GALLERIA
GALLERIA (XVI, p. 293)
Le principali costruzioni di gallerie in questi ultimi quindici anni non sono state realizzate nel campo ferroviario, come per il passato, ma per strade, metropolitane ed acquedotti nonché, date le esigenze di guerra, per fortificazioni, ricoveri protetti, officine e depositi sotterranei.
Nel limitato numero di costruzioni ferroviarie, degna di menzione è la galleria sottomarina dello stretto di Kwammon, fra le isole di Honshū e Kyuskū sulla linea Tōkyō-Nagasaki in Giappone, della lunghezza di 8 km., aperta al traffico nel 1942, che oltre a costituire la più lunga galleria subacquea è la prima sottomarina fra le molte da tempo in progetto.
Nel campo delle gallerie stradali si è avuto un particolare fervore di costruzioni, dato lo sviluppo del traffico automobilistico e la necessità di non sacrificare le caratteristiche plano-altimetriche delle vie, né allungare i loro percorsi, laddove si frapponessero ostacoli al tracciato. Numerose sono le costruzioni realizzate nei diversi paesi: in Italia dopo la gallerie della Gardesana occidentale (1931-32), si sono avute quelle sull'autocamionale Genova-Serravalle Scrivia (1935) in numero di 11 per una lunghezza complessiva di 3000 m., con la più lunga di 906 m., nonché numerose gallerie urbane a Napoli, a Genova ed ultima, a Roma, quella del Gianicolo (1939), e sono in progetto gallerie autostradali attraverso le Alpi. In Francia si hanno i passaggi sotterranei di Parigi, il tunnel dell'autostrada dell'Ovest a St. Cloud (1939); in Germania alcune gallerie autostradali; in Inghilterra, dopo la galleria sotto la Mersey a Liverpool (1934), il Dartford a Londra (1941) e la galleria sotto l'estuario del Tamigi, in costruzione; in Belgio, le gallerie sotto la Schelda ad Anversa (1933); in Olanda, il tunnel sotto la Mosa, a Rotterdam (1941); negli S. U. numerosissime gallerie sia foranee sia urbane, di alcune delle quali si farà cenno in seguito; fra le più recenti si ricordano quelle subacquee di New York, Queensway (1940), Lincoln (1946) e Battery-Brooklin (in costruzione) e le sei gallerie sulla Pennsylvania highway (1941) risultanti dalla trasformazione di gallerie dell'abbandonata sede ferroviaria.
Gallerie Stradali. - Si possono distinguere: gallerie stradali propriamente dette (foranee), su autostrade e strade in montagna, necessarie all'attraversamento di contrafforti montani, di valichi, oppure per la protezione della sede stradale in zone franose o dalla caduta di massi, valanghe; gallerie urbane, che servono al congiungimento di strade cittadine, quando fra esse siano interposti ostacoli orografici, oppure al superamento con autostrade di zone densamente fabbricate e di zone sotto vincoli artistici (per es. passaggio dell'autostrada dell'Ovest di Parigi sotto il parco di St. Cloud con una galleria di 832 m.); gallerie subacquee, la cui necessità è definita dall'attraversamento di corsi d'acqua navigabili, senza ricorrere alla costruzione di ponti che potrebbero ostacolare la navigazione. Diverse sono le caratteristiche funzionali e costruttive di questi tre tipi di gallerie, per cui generalmente sono diverse le soluzioni adottate. Le gallerie stradali utilizzano completamente l'esperienza ferroviaria, presentando però particolari esigenze di sezioni, di rivestimento, d'illuminazione e di ventilazione.
