Un tunnel è un concetto concettualmente semplice: un buco nel terreno, generalmente orizzontale o con una leggera pendenza. I tunnel autostradali che attraversano le montagne, le linee metropolitane sotterranee o le condotte fognarie urbane sono tipi di tunnel che si trovano ovunque.
Matematicamente, un tunnel è una “operazione sottrattiva” che estrae terra o roccia dal terreno. In questo modo, lo spazio che prima occupava quel pezzo di terra costituisce una parte di un foro attraverso il quale passano acqua, persone, materiali, ecc. Ma, quando si scava una galleria, cosa succede a tutto il materiale estratto?
Quando si scava una galleria, un sacco di materiale viene tirato fuori
Se hai mai passato l’estate in spiaggia e scavato una piccola trincea, ti sei subito reso conto che, ad ogni palata, devi spostare la sabbia bagnata un po’ più lontano. All’inizio, si accumula vicino al tutto, ma la montagna raggiunge presto dimensioni significative. Facciamo un po’ di conti: quanta sabbia, argilla o roccia deve essere spostata per un tunnel in cui la mia auto possa passare?
Per semplificare i nostri calcoli, supponiamo che i tunnel siano perfettamente circolari e che il loro diametro sia di 5 metri. Un tunnel reale dipenderà dal numero di corsie e dai regolamenti di ogni paese, naturalmente. Ti ricordi la formula per il volume di un cilindro che hai visto a scuola? V=π-r2-l, dove r è il raggio e l è la lunghezza.
Un tunnel con un raggio di 2,5 metri (è un tunnel molto piccolo) e una lunghezza di 100 metri (di nuovo, piccolo) ci dà un volume di 1.963 metri cubi di materiale. Per darci un’idea se è molto o poco, pensiamo al fatto che un camion di cemento ha la capacità di 6-9 m3, e che un camion della spazzatura ha circa 7-20 m3.
Un dumper, un veicolo specializzato nel trasporto di materiali densi come roccia o terra, di solito ha al massimo 10 m3. Dato che la roccia pesa molto (e quindi occupa meno spazio), usiamola come esempio. Per fare un piccolo tunnel con una sola corsia su una distanza molto breve, abbiamo bisogno di circa 200 viaggi per portare i materiali estratti da qualche altra parte. Immaginate un grande progetto di costruzione.
Riciclaggio dei materiali da costruzione
Con questo calcolo molto elementare e su piccola scala in mente, facciamo un giro per Londra e alcuni dei progetti a cui Ferrovial sta lavorando, come il progetto Tideway per espandere la rete del sistema fognario, o l’espansione della linea Elizabeth. Nel primo caso, pensiamo a un buco di 32 metri di diametro e 53 metri di altezza che è necessario per calare le macchine per il tunneling.
Anche noi, applicando la formula precedente, otteniamo un volume di 42.625 metri cubi. Anche se questa fosse tutta roccia compatta a 2.000 kg/m3 (non lo era – c’era molta sabbia, argilla o fango), stiamo parlando di più di 85 milioni di chilogrammi solo per il foro ausiliario, senza considerare la costruzione del tunnel stesso. Cosa possiamo fare con tutto questo materiale?
Uno degli usi più frequenti degli avanzi di uno scavo è il riciclaggio dei materiali. Spesso, i materiali avanzati dall’apertura di un tunnel vengono venduti sul mercato dei materiali alle aziende che cercano determinati elementi di costruzione. Per esempio, la sabbia per costruire celle fotovoltaiche o la ghiaia per i parchi cittadini.
Occasione, il riciclaggio viene fatto in loco, come quando i materiali estratti vengono usati per fabbricare altre necessità. L’esempio tipico è il calcestruzzo. In un progetto di costruzione dove vengono estratte decine di tonnellate di sabbia e ghiaia, è giusto che una parte del materiale ritorni sotto forma di cemento. Spedire sabbia e ghiaia dal cantiere solo per portarne altra non ha senso, oltre a non essere molto sostenibile.
Rimanere da un tunnel di montagna per livellare la strada di accesso
Un caso reale, molto comune – soprattutto in alta montagna, in zone isolate e su strade secondarie con pochissima manutenzione – è usare parte della roccia scavata per migliorare la strada di accesso al tunnel. I topografi usano i materiali densi per allargare la carreggiata.
Prendendo l’immagine sopra come esempio, come possiamo allargare la carreggiata? Una possibilità spesso usata su colline con basse pendenze è scavare sul piano la stessa larghezza della collina, ma quando abbiamo pendenze come quelle mostrate nella fotografia, questo non funziona a favore della sicurezza. Abbiamo bisogno di allargare il lato esterno del pendio, aggiungendo materiale fino a raggiungere il livello della strada.
Occasione, per aggiungere una certa quantità di larghezza alla carreggiata, è necessario un dolce pendio che occupa molta più distanza verticale per arrivare al fondo. Qualcosa di simile accade con il profilo delle dighe, che si inclina contro il carico e fa uso di terra compattata per assicurare la pendenza.
Come si può osservare nel profilo di una diga, questo produce un enorme bisogno di materiali. L’utilizzo di materiali provenienti dallo scavo stesso è un modo per ridurre l’impatto ambientale dell’espansione. Se entrambi i progetti di costruzione sono fatti simultaneamente o back-to-back, avremo una sinergia interessante.
I cassoni fissi del Tamigi useranno materiali locali
In un altro articolo, abbiamo menzionato come i cassoni del Tamigi sono costruiti per il progetto Tideway. Queste strutture ausiliarie saranno permanenti, e useranno una grande quantità di materiali locali. Nell’immagine qui sotto, possiamo vederne un esempio. Anche se è irregolare, possiamo semplificare la figura in un rettangolo di circa 70 metri per 35 metri.
Questo ci dà un’area di 2.450 m2 e un volume di 24.500 m3 di materiali per un cofferdam elevato a circa 10 metri sopra il Tamigi. In alcune zone del fiume, le pareti saranno elevate anche più in alto. Ma indipendentemente da come facciamo i calcoli, è facile vedere che questo tipo di lavoro di costruzione richiede materiale aggiuntivo.
Inoltre, quando arriva il momento di compattare il terreno nella zona per aumentare la sicurezza futura dell’edificio, dobbiamo tenere presente il modo in cui scende e la necessità di aggiungere altri strati di terra.
Questi due esempi non sono le uniche possibilità. Alcuni anni fa, il tunnel di Albertia (Guipúzcoa), costruito da Ferrovial Agroman, ha riutilizzato 700.000 m3 di materiali provenienti dallo scavo per evitare l’impatto ambientale dell’opera stessa, oltre a conservare le specie locali quando si è trattato di coprire lo spazio utilizzato.
Si tratta di un’opera che è stata costruita da un gruppo di persone.
