modeFRONTIER nella progettazione della galleria di base del Brennero

Una applicazione rilevante del software di ottimizzazione all'ingegneria civile

modeFRONTIER in designing the Brenner base railway tunnel
The Brenner base railway tunnel through the Alps is one of the greatest construction projects of the 21st century. The Brenner base tunnel is a two tubes single track railway tunnel that connects Fortezza (Italy) to Innsbruck (Austria). The sectional area is of 72.4 m2 and the total length is 56 km. The cover reaches up to 1650 m along the main tunnel. The two rail tunnels are about 70 m apart and joined every 333 m by connecting galleries. Trains can change tunnels in the multifunction station at "Prati", "Steinach" and "Innsbruck". These stations also have house ventilation equipment, technical infrastructure, safety and signalling system, as well as two emergency stop stations which are directly linked by separate access tunnels.

Il tunnel di base del Brennero è una delle maggiori opere di ingegneria del 21 secolo. Esso si trova sulla linea ferroviaria AC transeuropea che collega l'Italia alla Germania. Il tracciato della galleria si sviluppa per una lunghezza di circa 57 km innestandosi a sud nella stazione di Fortezza ed a nord alla circonvallazione di Innsbruck. Le coperture raggiungono i 1650 m.

Le formazioni prevalenti attraversate sono, da Sud a Nord, graniti, paragneiss, calcescisti, gneiss, marmi e filladi. Peculiarità geologica è l'attraversamento della Fascia Periadriatica generata dalla collisione della zolla africana con quella europea.

Caratteristiche geometriche della sezione trasversale
La sezione tipo è a singolo binario con diametro di scavo di 9.6 m all'interno della quale vengono alloggiati tutti gli apparati di sicurezza, segnalamento e telecomunicazione. Il drenaggio avviene per gravità attraverso un cunicolo di servizio posto in asse alle due canne. Ogni 333 m sono previsti by-pass di collegamento di sicurezza che fungono anche da locali tecnologici.

Posti multifunzione intermedi
Il concetto di sicurezza si basa sulla realizzazione di posti multifunzione (PMF) disposti ad una distanza non superiore a 20 km. I PMF sono caratterizzati dalla presenza di gallerie di sicurezza che, unitamente al concetto di ventilazione, permettono l'evacuazione in sicurezza in caso di incidente.

Analisi Progettuali
L'indagine per l'individuazione di tutti i possibili fenomeni caratteristici degli scavi in sotterraneo a grandi profondità ha richiesto l'applicazione diffusa di modelli analitici. Successivamente la complessità della progettazione di una siffatta opera ha richiesto l'elaborazione di modelli FEM bidimensionali ubicati nelle tratte maggiormente critiche nonchè di elaborazioni BEM tridimensionali in corrispondenza dei PMF.

Sviluppi di modeFRONTIER nel campo dell'Ingegneria delle opere sotterranee
La progettazione del tunnel di base del Brennero porta i tecnici specialisti a confrontarsi con problemi di notevole interesse. La principale incognita in questo tipo di studio, è rappresentata dall'incertezza dei dati che devono essere utilizzati nei modelli che simulano il comportamento meccanico dell'ammasso roccioso alle elevate profondità raggiunte dal tunnel stesso.

In un contesto simile, l'utilizzo di un approccio di tipo deterministico risulta non sempre adeguato, poiché le incognite relative alla stima dei parametri del modello di comportamento prefissato, nonché quelle inerenti il modello di comportamento stesso non possono essere trascurate.

Risulta quindi quanto meno opportuno un approccio probabilistico. E questa è stata la strada seguita per il tunnel del Brennero, ove complessità ed incertezze erano particolarmente elevate, per la variabilità litologica, di comportamento dell'ammasso e, come detto, dei parametri del modello di comportamento.
La scelta di utilizzare modeFRONTIER si è rivelata vincente, data la versatilità dello strumento, la ricchezza delle opzioni, e la particolare struttura per la sintesi e la rappresentazione dei dati, che risulta di aiuto validissimo per il progettista, in processi decisionali caratterizzati da incertezza. Ne è stato fatto uso, inizialmente, per accertare in quale modo vari la risposta dei modelli che simulano il comportamento meccanico dell'ammasso roccioso al variare dei parametri in ingresso agli stessi.

Si sono così individuati i dati di maggior importanza nel problema, le correlazioni presenti, e, in generale, quanto di utilità per decidere di scelte e margini di sicurezza. Successivamente i dati ottenuti sono stati assunti a base della valutazione delle tecniche di scavo ottimali.

Oltre che per il progettista, lo studio fatto è risultato di grande utilità in sede di discussione tecnica con quanti coinvolti, per la disponibilità di tecniche di sintesi e visualizzazione dei risultati di grande efficacia e stile ingegneristico.

Per ulteriori informazioni:
Ing. Alessandro Laner
EnginSoft
info@enginsoft.it