Geologia

INDAGINI GEOLOGICHE E GEOMECCANICHE

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geologia: minerali geologia della Valcamonica Val Paghera Val d'Avio

da .............

di Tommaso Moro dell'ENEL Venezia - CPCIE

INDAGINI GEOLOGICHE E GEOMECCANICHE PER IL POSIZIONAMENTO E LO STUDIO DELLA STABILITA’ DEGLI SCAVI DELLA CENTRALE IDROELETTRICA DI EDOLO


1 – Premessa

Per la realizzazione dell’impianto idroelettrico di generazione e pompaggio di Edolo è prevista la costruzione, presso l’abitato di Edolo (BS), di una centrale in sotterraneo costituita da tre caverne affiancate, con assi longitudinali paralleli fra di loro, destinate ad alloggiare rispettivamente gli organi di intercettazione (caverna rotative), il macchinario rotante idraulico ed elettrico (caverna sala macchine), e gli organi di trasformazione della tensione (caverna trasformatori).

Le dimensioni principali delle tre cavità – larghezza, lunghezza ed altezza – sono rispettivamente: per la caverna rotative 9,50 x 134 x 15 m, per la caverna sala macchine 16 x 175 x 47 m e per la caverna trasformatori 14 x 164 x 20 m. (fig. 1)

Le tre cavità sono ubicate nel fianco sinistro della valle Camonica e sono accessibili, dall’esterno, mediante una galleria della lunghezza di circa 700 m; la copertura rocciosa in verticale, in corrispondenza della caverna sala macchine , è pari a circa 370 m.

L’entità delle dimensioni degli scavi da realizzare, specie per la caverna sala macchine, ha reso necessaria un’analisi approfondita dell’ammasso roccioso interessato dalle opere così da ricavarne un modello geologico e geomeccanico che ha permesso di affrontare sia il problema della stabilità di massa delle cavità, con modelli matematici, sia delle pareti per la possibilità geometrica di delimitazione di volumi di roccia.

2 – Caratteristiche della formazione rocciosa

2.1 Inquadramento geologico regionale

La centrale di Edolo è compresa nel foglio geologico 1:100.000 n° 19 “Tirano” edito a cura del Servizio Geologico d’Italia nel 1962. Il foglio “Tirano” comprende tre delle quattro zone tettoniche in cui risulta scomposto l’intero edificio strutturale delle Alpi e cioè:
Alpi Meridionali
Austridi
Pennini
Le fasi di sviluppo di tale schema tettonico possono essere così riassunte:
impostazione delle grandi anticlinali (anticlinale di Cedegolo con direzione N 20E ed immersione WNW.
formazione di grandi faglie e fratture parallele agli assi delle anticlinali suddette.
faglie trasversali verticali normali a quelle di cui sopra.
faglia del Tonale o Insubrica, che si sviluppa dal lago Maggiore fino alle Giudicarie raggiungendo una lunghezza complessiva di 150 Km.

2.2 Caratteristiche litologiche e strutturali
La roccia interessata dallo scavo della centrale è riferibile alla formazione indicata nella letteratura geologica col nome di “Scisti di Edolo” facente parte del basamento cristallino delle Alpi Meridionali.
L’affioramento di tale formazione è delimitato circa 3 km a Nord di Edolo dall’importante linea tettonica del Tonale che ha direzione all’incirca N 70° E e circa 3 km a Sud di Edolo da un’altra linea di dislocazione (sovrascorrimento della Gallinera ) che ha prevalente direzione NE-SW.
All’interno della formazione sono presenti numerose fasce di cataclasiti e miloniti che hanno giacitura concordante con la direttrice tettonica generale (ENE-WSW), ma che tendono a ruotare verso NW nei pressi di Edolo e che rappresentano in taluni casi la convergenza di linee tettoniche che, più ad occidente della zona in esame, sono separate ed indipendenti. Immediatamente a Nord di Edolo, è segnalata la presenza di una fascia di 600-700 m di spessore di cataclasiti e miloniti nerastre con direzione ENE -WNW; le miloniti risultano talora estremamente laminate ed untuose al tatto.
Le dislocazioni principali, hanno andamento principale E-W e sono riferibili principalmente all’orogenesi ercinica riprese successivamente dall’orogenesi alpina.
All’insieme di queste dislocazioni si sono sovrapposti movimenti di tettonica tardiva con direzione circa n –S che hanno interessato le preesistenti linee a direzione W – W.

