Capitolo 3 – Caratteristiche idro-geologiche dell’area
interessata dall’intervento
Per poter definire una tecnica costruttiva idonea alla realizzazione dell’intervento di interramento della linea è stato necessario compiere una ricerca bibliografia finalizzata alla definizione delle caratteristiche idrologiche e geotecniche della porzione di territorio comunale che viene a ricadere lungo il nuovo tracciato ferroviario definito nel precedente capitolo.
A tale scopo l’Ufficio Tecnico del Comune di Altopascio ha reso disponibile una indagine eseguita dallo Studio di Geologia Barsanti-Sani dell’Agosto 1987 con successive integrazioni del 2004.
La caratterizzazione idrologica è stata utilizzata, insieme a quella geotecnica, per operare la scelta della tecnica costruttiva ed il predimensionamento degli elementi strutturali necessari alla realizzazione della parte di tracciato in galleria; ma è servita anche a definire le modifiche da eseguire sull’attuale sistema di protezione idraulico della linea in virtù del suo raddoppio e interramento.
3.1 Attuale sistema di protezione idraulico della linea
La attuale linea ferroviaria Lucca-Pistoia si sviluppa da ovest ad est all’interno del comune di Altopascio mentre la direzione dei corsi d’acqua che vengono ad intersecarsi con essa è N-S essendo tale fascia di territorio caratterizzata da una diminuzione di quota spostandosi dalla zona a nord della ferrovia verso sud.
Per tale motivo già sul tracciato esistente, ed anche nel progetto di raddoppio superficiale delle RFI, a lato nord della sede ferroviaria è presente un fosso di guardia che ha il compito di raccogliere le acque superficiali di provenienza meteorica percolanti in direzione sud sul terreno e quelle appartenenti ai numerosi fossi d’irrigazione presenti che incrociano la linea ferroviaria.
La ferrovia inoltre attraversa ad est, ad una distanza di circa 1200 m dalla attuale stazione, il torrente Tassinaia ed a ovest a circa 1000 m da Via Romea il fosso Cerogia; il passaggio di questi due corsi d’acqua viene eseguito attraverso due ponti ad arco di cui, nel progetto di interramento della linea, solo quello sul Rio Tassinaia verrà mantenuto nella attuale posizione e sarà soggetto al solo adeguamento necessario ad ospitare il raddoppio che in accordo alle prescrizioni FS prevedrà l’impiego di un impalcato avente larghezza di 8,50 m necessaria ad ospitare il doppio binario e due banchine pedonali ai sui lati di 50 cm.
La necessità di dover mantenere in corrispondenza del torrente la attuale quota ferroviaria, per consentire alla rampa di discesa un adeguato sviluppo, influenzerà decisamente l’andamento altimetrico del tracciato sotterraneo come meglio precisato nel precedente capitolo.
La portata d’acqua raccolta dal fosso di guardia (come detto posto a nord della sede stradale), servendosi dei vari tombini idraulici che sottopassano la
linea ferroviaria, viene mantenuta di entità opportuna in quanto in corrispondenza di essi una sua parte può attraversare i binari ed essere convogliata in altri canali posti a sud della linea. In Tavola 5 è riportata la posizione delle opere idrauliche sopradescritte lungo l’attuale tracciato.
3.2 Opere idrauliche necessarie alla realizzazione
dell’intervento
Essendo previsto in questa tesi l’interramento della linea esistente si è resa necessaria la definizione di un nuovo sistema di protezione idraulica della sede ferroviaria in quanto il nuovo sviluppo in sotterraneo non consente, contrariamente alla ipotesi di raddoppio superficiale, di sfruttare quella esistente predisponendone il suo adeguamento.
Infatti in virtù del passaggio della quota del piano del ferro al di sotto di quella del piano di campagna, non sarà più possibile realizzare il passaggio nord-sud delle portate d’acqua intercettate dall’esistente fosso di guardia attraverso i tombini e ponticelli ad arco esistenti ed inoltre sarà necessario proteggere lo scavo per evitare che, nella parte in cui non è prevista la sua copertura superiore, possano manifestarsi ingressi d’acqua proveniente dal piano di campagna che, scorrendo lungo le rampe, allagherebbero la stazione e comunque costituirebbero un grave rischio per la sicurezza della circolazione ferroviaria.