Sezione trasversale. - Le esigenze della circolazione richiedono una configurazione della sezione tale che siano assicurate: un'altezza minima sulla carreggiata, in ogni punto del profilo, che consenta un sufficiente franco rispetto alla sagoma limite dei veicoli; una larghezza adeguata al numero delle correnti di traffico coesistenti nella sede stradale esterna, in base al modulo stabilito per esse (2,50 ÷ 3,75 m.) ed alla presenza o meno di marciapiedi laterali per traffico pedonale (gallerie urbane, quando non vi sia una galleria destinata specificamente ai pedoni ed ai ciclisti, come a Rotterdam nella galleria per l'attraversamento della Mosa [p e c in fig. 5] e ad Anversa nella galleria per l'attraversamento della Schelda) o per sorveglianza della galleria (gallerie foranee). Si possono anche sovrapporre due piani viabili nella stessa galleria, come è stato fatto nel Yerba-Buena Tunnel a San Francisco (fig. 2).
Le esigenze statiche del rivestimento comportano un diverso profilo della galleria a seconda della natura dei terreni attraversati: dal profilo circolare, quando la distribuzione delle spinte esercitate dal terreno sia prossima a quella idrostatica, come generalmente avviene nei trafori subacquei, a profili semicircolari o policentrici, con o senza arco rovescio, quando prevalgano le spinte in calotta e a profili scatolari.
Le esigenze della ventilazione nelle lunghe gallerie definiscono la necessità di appositi condotti per l'adduzione o l'eduzione dell'aria, condotti che possono essere ricavati nella stessa sagoma, suddividendola con tramezzi che, nelle sezioni circolari, interessano i segmenti superiore ed inferiore, ed in quelle policentriche generalmente la calotta, richiedendo spesso una sopraelevazione di questa, come, p. es., è stato fatto nelle due gallerie di Broadway (Oakland, California) una sezione delle quali è riprodotta nella fig. 3 (dove a = condotto aria fresca; b, idem viziata; c = comunicazione fra le due gallerie). La coesistenza di queste diverse esigenze dà luogo a soluzioni diverse a seconda della posizione della galleria, della sua destinazione e della sua lunghezza.
In base al numero delle correnti di traffico sorge il problema se convenga la galleria a semplice o a doppio traforo, problema che ha molta maggiore importanza di quello corrispondente ferroviario, data l'entità delle sezioni delle gallerie stradali, e che si pone senz'altro quando il numero delle correnti di traffico affiancate sia superiore a tre. Nelle gallerie sottofluviali generalmente conviene per economia di scavo e facilità di costruzione, avere due tubi distinti come è stato fatto per l'Holland Tunnel a New York, per la galleria sotto l'Elba ad Amburgo e per quella sotto la Schelda ad Anversa (fig. 4); in effetti un grande diametro di traforo comporta difficoltà molto maggiori sia per l'entità dello scavo, da realizzarsi con l'impiego del metodo dello scudo, sia per il conseguente maggiore approfondimento sotto il corso d'acqua, che può rendere problematico l'impiego dell'aria compressa, ove necessario.
La sezione circolare unica può risultare conveniente quando si utilizzi anche la parte sottostante al piano viabile principale, ove questo sia disposto sul diametro orizzontale, come è stato fatto nella Midtownway a New York; nella galleria della Mersey (fig.1), invece, circa metà della sezione nel tratto subacqueo è utilizzata solo come condotta di ventilazione.
Nelle gallerie urbane, per accrescere la monumentalità dell'opera e per rendere in esse più confortevole il transito, si adotta generalmente il traforo unico (v. fig. 7: galleria del Gianicolo a Roma), a meno che le condizioni statiche sotto aree fabbricate non consiglino l'adozione di due gallerie distinte. A favore della soluzione a traforo unico sta anche la maggiore flessibilità consentita al traffico nei due sensi. Per brevi gallerie, inoltre, l'ampia sezione facilita la ventilazione naturale.
Nelle gallerie foranee generalmente si mantiene la distinzione dei trafori se all'esterno si ha la distinzione delle sedi; così è stato fatto nelle autostrade tedesche (p. es. galleria dell'Engelberg, fig. 6); la galleria unica può risultare più economica per entità di scavo, non sempre però per l'armatura ed il rivestimento. Inoltre nelle gallerie foranee non illuminate sorge il problema dell'abbagliamento prodotto dai fari degli autoveicoli che si muovono in senso contrario, abbagliamento che è completamente evitato con la doppia sede.
