Gli estensimetri controllano la subsidenza alla A2 di Maastricht

Avenue2, un consorzio formato dalla Strukton e dalla Ballast Nedam, sta attualmente scavando un tunnel sotto Maastricht per deviare l'autostrada A2. Si tratta di un lavoro complesso, non solo perché il fondo dello scavo ha la profondità di 22 metri sotto il livello del suolo, ma anche a causa delle caratteristiche del suolo ed al fatto che ad appena tre metri dal bordo dello scavo si trovano dei blocchi di appartamenti. Per monitorare 24 ore per 7 giorni la stabilità dello scavo e che non ci sia pericolo di subsidenza, la Avenue2, in collaborazione con la HBM, ha installato degli estensimetri sul basamento dei puntoni di rinforzo dello scavo. Essi vengono utilizzati per misurare le forze che le palificazioni esercitano sui puntoni.

Le caratteristiche del suolo sono una delle principali cause d'incertezza nella struttura della A2. Parte del suolo lungo il percorso di 2,3 chilometri è costituito da debole marna. Questo tipo di terreno è solitamente abbastanza solido, ma la resistenza passiva del fondo dello scavo può diminuire quando aumenta la tensione dell'acqua nella marna. Inoltre, la marna può contenere sacche di ghiaia che trattengono l'acqua e cavità di tipo carsico. Se la resistenza diventa troppo bassa o s'incontrano delle cavità, l'acqua ed il suolo possono scorrere via dal fondo dello scavo. Non prendendo in tempo opportune contromisure, sussiste la possibilità di danni allo scavo, agli edifici circostanti o, comunque, ritardi nell'esecuzione dell'opera. Questa è la ragione per cui la Avenue2 ha sviluppato un sistema per monitorare in tempo reale lo stato del suolo nei dintorni dello scavo.

Monitoraggio in tempo reale

“Alla A2 stiamo utilizzando una combinazione di tecniche per monitorare il cambiamento delle caratteristiche del suolo ed essere in grado di intervenire tempestivamente per prevenire la subsidenza”, spiega lo specialista di Monitoraggio ed Ingegneria Hessel Galenkamp della Strukton. “Misuriamo d continuo lo stato dei muri esterni degli edifici vicino allo scavo. Usiamo clinometri automatici all'esterno delle palificazioni e misuriamo la tensione dell'acqua all'interno, impiegando sensori di pressione in tubazioni verticali. Per misurare i carichi dei puntoni orizzontali usiamo un altro metodo, impiegando gli estensimetri forniti ed installati dalla HBM di Waalwijk.”

La pianificazione del lavoro da parte della HBM è stata una vera sfida. I tempi operativi nel luogo di lavoro sono stretti e la pressione esercitata dal lavoro può diventare abbastanza alta. La logistica per i puntoni è critica, e riservare un'intera giornata per l'applicazione degli estensimetri su ogni puntone era difficile, comportando un alto grado di flessibilità da parte della HBM.

Metodo osservazionale

Galenkamp: “Nello scavo furono installati quattro strati di puntoni, alle profondità di 0; 4,5; 11,5 e 16,5 metri. Gli estensimetri furono applicati solo nello strato più basso di puntoni, e solo nella parte dello scavo in cui si doveva far fronte al debole calcare. Un puntone ogni tre fu dotato di estensimetri, distribuendone quattro lungo la sua circonferenza. I dati furono immediatamente digitalizzati e messi in linea, cosicché eravamo in grado di seguire adeguatamente lo scavo. "Eseguimmo lo scavo in più fasi, partendo da una trincea centrale per poi realizzare la palificazione. Sullo schermo del mio tablet potevo vedere le forze crescere in tempo reale; un buon esempio del metodo denominato metodo osservazionale: l'ottimizzazione del progetto mediante il monitoraggio in tempo reale dei punti di partenza con scenari d'intervento predefiniti.”

I valori limite non sono stati superati

Finora, il metodo di misura ha funzionato in modo eccellente, restando disponibile in linea per il 98 percento del tempo. I carichi dei puntoni e la tensione dell'acqua venivano controllati in turni di 24 ore al giorno. Al superamento dei valori limite predefiniti, venivano trasmessi automaticamente via SMS gli allarmi. Quale livello a cui doveva reagire il contraente fu stabilito il valore del segnale di 4000 kN, equivalente ad una forza di 400.000 kg su ogni puntone. Il valore di intervento fu impostato a 6000 kN, e l'intera organizzazione antidisastro era pronta giorno e notte nel caso che ciò accadesse.

"La fase iniziale del metodo osservazionale è stata ora completata”, afferma Galenkamp, “ed i valori limite non sono mai stati superati. Le forze sui puntoni sono aumentare durante il progresso dello scavo, ma senza mai superare il livello di 4000 kN. Abbiano osservato bruschi cambiamenti della distribuzione dei carichi sui puntoni a causa della variazione del suolo dietro la palificazione, ma la nuova situazione fu immediatamente stabilizzata. Possiamo addirittura vedere l'effetto del riscaldamento del sole da un solo lato dei puntoni.” La seconda e finale fase del metodo osservazionale inizierà nel Dicembre di quest'anno.

Monitoraggio per maggiore sicurezza

“Effettuiamo il monitoraggio per essere certi di poter eseguire lo scavo in completa sicurezza. Innanzi tutto per garantire la sicurezza del personale e delle attrezzature sul posto, ma anche per prevenire danni allo scavo ed agli edifici circostanti a causa della subsidenza. Durante il monitoraggio abbiamo raccolto informazioni molto utili per l'ulteriore avanzamento del progetto. Avendo osservato che le forze restano sotto i valori di guardia, si può considerare la posa di un numero inferiore di puntoni nello scavo. Ciò comporta la riduzione dei costi di fabbricazione, dei costi di trasporto e dei tempi di chiusura delle strade. E ciò senza tener conto del possibile risparmio di tempo. Questa ottimizzazione significa che il costo del sistema di monitoraggio si è rapidamente ripagato.”

Un altro risparmio proveniva da un settore inaspettato: la marna risultava difficile da drenare, il che significa che le tensioni dell'acqua erano sfavorevoli e perfino superiori ai livelli di guardia. Questa debolezza era compensata dalle rassicuranti forze agenti sui puntoni. Gli ingegneri sul posto furono in grado di utilizzare le informazioni da noi fornite per prosciugare lo scavo, il che significa nessun ritardo sui tempi operativi.”

"Penso che saremo in grado di gestire i futuri progetti in modo ancor più efficiente grazie al monitoraggio”, conclude Galenkamp. “Nell'industria edile cerchiamo costantemente di trovare un equilibrio fra costi e sicurezza. Gli appaltatori pensano che i progettisti siano troppo conservatori, mentre i progettisti ritengono che gli appaltatori si assumano troppi rischi. I nostri dati dimostrano che il dibattito avrà un nuovo corso. Il monitoraggio in tempo reale ci dice quali forze siano realmente in gioco in questo tipo di costruzioni e, come risultato, sarà possibile progettare in futuro strutture che pur restando forti e sicure, ci consentano di costruire più rapidamente, con meno materiale ed a costo inferiore.”

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