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Un mondo di gallerie

Oltre a collegare due punti nel modo più breve possibile, le gallerie possono anche alleviare la congestione del traffico urbano.

    Circa 2500 anni fa, l'architetto Eupalinos costruì un tunnel lungo più di un chilometro per approvvigionare la città greca di Samo con l'acqua che scaturiva da una sorgente sull'altro lato del monte Castro. Gli operai avviarono lo scavo su entrambi i lati e si incontrarono a metà strada. Non si sa come Eupalino sia riuscito ad evitare il formarsi di un'enorme pozzanghera al centro della montagna; comunque sia, il tunnel aveva la giusta pendenza e l'acqua scorreva da un'estremità all'altra.
    Dato che anche i treni e gli autoveicoli, al pari dell'acqua, non amano andare in salita, oggi la costruzione di gallerie sta vivendo un'epoca d'oro. Man mano che le velocità aumentano, le ferrovie e le strade devono essere costruite più dritte e pianeggianti; per questo, spesso si è costretti a costruire gallerie. Le gallerie possono infrangere barriere. Per esempio, quando il nuovo tratto ferroviario Colonia-Francoforte verrà ultimato nel 2002, i treni impiegheranno appena un'ora a compiere un tragitto che oggi, su un tracciato che segue i meandri del Reno, ne richiede più di due.
    Ma la velocità non è l'unico aspetto da considerare. Il professor Rolf Katzenbach del dipartimento di geotecnologia dell'Università di Darmstadt, parla anche di altri vantaggi. «Alcune parti del mondo stanno soffocando sotto il peso del traffico,» spiega il professore. «Le città situate presso i varchi alpini tra Svizzera, Austria e Italia tentano disperatamente di arginare l'invasione quotidiana di veicoli pesanti. Esiste un solo modo per cambiare le cose: costruire più gallerie attraverso le montagne.» È questa la ragione per cui sono stati ideati il nuovo tunnel ferroviario del Gottardo e quello del Lötschberg, che attraverseranno le montagne a livello di base: per i treni, le montagne non esisteranno più.
    Anche per molte strade di città che hanno raggiunto i propri limiti di percorrenza, il sottosuolo rappresenta una valida alternativa: due esempi sono le nuove metropolitane di Chelyabinsk (Russia) e di Brasilia.
    Il tunnel di Eupalino fu scavato in roccia massiccia, in grado di sostenerne la struttura relativamente piccola. In terreni meno sicuri, i minatori ed i costruttori di tunnel impararono ben presto a puntellare la volta del tunnel mediante travi. Un importante sviluppo si ebbe nell'Ottocento, quando l'ingegnere britannico Marc Isambard Brunel pensò di proteggere gli operai mediante un cilindro di protezione avente una sezione pari a quella del tunnel. Il cilindro veniva spinto in avanti man mano che si procedeva col traforo, consentendo via via l'eliminazione del materiale di scavo. Dietro il cilindro, i muratori costruivano le pareti del tunnel. Questa tecnica venne utilizzata per la prima volta nella costruzione di una galleria sotto il Tamigi, completata nel 1843.
    In linea di massima, si procede secondo questo principio ancora oggi. Eppure, certamente Brunel non riconoscerebbe le macchine utilizzate in un moderno cantiere. Le TBM, gigantesche perforatrici, si fanno strada attraverso il sottosuolo. Dietro di loro, subito dopo il cilindro di protezione, vengono posizionati i segmenti di calcestruzzo rinforzato. Per lubrificare il processo di perforazione e rimuovere i detriti si utilizza una fanghiglia costituita da piccole particelle di argilla. La fanghiglia viene poi separata dalla roccia e immessa nuovamente nel processo, mentre i detriti rocciosi, trasportati su nastro, vengono caricati su autocarri o vagoni ferroviari.
    Un cantiere sotterraneo di questo tipo costa intorno ai 55 miliardi di lire e deve essere costruito su misura per ciascun progetto, tenendo esattamente conto delle specifiche condizioni geologiche. A seconda delle caratteristiche si scelgono le teste e le frese più adatte e s'imposta la pressione di perforazione e di spurgo dei frammenti di roccia.