Rivestimenti. - Non differiscono da quelli per gallerie ferroviarie, salvo l'adeguamento degli spessori alle maggiori sezioni di scavo; per la loro costruzione si sono naturalmente perfezionati i metodi ed i materiali (v. appresso). Particolare importanza hanno, nel caso delle gallerie stradali, l'impermeabilizzazione del rivestimento per evitare fastidiosi e dannosi stillicidî, e l'intonaco ai fini della visibilità e del conforto dei viaggiatori. Per l'impermeabilizzazione si possono impiegare spalmature con emulsioni bituminose o intonaci idrofughi, ma il presupposto di essa è di realizzare la continuità del rivestimento e dotarlo di un drenaggio attivo sull'estradosso. Il rivestimento interno è spesso costituito di maioliche, piastrelle di vetro o mosaici speciali, generalmente a tinte chiare.
Pavimentazioni. - Si richiedono per esse ottime condizioni d'aderenza, durevolezza, buona capacità di smorzamento delle vibrazioni nonché caratteristiche favorevoli alla visibilità. Molto impiegate le pavimentazioni lapidee in blocchetti, i conglomerati bituminosi superficialmente irruviditi, posti su fondazioni di calcestruzzo, i conglomerati cementizî. Sono stati anche realizzati impalcati portanti in cemento armato che costituiscono direttamente la pavimentazione (galleria a Mobile nell'Alabama, S. U. A.). Le pavimentazioni sia in legno sia in ghisa sono oggi in disuso. Affiancati o sottostanti alla pavimentazione sono disposti i cunicoli di drenaggio, che devono accogliere le acque d'infiltrazione e quelle di lavaggio della piattaforma ed eventualmente del rivestimento della galleria. Nelle gallerie sottofluviali i drenaggi scaricano in pozzetti di raccolta situati nella zona più depressa del profilo longitudinale, dai quali le acque vengono estratte mediante pompe.
Ventilazione. - Mentre per gallerie fino a 300 m. di lunghezza si può fare assegnamento sulla ventilazione naturale, per gallerie di maggiore lunghezza, a meno che non vi siano pozzi o finestre intermedie, occorre intervenire con la ventilazione artificiale, la cui necessità è definita dal mantenere una concentrazione di CO, derivante dal gas di scappamento degli autoveicoli, inferiore a 2 ÷ 3 parti su 10.000, essendo ritenuto 4 su 10.000 il limite di sicurezza per la respirazione. A seconda del tipo e delle condizioni d'utilizzazione, un autoveicolo produce da 30 a 80 litri di CO al minuto e quindi richiede in media 150 mc. d'aria rinnovata; per gallerie a traffico intenso la quantità d'aria diviene rilevante ed occorrono impianti di ventilazione di notevole importanza, che incidono sensibilmente sul costo dell'opera. I sistemi di ventilazione si distinguono in:
a) Sistema longitudinale, che deriva da quello correntemente impiegato nelle gallerie ferroviarie (v. XVI, p. 300) e consiste nel creare artificialmente una differenza di pressione in due punti della galleria, rispettivamente ingresso ed uscita dell'aria (imbocchi, pozzi, finestre), in modo da mantenere una corrente longitudinale. Nel caso di gallerie stradali, dati i volumi d'aria in gioco, per limitare le pressioni e le velocità, si richiedono delle prese intermedie a distanze non superiori di 700 ÷ 800 m.; il sistema è relativamente economico e si presta soprattutto per gallerie extraurbane; esso però può risultare molesto per la velocità della corrente d'aria longitudinale e può favorire la propagazione delle fiamme e del fumo in caso d'incendio. Un esempio interessante di ventilazione longitudinale è dato dalla galleria di Wawona nel Parco Nazionale di Yosemite (S. U.), lunga 1290 m., con un traffico che raggiunge 700 ÷ 800 autoveicoli all'ora; essa è suddivisa in quattro tronchi di eguale lunghezza, da tre finestre intermedie e attrezzata nella finestra centrale con tre ventilatori capaci di aspirare in complesso 8500 mc/min di aria.