Ciò ha reso necessario la definizione di due nuovi sistemi di protezione idraulica uno lato ovest (parte di tracciato in variante) ed uno lato est della attuale stazione.
Come già precisato in precedenza ad ovest della stazione il nuovo tracciato ferroviario, che va dalle sez. 43 alla 73, si discosta fortemente da quello esistente per l’inserimento di una nuova curva che permette di raggiungere velocità più elevate; in corrispondenza di questo tratto si è reso dunque necessario realizzare a lato nord dei diaframmi, delimitanti lo scavo di trincea, un nuovo fosso di guardia che intercetti i fossi d’irrigazione presenti in tale zona e permetta il loro passaggio a sud della piattaforma ferroviaria, come allo stato attuale, senza che essi possano causare l’allagamento della galleria.
L’intervento è stato realizzato attraverso due fossi che si è cercato di mantenere il più possibile in corrispondenza del piano di campagna cercando così di limitare al minimo i movimenti di terreno in scavo e riporto necessari alla loro realizzazione.
Il primo si sviluppa tra le sez. 46 e 38 (Fig. 18) in corrispondenza della quale esso termina sul fosso Cerogia in cui vengono riversate le portate d’acqua da esso raccolte. Il suo sviluppo è di circa 140 m ed è caratterizzato da una pendenza costante pari al 10‰.
Fig. 18
Il secondo va dalla sez. 58 alla 72 raggiungendo uno sviluppo di circa 350 m ed ha una pendenza, anche in questo caso costante, del 10‰.
L’acqua in esso convogliata viene portata, in virtù della sua inclinazione, verso Via Romea e arrivati in corrispondenza della sez. 72 servendosi di un tombino in C.A., interrato tra piano di campagna e il solettone di copertura della nuova galleria, compie il passaggio della linea ferroviaria; il fosso passato a sud per poter essere condotto a immettersi sul canale Navareccia, sfruttando la struttura già esistente sotto l’autostrada attraversa anche l’esistente binario di linea (Fig. 19).
Fig. 19
Essendo prevista la sua realizzazione precedentemente al passaggio della circolazione ferroviaria sulla parte di tracciato in variante, per non interrompere il servizio che ancora sarà svolto sulla linea esistente, l’attraversamento di questa ultima sarà fatto impiegando ancora una volta un tombino idraulico che sarà inserito nel corpo del rilevato ferroviario, sotto il binario, con la tecnica dello spingitubo.
Ad ovest della sez. 43, in corrispondenza di cui la linea torna in superficie, e si ha il ritorno del primo nuovo binario su quello esistente il passaggio a sud dei corsi d’acqua verrà realizzato, come previsto dalle RFI, adeguando i ponticelli ad arco e tombini già esistenti.
Anche l’intervento da compiersi ad est di Via Romea consiste nella realizzazione lato nord in adiacenza dei diaframmi delimitanti la sezione in galleria di un fosso di guardia per evitare, anche in questo caso, l’allagamento dello scavo; come già accennato questa parte di tracciato sotterraneo si trova praticamente in asse con quello esistente che è già dotato di un fosso di guardia e pertanto, salvo un adeguamento della sua sezione in virtù delle nuove portate che dovrà smaltire, il nuovo fosso da realizzarsi ricadrà quasi per intero nella posizione occupata da quello esistente. Ovviamente dove l’aumento della sezione ferroviaria, in virtù del raddoppio, non permetterà tale operazione il corso del nuovo fosso devierà da quello esistente.
Come nella sistemazione eseguita lato ovest anche in questo caso avremmo un tratto di fosso, quello compreso tra le sez. 128 e 136, che sarà in discesa verso est con una pendenza del 10‰ e scaricherà sul Rio Tassinaia, mentre l’altro, posto tra le sez. 90 e 128, è caratterizzato da una maggiore pendenza
per meglio seguire l’andamento altimetrico del terreno e in corrispondenza della sez. 90 servendosi di un tombino in C.A., interrato tra piano di campagna e il solettone di copertura della galleria, compie l’attraversamento della linea ferroviaria.