    Le TBM sono veloci. In condizioni favorevoli, possono procedere a un ritmo di più di un metro all'ora. Queste macchine sono state utilizzate in molti dei progetti di traforo più importanti degli ultimi anni. Un esempio è il quarto tunnel sotto il fiume Elba, ad Amburgo, per il quale è stata utilizzata la TBM più grande del mondo, in grado di scavare in una volta sola un tunnel sufficiente a ospitare un'autostrada a due corsie.
    Tuttavia, dati i costi, non conviene usare una macchina di questo genere per distanze inferiori ai due chilometri. Ecco perché uno solo dei 30 tunnel sul nuovo tracciato Colonia-Francoforte verrà realizzato in questo modo. Gli altri tunnel verranno scavati in modo convenzionale ed assicurati mediante spritz-beton, vale a dire rivestendo il tunnel, man mano che viene scavato, con calcestruzzo ad asciugatura rapida.
    Anche l'acqua può causare sorprese. Il tunnel di Brunel venne abbandonato diverse volte a causa della penetrazione di acqua, e molte delle rocce nelle quali oggi vengono scavati tunnel sono sature di acqua. Un tempo, la procedura standard era l'eliminazione dell'acqua mediante pompe, ma in questo modo si abbassa il livello di falda e quindi, per ragioni di tutela ambientale, il metodo viene utilizzato raramente e per lo più a titolo provvisorio, cioè solo durante i lavori.
    Generalmente, l'acqua viene tenuta lontana dal processo di perforazione applicando una pressione d'aria che corrisponda a quella dell'acqua stessa. In questo caso, gli operai entrano nel cantiere attraverso una camera di equilibrio. Per le TBM, il problema è stato risolto isolando la testa di perforazione dal resto della macchina. Poi, subito dietro il cilindro di protezione, il tunnel viene rivestito mediante segmenti che lo sigillano. Nei tunnel costruiti utilizzando lo spritz-beton, è necessario aggiungere un rivestimento impermeabile per assicurare la stabilità a lungo termine man mano che lo spritz-beton si deteriora.

    Ma è possibile ridurre i rischi al minimo conducendo ricerche accurate in anticipo. Giovanni Barla, professore di meccanica delle rocce presso il Politecnico di Torino, spiega che il 4-5% del budget di ciascun progetto va dedicato a ricerche preliminari, se si vogliono evitare sorprese. Per il nuovo tunnel del Gottardo, per esempio, è stato aperto un cunicolo esplorativo lungo 5,5 km e largo 5 metri nel sinclinale di Piora. Grazie alla ricerca svolta, si è potuta evitare un'area geologica problematica con pressioni d'acqua molto elevate. «Si costruiscono tunnel sempre più lunghi, e a maggiore lunghezza corrisponde una maggiore variazione delle caratteristiche geologiche,» dice Claus Erichsen della Prof. Wittke Consultants for Geotechnical Engineering di Aquisgrana (Germania). «Ciò impone nuovi metodi.»
    Katzenbach afferma che, nell'ultimo trentennio, il vero sviluppo nel settore dei tunnel è rappresentato dalla consapevolezza che la montagna può sostenere se stessa. Il rivestimento di spritz-beton o di segmenti ha esclusivamente lo scopo di supportare la roccia più vicina. «È necessario sostenere solamente tre metri circa di roccia,» dice Katzenbach. «Poi, è la montagna stessa a portare la maggior parte del carico.»
    Questa esperienza vale anche per la costruzione di caverne. Generalmente, per costruire un locale sotterraneo, si comincia con lo scavo di una galleria la quale viene poi allargata fino a ottenere le dimensioni richieste. Il principale impiego dei locali sotterranei è come magazzini. Barla ha collaborato recentemente alla costruzione di enormi serbatoi di cherosene in Israele. Ma esistono anche costruzioni come la caverna di ghiaccio di Gjøvik, costruita per le Olimpiadi invernali del 1994 a Lillehammer come stadio per l'hockey. Sotto un aspetto, a detta di Barla, i costruttori di caverne hanno la vita più facile: «Spesso si possono costruire nella roccia migliore della zona, mentre un tunnel deve seguire il suo tracciato, a prescindere dagli ostacoli che si presentano.»