b) Sistema trasversale: l'aria fresca viene addotta in galleria mediante bocche distribuite in senso longitudinale a distanze eguali e poste nella parte inferiore, alimentate da una condotta di mandata, che generalmente è ricavata nella stessa sezione della galleria quando vi sia l'arco rovescio o la sagoma sia circolare, lateralmente o anche in calotta negli altri casi. L'eduzione dell'aria viziata può essere fatta attraverso un altro condotto quasi sempre sistemato in calotta (sistema trasversale propriamente detto), oppure attraverso la galleria stessa, con il che si fonde il metodo della ventilazione trasversale, per quanto riguarda l'adduzione dell'aria, col metodo longitudinale, per quanto riguarda l'eduzione (sistema semitrasversale). Mentre il primo di questi metodi è generalmente usato nelle gallerie sottofluviali, il secondo è più propriamente applicabile a gallerie extraurbane non molto lunghe. La prima applicazione del sistema di ventilazione trasversale propriamente detto, si è avuta nel 1927 nel Holland Tunnel, che sottopassa il fiume Hudson, collegando New York a New Jersey e che è attrezzato con 85 ventilatori allogati in quattro grandi edifici e capaci d'una portata complessiva di 1780 mc/sec di aria. Lo stesso sistema di ventilazione hanno la galleria della Schelda ad Anversa (fig. 4) e la galleria sotto la Mosa a Rotterdam (fig. 5). Un esempio del sistema semi trasversale è la galleria sotto la Mersev (fig.1).
Illuminazione. - È necessaria nelle lunghe gallerie e la sua importanza è massima durante il giorno in quanto bisogna evitare, per la sicurezza della guida, il brusco passaggio dalla luce al buio e viceversa; perciò, nelle lunghe gallerie, è opportuno rendere più intensa l'illuminazione nelle zone prossime agli imbocchi e graduare l'intensità luminosa interna in corrispondenza di quella esterna, il che generalmente si ottiene con apparati automatici a cellula. Si adottano lampade a incandescenza, a elettroluminescenza e a fluorescenza, alcune volte facendo coesistere quelle a elettroluminescenza con quelle a incandescenza per avere un'illuminazione a spettro più continuo (v. lampada e illuminazione, in questa App.). Da esperienze americane è risultato più conveniente disporre le lampade nella parte alta della galleria, in una o due file a seconda della larghezza di essa, invece che lateralmente. Importantissimo è evitare, sia con la posizione delle lampade sia con i tipi di riflettori, fenomeni di abbagliamento.
Perfezionamenti nella costruzione. - Perforatrici. - Le perforatrici che hanno avuto più largo impiego nelle recenti costruzioni sono quelle ad aria compressa, si è quasi generalizzata per esse l'iniezione dell'acqua nel fioretto per diminuire la polvere, oltre che per raffreddare il tagliente e facilitare l'eduzione dei detriti; progressi della siderurgia hanno consentito l'adozione di fioretti di maggiore lunghezza, più taglienti e più durevoli; ha incontrato molto successo negli S. U. il tipo di fioretto a testa svitabile che consente, oltre al disporre di taglienti meglio conformati e di materiale più idoneo, il ricambio più rapido e meno oneroso per i trasporti della parte del fioretto più soggetta ad usura. Le perforatrici moderne sono quasi tutte attrezzate con avanzamento automatico, realizzato con un cilindro posteriore ad aria compressa, oppure con vite d'avanzamento azionata da motorini ad aria compressa o dalle vibrazioni del fioretto. Stante la tendenza moderna ad eseguire lo scavo della galleria a sezione intera, numerose perforatrici vengono montate su uno stesso carrello mobile su binarî o su pneumatici, fissandole a bracci, facilmente orientabili ed allungabili, . per cui ogni perforatrice può fare diversi fori senza essere smontata. Mentre l'installazione di una colonna e di una normale barra porta-perforatrice richiede 20-40 minuti, il piazzamento di un carrello con diverse perforatrici può richiederne solo dieci. Durante il brillamento delle mine e lo sgombero delle terre il carrello porta perforatrici viene generalmente condotto fuori della galleria per la verifica e la manutenzione.