2.3 Composizione mineralogica
All’osservazione microscopica i costituenti mineralogici fondamentali del materiale roccioso risultano essere: quarzo, mica bianca, clorite e biotite. Come accessori compaiono: feldspato, granato, tormalina, idrossidi di ferro e carbonati.
Il quarzo si presenta ad elementi generalmente piccoli con contatti per lo più irregolari.
La mica bianca e la clorite, sono i principali costituenti dei letti lepidoblastici e determinano la scistosità principale della roccia. La biotite compare anch’essa principalmente nei letti lepidoblastici, in taluni casi segue la scistosità, ma in gran parte è distribuita in modo irregolare o trasversale alla scistosità principale mostrando la sua origine da contatto. E’ frequente la presenza di lenti e vene di quarzo per lo più parallele alle scistosità mentre in corrispondenza di alcuni sistemi di frattura compaiono riempimenti di minerali secondari.
All’interno della formazione come già detto sono state rinvenute fasce di rocce notevolmente fratturate e laminate: alcune di queste presentano colore nerastro in superficie e sono untuose al tatto per la concentrazione di materiale probabilmente granitico sulle superfici di laminazione.
Questo tipo litologico mostra una grana più fine rispetto a quelle circostanti, una maggiore percentuale di clorite, per lo più concentrata ed allungata lungo le direzioni delle fratture, fasce di microgranulazione e, molto spesso, una “struttura a nastri” del quarzo. I caratteri strutturali testimoniano che tali rocce hanno subito una forte deformazione e cataclasi seguita da una ricristallizzazione postcinematica.

3. Studio geologico per il progetto di massima

La prima fase di indagine stata impostata sulla fotointerpretazione, puntando in particolare l’attenzione sulla individuazione delle linee strutturali maggiori.
Da tale studio, eseguito su foto aeree riprese da alta quota e da quota più bassa, è risultato che l’ammasso roccioso, dalla centrale fino a Monte Colmo è interessato da nove faglie tutte ben individuate da incisioni vallive molto nette, mentre la zona strettamente relativa alla centrale è interessata da una sola faglia.
A seguito della costruzione della strada di accesso al pozzo piezometrico di Monte Colmo, la roccia è stata messa a nudo per lunghi tratti: ciò ha permesso di rilevarne, almeno a zone, le caratteristiche meccaniche dal punto di vista qualitativo.

Dall’esame sul posto è inoltre stato confermato che la zona strettamente relativa agli scavi della centrale era interessata direttamente da una sola faglia con immersione a Nord, accompagnata da una fascia di materiale laminato dello spessore di m 20. La previsione della posizione di tale faglia a quota centrale è schematizzata nelle fig. 2 e 3. La posizione della centrale sulla base di questo studio di tettonica generale è stata pertanto modificata, rispetto al progetto iniziale, fino a conciliare le esigenze geologiche con quelle di ottimazione dell’impianto.
4. Studio della fratturazione e delle caratteristiche dei giunti
Lo studio geologico sia regionale che di dettaglio, sulla base della foto-interpretazione e sul posto, ha permesso, come già detto, di individuare quali fossero le linee tettoniche maggiori che potevano interessare la centrale e di ubicare quindi l’opera nella posizione più adatta per quanto riguarda la tettonica in grande.
A tale sistema di faglie si sovrappone normalmente una rete di discontinuità minori che tuttavia rivestono grande importanza per lo studio della stabilità delle pareti di uno scavo.
In fase di scavo della galleria di accesso, pertanto, si è proceduto al rilevamento di tutte le fratture che interessavano lo scavo stesso definendone in particolare:
Immersione ed inclinazione
Estensione monodimensionale
Apertura
Presenza o meno del materiale di riempimento
Presenza di acqua