Passato a sud viene condotto attraverso un fossetto di nuova realizzazione ad immettersi sul Rio Tassinaia. Anche in questo caso il tombino verrà inserito al di sotto dei binari della linea esistente con la tecnica dello spingitubo cosicché il suo posizionamento non produca interferenze alla normale circolazione ferroviaria. In figura 20 è riportata la posizione occupata dal secondo fosso di guardia eseguito lato est, mentre nella 21 quella dei tombini idraulici sistemati tra la copertura della galleria e il piano di campagna. Da questo lato è prevista la soppressione degli esistenti tombini e ponticelli ad arco (Tav. 5) sino alla sez. 138 oltre la quale, dato il ritorno in superficie della linea, si provvederà al loro adeguamento come nel progetto delle RFI.
Fig. 20 Fig. 21
Sempre a lato est della stazione, a partire da Via Romea, è prevista a lato nord del nuovo tracciato sotterraneo l’installazione della linea provvisoria necessaria a non interrompere la circolazione ferroviaria durante la
realizzazione del nuovo tracciato in sotterraneo e quindi si rende necessario, come meglio precisato in precedenza, la realizzazione di un rilevato provvisorio, estensione di quello esistente, per ospitare i binari del transitorio. Pertanto, laddove tale rilevato viene a trovarsi a ricoprire il corso del nuovo fosso di protezione, si renderà necessaria la tombatura temporanea dello stesso che verrà rimossa dal momento in cui si avrà il passaggio sulla nuova linea sotterranea e quindi sarà possibile eliminare il rilevato ed i binari costituenti la linea provvisoria.
Ovviamente la realizzazione e attivazione del nuovo sistema di protezione idraulico deve essere fatta prima che si proceda alla costruzione dei diaframmi in C.A. necessari per la formazione della galleria cosicché anche le successive operazioni di scavo possano essere eseguite senza l’interferenza delle acque superficiali.
Come già detto nel capitolo precedente la nuova linea così come quella esistente deve anche compiere l’attraversamento ad una distanza di circa 1400 m dalla attuale stazione del torrente Tassinaia ed a ovest a circa 2000 m da Via Romea del fosso Cerogia.
Il passaggio del primo viene compiuto sull’esistente ponte ad arco di cui è previsto l’allargamento in modo da consentire il raddoppio della linea e conservare l’attuale quota di scavalcamento di 19,6 m.
L’attraversamento del secondo invece non può essere effettuato in corrispondenza dell’attuale passaggio in quanto la rampa di risalita dalla zona di stazionamento non raggiunge una quota sufficiente in corrispondenza di esso. Si è resa quindi necessaria la deviazione del corso del fosso Cerogia verso ovest di circa 70 m cosicché la rampa raggiunga in corrispondenza di esso una quota utile a compiere il suo scavalcamento; è stato quindi realizzato un ponticello ad arco ex novo in corrispondenza della sez. 38 e viene soppresso quello esistente (sez. 42).
Anche in questo caso il suo inserimento, al di sotto dei binari di linea esistente, è stato fatto con la tecnica dello spingitubo in modo da rendersi possibile senza interrompere la circolazione ferroviaria.
In seguito alla deviazione e passaggio a sud il fosso viene ricondotto al suo corso naturale in modo da poter attraversare la autostrada sfruttando il passaggio esistente (Fig. 18).
3.3 Livelli medi della falda lungo il tracciato sotterraneo
Per potere definire una idonea tecnica realizzativa dell’interramento della linea oltre a doversi conoscere le caratteristiche geotecniche del terreno,che verrà definita nel paragrafo successivo, è necessario avere conoscenza di quelli che sono i livelli della falda acquifera lungo la porzione di tracciato che risulterà, in seguito al suo interramento, al di sotto del piano di campagna. Infatti da ciò dipenderà la necessità di dover o meno impiegare per la realizzazione delle pareti di galleria setti impermeabili e la entità delle opere di ancoraggio da impiegarsi per contrastare gli effetti della sottospinta idraulica.