Su questi carri possono esservi degli impianti d'aspirazione della polvere prodotta dalle perforatrici: l'aria carica di polvere, aspirata in corrispondenza dei fioretti, viene filtrata e reimmessa nella galleria stessa.
Escavatrici. - Si cerca di limitare il lavoro manuale di marinaggio dei terreni scavati, che costituisce l'operazione più onerosa nell'organizzazione dei lavori per il tempo richiesto, utilizzando all'uopo delle macchine escavatrici, di tipo diverso secondo le dimensioni della gallerie e la possibile disposizione dei mezzi di trasporto al caricamento: si possono avere piccoli escavatori a cucchiaio spingente che versano lateralmente la terra raccolta oppure riescono a portarla fino a carrelli retrostanti; raccoglitori a benna anteriori, che provvedono al riempimento di questa per avanzamento ed allo scarico del materiale raccolto per ribaltamento della benna su un nastro trasportatore (fig. 8); escavatrici a noria, particolarmente usate in terreni sciolti, col contemporaneo impiego dello scudo per lo scavo. In generale, per il caricamento sui vagonetti, si fa largo uso di nastri trasportatori di gomma. Con i mezzi di caricamento si sono perfezionati anche quelli di trasporto, specie le locomotive sia elettriche sia ad accumulazione di vapore; l'organizzazione dei trasporti fruisce alcune volte di sistemi automatici di segnalazione e di blocco, comandati mediante cellule fotoelettriche. Un metodo molto interessante di trasporto è stato impiegato nella fognatura d'intercettazione Minneapolis-St. Paul, convogliando la sabbia, risultante dallo scavo, mediante getti d'acqua verso serbatoi dai quali delle pompe centrifughe, con pale rivestite di gomma, aspiravano la miscela acqua-sabbia per portarla all'esterno.
Metodi di scavo. - La tendenza moderna è di avere, per quanto è possibile, compatibilmente con la natura dei terreni e quindi con le spinte da essi prodotte, lo scavo a tutta sezione; di qui l'impiego sempre più generalizzato, in terreni omogenei spingenti, del metodo dello scudo ed in generale lo studio di particolari dispositivi che consentano il facile e rapido sostegno delle terre, al progredire dello scavo. In particolare, si sono sviluppate delle armature in piastre di lamiera ondulata, che hanno il vantaggio di essere maneggevoli nel trasporto e nel montaggio; esse, riunite insieme mediante bullonature lungo coste trasversali e longitudinali, costituiscono da sole, oppure col rinforzo di centinature metalliche, l'armatura provvisoria della galleria; tali armature rimangono definitivamente in posto e vengono incorporate nel getto di calcestruzzo che costituisce il rivestimento permanente. Per l'avanzamento in sabbie molto sciolte e per poter contenere con continuità il terreno sovrastante, è stato adottato il tipo d'armatura indicato nella fig. 9, nel quale le strisce di lamiera costituiscono altrettanti marciavanti metallici, tra loro connessi, e capaci di coprire tutto l'estradosso; l'avanzamento di questi marciavanti al progredire dello scavo è realizzato con opportune leve che fanno contrasto sul rivestimento metallico retrostante. Nello scavo delle argille allo stato plastico si è dimostrato conveniente l'impiego di utensili a taglio (fig. 10), applicati a mano, ma generalmente azionati dalla trazione, esercitata mediante fune, di un verricello ad aria compressa.
Nello scavo di terreni alterabili in superficie si è provveduto alla loro immediata protezione con applicazioni di rivestimenti bituminosi.