Si è così concluso che l’ammasso roccioso, in cui verrà scavata la centrale, è interessato da almeno cinque famiglie di fratture, i cui valori di immersione e pendenza in corrispondenza dei massimi di frequenza nel reticolo di Schmidt (fig. 4) possono essere così sintetizzati:

 

 

 

Immersione

Pendenza

Famiglia Verde*

180°

75°

Famiglia Blu

180°

40°

Famiglia Rossa

90°

50°

Famiglia Gialla

270°

70°

Famiglia Marrone

350°

50°

 

   (*) Nella famiglia verde sono state comprese anche le fratture che immergono verso Nord.

Queste ultime sono circa il 35% del totale delle fratture verdi.

 

 

Dallo studio è inoltre emerso che le fratture appartenenti alle famiglie marrone, blu e rosse sono sempre chiuse e non portano acqua.
Per contro le fratture gialle sono spesso aperte, portano acqua ed hanno frequentemente materiale di riempimento.
Tali fratture inoltre sono talvolta accompagnate da fasce di roccia fortemente laminata e fratturata.
E’ stato inoltre attraversato uno strato di potenza intorno ai 20 metri di materiale fortemente laminato a grana fine untuosa al tatto, di colore nerastro per la probabile concentrazione di materiale granitico di origine tettonica.

4.1 Distanza delle fratture di ogni singola famiglia e loro importanza
Sulla base dei dati raccolti in fase di scavo della galleria di accesso, relativi alle discontinuità, è risultato che la famiglia di fratture rossa, marrone e blu hanno scarsa importanza: infatti la distanza media fra le singole fratture lungo l’asse della galleria di accesso varia tra 20 e 40 metri mentre le fratture della famiglia verde e della famiglia gialla sono per contro caratterizzate da una distanza di interasse intorno ai 10 metri: la scistosità peraltro è estremamente variabile ed è spesso in concordanza con le superfici di laminazione gialle anche se abbastanza frequentemente coincide, sia come immersione che come direzione, con la famiglia rossa. I giunti lungo la scistosità stessa si presentano tuttavia ben serrati ed ondulati.

Dallo studio preliminare sulle caratteristiche dell’ammasso roccioso più direttamente interessato dagli scavi ed in particolare sul suo stato di fatturazione, sono emerse le seguenti considerazioni:

L’ammasso roccioso è interessato da cinque famiglie di fratture la cui immersione, pendenza e distanza in interasse sono schematizzate nella fig. 5 e riassunte nella tabella seguente.


 

Famiglia

Immersione

Pendenza

Distanza ( m ) in interasse

Verde

180°

75°

10

Blu

180°

40°

30

Rossa

90°

50°

50

Gialla

270°

70°

10

Marrone

350°

50°

20

Le fratture appartenenti alla famiglia rossa, marrone e blu risultano essere pocofrequenti, poco estese in lunghezza e non continue nell’ammasso roccioso.
Alle fratture appartenenti alla famiglia verde è stata cautelativamente attribuita una distanza in interasse di 10 metri anche se tali fratture si presentano a fasce con tratti, talora anche di 560 metri, in cui sono assenti. La loro continuità nell’ammasso roccioso è dubbia.
Le fratture appartenenti alla famiglia gialla sono frequenti, accompagnate talvolta da fasce di materiale fortemente laminato, a grana fine, untuoso al tatto ed a volte si presentano accompagnate da materiale laminato e fratturato.Sulla base di questi elementi le fratture gialle sono state considerate continue nell’ammasso.
La distanza in interasse e l’orientamento delle singole famiglie di fratture ha permesso, in questa prima analisi, di dare un’indicazione sulla forma e sul volume degli elementi in cui può risultare suddiviso l’ammasso roccioso interessato dalla centrale.