Dalla analisi della carta idrologica fornita dalla Amministrazione Comunale di Altopascio si è potuto constatare che la falda acquifera superficiale, nella zona interessata dall’intervento, è caratterizzata da una quota piezometrica pari a circa 11 m.s.l.m. che corrisponde ad una sua profondità rispetto al piano di campagna di circa 2,5 metri. Essendo il periodo di rilevamento relativo all’Agosto del 2004 ne consegue che in tale area nei periodi di ricarica della falda i livelli piezometrici si attestano a quote prossime al piano di campagna.
Per questo motivo, come verrà ampiamente precisato nel capitolo successivo, si è optato per la realizzazione delle pareti di sostegno della galleria, nell’impiego di diaframmi in C.A. gettati in opera che permettono di costituire una barriera impermeabile alle infiltrazioni
Un altro problema derivante dall’alto valore del battente idraulico è rappresentato dalla necessità di provvedere alla utilizzazione di pali incastrati nel solettone di fondo della galleria che consentano di contrastare la sottospinta idraulica che altrimenti provocherebbe l’innalzamento del piano di posa dell’armamento ferroviario.
La quota dell’acquifero superficiale lungo il tracciato sotterraneo è rappresentata in Tav. 6 mentre in Fig. 22 è illustrata la sua posizione nei confronti degli elementi strutturali componenti la sezione tipo nel tratto sotterraneo di stazionamento, utilizzata per il predimensionamento degli stessi.
3.4
Stratigrafia e caratteristiche geotecniche
Per poter procedere alla scelta delle tecniche costruttive più idonee alla realizzazione della galleria necessaria per eseguire il progettato interramento della linea ferroviaria e poter compiere un predimensionamento degli elementi strutturali che verranno adottati, si è resa necessaria anche la definizione della stratigrafia e delle caratteristiche geotecniche del volume di terreno interessato dall’intervento.
A tal scopo sono state impiegate le carte litotecniche e geologiche del Comune di Altopascio e le informazioni derivanti da sondaggi effettuati in punti prossimi alla posizione del nuovo tracciato interrato, messi a disposizione dalla Amministrazione Comunale.
Dall’ analisi delle prime è stato riscontrato che i depositi affioranti nel territorio comunale di Altopascio sono tutti di tipo sedimentario continentale, riferibili ad un’età pleistocenica (1800000÷120000). L’area compresa fra Lucca, Montecarlo e Vinci, fu infatti occupata da un vasto bacino lacustre, del quale sono testimonianza i sedimenti argillosi, talvolta lignitiferi che affiorano in vari punti del territorio; verso l’alto questo deposito passa gradatamente a conglomerati e sabbie che indicano un ambiente di deposizione fluviale che rappresenta la chiusura del ciclo di sedimentazione. Passando ad un esame più dettagliato dei termini affioranti, procedendo dal basso verso l’alto, secondo l’ordine stratigrafico si hanno:
– Argille grigie lignitifere, argille sabbiose e sabbie. Questo deposito rappresenta il termine più antico formatisi durante il primo episodio lacustre. La sua profondità dal piano di campagna è, lungo il nuovo tracciato ferroviario, di circa 12 m e stratigrafie di pozzi realizzati nell’ambito comunale segnalano le argille a una profondità superiore ai 200 m.
Da ciò si deduce che il piano di posa della galleria, nel suo tratto più profondo, coincidente allo stazionamento, poggerà su tale strato argilloso.
– Conglomerati, sabbie, sabbie e ghiaie. Con questo termine si esaurisce il primo ciclo lacustre. Si tratta di un deposito di ambiente fluvio-lacustre costituito prevalentemente da un conglomerato debolmente cementato e da ciottoli in matrice argillo-sabbiosa. Esso risulta collocato al di sopra del precedente strato argilloso sino a circa 2÷3 metri dal piano di campagna e rappresenta sempre nel tratto di galleria più profondo relativo allo stazionamento quel volume di terreno che andrà scavato ed allontanato per poter realizzare la sezione ferroviaria.
– Argille, limi argillosi. Tale deposito risulta collocato al di sopra del precedente strato sabbioso e si estende sino al piano di campagna; il suo spessore nella zona più profonda della galleria, corrispondente allo stazionamento, è di circa 2,5 m costituendo quindi lo spessore di ricoprimento del rivestimento superiore della galleria. Spostandosi verso ovest il suo spessore aumenta ed in prossimità del torrente Tassinaia all’interno dell’intermedio strato sabbioso compaiono anche substrati di ghiaia e ciottoli.