Tra i metodi speciali di scavo quello per affondamento su cassoni di elementi prefabbricati di galleria ha avuto una notevole applicazione nella galleria sotto la Mosa a Rotterdam.
Si sono altresì perfezionati i metodi di consolidamento preventivo del terreno sia per congelamento sia con iniezioni di cemento.
Rivestimenti. - Dal punto di vista teorico si è cercato di chiarire meglio, con l'ausilio della geotecnica e con prove su modelli, le condizioni statiche del rivestimento, almeno negli schemi più semplici di gallerie profonde in terreni omogenei elastici (rocce compatte), in terreni sciolti dotati di solo attrito interno (sabbia), in terreni plastici (argille). Dal punto di vista esecutivo si è sempre più affermato l'impiego, specie negli S. U., di rivestimenti cementizî, sia gettati in opera sia ad elementi preformati. Per il getto in opera sono state realizzate centinature metalliche facilmente spostabili e sono stati perfezionati i mezzi di trasporto e di messa in opera del calcestruzzo mediante pompe e con l'ausilio d'aria compressa (v. edilizia, Macchine per, in questa App.). Nelle gallerie subacquee, al posto dei settori di ghisa o d'acciaio, generalmente impiegati, sono stati introdotti con successo dei blocchi di calcestruzzo, armati o no, capaci di resistere oltre che alla spinta dei terreni, a quella di avanzamento dello scudo frontale; per la loro messa in opera sono state attrezzate macchine analoghe a quelle utilizzate per i settori di ghisa o d'acciaio. L'impiego di iniezioni di cemento ed anche di calcestruzzo magro dietro ai rivestimenti si è andato generalizzando, sì da applicarlo anche in fase di scavo, quando il primo rivestimento sia fatto con piastre metalliche; il riempimento dei vuoti, fra terreno ed armatura, che così si realizza, consente di evitare il progredire delle spinte e quindi eventuali cedimenti delle armature provvisorie.
È inoltre ampiamente impiegata la gunite, sia per protezione diretta di gallerie in rocce, che non richiedono altro rivestimento portante, sia per impermeabilizzazione ed intonaci interni.
Sicurezza degli operai. - Per migliorare le condizioni di lavoro si sono perfezionate la ventilazione e l'illuminazione anche nei cantieri più avanzati. Tra i metodi di ventilazione si afferma sempre più una combinazione fra il metodo di aspirazione dell'aria viziata e quello di mandata dell'aria fresca, operando con la stessa condotta che raggiunge i cantieri più avanzati, per 15-30 minuti dopo lo scoppio delle mine, l'aspirazione dei prodotti dell'esplosione e della polvere e successivamente, per inversione del flusso, la mandata d'aria fresca.
Per la lotta contro la polvere, oltre a generalizzare l'iniezione dell'acqua nei fioretti, si è provveduto in alcuni casi all'aspirazione locale della polvere per le singole perforatrici, giungendo, come si è detto, a installazioni centralizzate di aspirazione sui carri porta-perforatrici.
Nello scavo con aria sotto pressione sono state fatte aggiunte di elio nell'atmosfera in modo da ridurre la quantità di azoto presente, che può risultare dannosa.
Il perfezionamento degli esplosivi e degli inneschi ha reso molto rare le esplosioni premature e quelle mancate. Per la protezione personale, gli operai sono frequentemente dotati di vestiti impermeabili e di elmetti.
Bibl.: A. Black, The story of tunnels, New York 1937; H. W. Richardson, R. S. Mayo, Practical tunnel driving, New York 1941; I. C. Ott, Quelques aspects du problème de la poussée sur les tunnels, in Bulletin technique de la Suisse romande, gennaio 1945; H. Criswell, Road tunnels, in Roads and road construction, 1945-46; F. Balatroni, Vie e mezzi di comunicazione, Milano 1948; B. Bolis, Strade e vie in rapporto alle esigenze moderne, Milano 1948; G. Maresca, Costruzioni stradali e ferroviarie. Gallerie, Roma 1948.