posizione di alcuni punti nello spazio, disposti lungo sezioni parallele e ortogonali all’asse della galleria, rispetto ad un caposaldo di riferimento fisso. Le misure sono effettuate per mezzo di un teodolite o una stazione totale traguardando mire e prismi ottici.
Il monitoraggio topografico consente anche di stimare le deformazioni del cavo della galleria, ovvero delle convergenze, attraverso il sistematico rilievo ad alta precisione delle coordinate di punti di misura disposti lungo il perimetro del cavo stesso. Su tali punti, che costituiscono la stazione di misura, vengono installati dei chiodi di convergenza, sporgenti per circa 10 cm dallo spritz-beton del rivestimento di prima fase, sui quali vengono montati altrettanti marcatori costituiti da mire ottiche. Il sistema d’acquisizione dei dati comprende una stazione totale topografica dotata di distanziometro elettronico che misura la posizione assoluta dei punti rispetto ad un sistema di riferimento tridimensionale costituito da caposaldi situati in galleria.
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Le barrette estensimetriche (strain gauges) sono utilizzate per misurare le deformazioni assiali e sollecitazioni all’interno del rivestimento definitivo in calcestruzzo. Sono installate a coppie in intradosso ed estradosso in direzione assiale lungo l’intero sviluppo dell’anello di rivestimento. Quelle a corda vibrante sono costituiti da un corpo tubolare d’acciaio dotato alle estremità di due blocchi di ancoraggio. La deformazione indotta tra questi due ancoraggi produce una variazione della lunghezza del filo d’acciaio, presente all’interno del tubo, e la conseguente variazione del segnale in uscita (Barla, 2010; Tanzini, 2006).
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