In definitiva la stratigrafia del terreno lungo la parte di tracciato per cui è previsto l’interramento è formata da uno strato superficiale di argilla seguito da uno sabbioso poggiante su un banco di argilla più consolidata di elevato spessore; la posizione di questi strati in relazione a quelle occupate dagli elementi strutturali costituenti la sezione in galleria nel tratto più profondo relativo allo stazionamento è riportata in Fig. 23.
Fig. 23
Questo risultato ha trovato conferma anche dalla interpretazione dei dati disponibili relativamente ad un sondaggio e due prove penetrometriche, effettuati in passato, in posizione prossima a quella occupata dal nuovo tracciato sotterraneo, per conto della Amministrazione Comunale di Altopascio.
Essi sono i punti P1, P14, e P44 indicati in Tav. 6, in corrispondenza dei quali viene riportata la relativa colonna stratigrafica ottenuta: per i punti P14 e P44 attraverso l’interpretazione delle resistenze alla punta incontrate nella prove penetrometriche statiche ivi realizzate, e per il punto P1 dai risultati ottenuti attraverso un carotaggio continuo.
Le prova penetrometriche consistono nella misurazione della resistenza alla penetrazione nel terreno di una punta conica meccanica tipo Begemann montata alle estremità di una batteria di aste. L’infissione avviene tramite un pistone idraulico che spinge la batteria; la prova consiste nel far avanzare di 20 cm il sistema di aste e permette la misurazione della resistenza alla punta (qc , primi 4 cm di avanzamento), della resistenza laterale (fs , secondi 4 cm di avanzamento), della resistenza alla punta e laterale (ulteriori 4 cm di avanzamento); gli ultimi 12 cm vengono utilizzati per riportare lo strumento
nella posizione di partenza. I valori della resistenza vengono misurati attraverso manometri montati su di una cella di carico e possono essere utilizzati per la valutazione della capacità portante del terreno, oltre che per la stima della sua densità relativa, dell’angolo di attrito interno e della resistenza al taglio in condizioni non drenate (cu).
Le prove eseguite secondo la procedura descritta sono state effettuate dalla Ditta Geoprove nel Maggio-Giugno del 2002 e i risultati messici a disposizione vengono riportati in Allegato.
La prova di perforazione a carotaggio continuo è stata fatta dalla stessa ditta nel Febbraio dell’ ’83 in previsione della costruzione di un nuovo cavalcavia sulla Autostrada Firenze-Mare. Essa è consistita nella infissione a rotazione dell’attrezzo di perforazione (campionatore o carotiere) che ruotando ed avanzando isola un cilindro di terreno (carota) che viene poi recuperato.
Dall’analisi dei campioni estratti è stato possibile ottenere la stratigrafia del sottosuolo che risulta corrispondere a quella ottenuta dalle carte litotecniche e riportata nella figura precedente.
Queste prove dunque, oltre a confermarci la stratigrafia del terreno, hanno permesso di poter conoscere, per ciascuna delle formazioni interessate, le loro principali caratteristiche geotecniche, indispensabili, per potere definire l’entità delle forze che andranno ad impegnare gli elementi strutturali costituenti la sezione in galleria e di cui si vuole compiere il predimensionamento. Esse vengono riassunte di seguito:
Caratteristiche fisiche
peso specifico del primo strato di argilla 2
/ 9 , 1 t m a = γ
peso specifico dello strato di sabbia 2
/ 1 , 2 t m s = γ
peso specifico del secondo strato di argilla 2 1 1,9t/m
a =
Caratteristiche meccaniche
coesione non drenata del primo strato di argilla 2 1 2,0t/m cu =
coesione non drenata del secondo strato di argilla 2
/ 0 , 2 t m cu =
angolo di attrito interno dello strato di argilla φa = 25°
angolo di attrito interno dello strato di sabbia φs = 33°
Attraverso la conoscenza delle caratteristiche fisico-meccaniche del terreno e della posizione occupata dalla falda acquifera, in relazione allo scavo da realizzarsi, nel capitolo successivo verrà illustrata la tecnica e sequenza costruttiva scelta per la realizzazione dell’intervento.