5 Rilievo sismico a rifrazione
Lungo la galleria d’accesso è stato eseguito, su ambedue i paramenti, un rilievo sismico a rifrazione sviluppato in due fasi.
La prima fase ha riguardato il rilievo sismico a rifrazione sui due paramenti fino alla progressiva 770 m circa.

Nella seconda fase sono state eseguite misure di velocità nel cunicolo prove, posto alla progressiva 550 circa.
L’indagine lungo i piedritti della galleria d’accesso è stata eseguita, da progressiva 40 a 550, con stendimenti di ricevitori distanziati di 10 m ed impiegando quale fonte di energia detonatori elettrici. Per il tratto tra progressiva 550 e fine scavo le misure di velocità sono state eseguite mediante rilievi a microrifrazione con stendimenti di 8 ricevitori distanziati di 1,5 m ed usando come sorgente di energia una mazza manovrata a mano.

Per il tratto da progressiva 40 a progressiva 550, la velocità riscontrata è sempre vicina a 5000 m/sec, con tratti intermedi in cui la velocità supera i 5000m/sec.
Anche per il tratto da 550 m a fondo scavo, la velocità sismica si mantiene su tali valori con un solo tratto di circa 20 metri, in cui la velocità scende sotto i 4000 m/sec: tale tratto è in corrispondenza degli scisti laminatidi cui si è fatto cenno al paragrafo 3.
La velocità media si può comunque ritenere elevata ed è tipica di una roccia poco fratturata.

6. Scavo Centrale ed opere annesse
In fase di scavo della calotta sala macchine, sala trasformatori e rotative, il rilevamento è proseguito sistematicamente per i giunti, con l’aggiunta della determinazione di alcuni parametri, caratteristici delle discontinuità, la cui introduzione si è resa necessaria per alcune considerazioni di seguito esposte. I fattori che regolano la resistenza al taglio di una discontinuità, con le pareti a contatto tra loro, sono:
Le caratteristiche geometriche, la scabrezza e la persistenza di tali elementi.


 

  1. Le caratteristiche geometriche delle superfici di discontinuità (lisce, ondulate, scabre) concorrono a determinare la direzione iniziale di scivolamento: angolosità o ondulazioni di grande scala non vengono tranciate da sforzi di taglio ma tendono a venire scavalcate.
    La scabrezza influenza più direttamente la resistenza al taglio. Tale misura è stata fatta a piccola e grande scala col pettine di Barton ed i valori di tali parametri (J.R.C.) sono stati ottenuti per confronto con profili proposti da Barton stesso.
  2. La resistenza a compressione delle pareti di una discontinuità è un fattore che incide sia sulla resistenza al taglio che sulla deformabilità: quando in un ammasso roccioso si grnrrano sforzi di taglio tali da causare anche deformazioni modeste, può accadere che il contatto tra le pareti della discontinuità, si verifichi in un’area molto ristretta attraverso le asperità; in tal caso se le tensioni hanno localmente un valore prossimo o superiore alla resistenza alla compressione delle pareti, le asperità possono essere tranciate , con l’effetto di una globale diminuzione della resistenza al taglio.

Lo spessore di roccia che entra in gioco nella resistenza a compressione delle pareti di una discontinuità è generalmente molto sottile, pertanto va attribuita particolare importanza ai fenomeni di alterazione anche se di scarsa entità e poiché la roccia si presenta in genere più alterata lungo le superfici di discontinuità che non all’interno dei singoli blocchi in cui è suddiviso l’ammasso è importante determinare tale valore J.C.S.).
Per stabilire tale parametro ci si è serviti del martello di Schmidt.
I giunti quindi sono stati caratterizzati oltre che con i parametri riportati al par. 4, da quelli seguenti:

  1. Evidenza di strie di frizione.
  2. Determinazione del parametro J.R.C. (joint roughness coefficient).
  3. Determinazione del parametro J.C.S. (joint compression strenght).
Nelle premesse era stata evidenziata la presenza locale negli “scisti di Edolo” di giunti particolarmente ricchi di spalmature nere, granitiche molto untuose legate a fenomeni tettonici.
Tale materiale non individuato all’esterno dell’ammasso roccioso interessato dalla centrale, è comparso, in corrispondenza di una faglia appartenente alle fratture gialle sia nella sala macchine che in quella trasformatori: tale faglia coincide con quella segnalata in fase di previsioni per il progetto di massima.
Particolare cura è stata naturalmente posta nel rilevamento delle caratteristiche di tali materiali in modo da poterle poi trasferire al modello geomeccanico in studio.
La giacitura e lo spessore degli scisti laminati non sono molto chiari: sono stati tuttavia considerati come facenti parte di uno strato continuo e collegabile fra la sala macchine e la sala trasformatori. Il rilevamento di tutti i giunti ha portato a raccogliere un numero elevatissimo di dati da cui è nata l’esigenza di distinguere quei giunti che potevano creare problemi di stabilità delle pareti da quelli invece poco determinanti per la stabilità delle pareti stesse (fig.6).
Pertanto è stato necessario suddividere i vari giunti a seconda se potevano essere considerati continui o meno nell’ammasso roccioso, definendo continui nell’ammasso roccioso e quindi possibili isolatori di blocchi i giunti che presentavano le seguenti caratteristiche:
  1. Portatori di acqua.
  2. Presenza di strie di frizione.
  3. Presenza di materiale di riempimento lungo il giunto stesso.
  4. Presenza di breccia di frizione o milonite lungo il giunto.
  5. Tracce evidenti di movimento.
  6. Estensione dei giunti sui piedritti ed in calotta.
  7. Presenza di roccia laminata.
Tali giunti sono stati proiettati sulle pareti dello scavo e pertanto sono oggetto di particolare attenzione in fase di scavo dei ribassi.
Da quanto emerso dai rilevamenti eseguiti in fase di scvo dalle calotte dei tre scavi della centrale la situazione può essere così sintetizzata:

Nella prima metà della sala macchine lati monte e valle parte Sud sono presenti fratture appartenenti alla famiglia verde con la stessa distanza in interasse prevista dopo la fase di studio della galleria di accesso.
Nell’altra metà della centrale (parte Nord) è apparsa una sola frattura classificata in questa prima fase come verde se al limite come dati di immersione ed inclinazione con le fratture di tale famiglia.
Le fratture appartenenti alla famiglia gialla sono sempre molto frequenti e valgono le stesse considerazioni fatte in fase di previsione.
Analogo discorso vale per le fratture appartenenti alle famiglie rosse, marrone e blu. L’immersione e l’inclinazione delle fratture è rimasta quasi invariata salvo una rotazione dei massimi di frequenza di alcune famiglie di fratture (reticolo di Schmidt fig. 7)
Sono stati individuati e posizionati spazialmente due litotipi, uno definito “Scisti di Edolo” (tipo 1) e l’altro “Scisti laminati” (tipo 2) a caratteristiche meccaniche diverse (vedere fig. 8)
La situazione cunei delle pareti della sala macchine è quindi schematizzata nella fig. 9.
Per questo schema si sono presupposte continue in tutto lo scavo le fratture considerate pericolose, in quanto il loro incontro può isolare cunei (vedi fig. 10)
Scopo pertanto del rilevamento in fase di ribasso è quello di controllare oltre la presenza di tali fratture la loro continuità (vedi fig. 11). Di tutti i giunti evidenziati in fase di scavo è stato rilevato il valore di J.R.C. e in parte il valore di J.C.S.

I valori di tali parametri, attribuiti ai giunti di ogni famiglia di fratture per i due tipi di materiali evidenziati nello scavo (scisti di Edolo e scisti laminati) sono riportati nelle tabelle seguenti.

.....se trovo qualcuno interessato a questo studio......completo la pagina..

IMMAGINI


Edolo


sala macchine centrale di Edolo


ghiacciaio Salarno: 1984


ghiacciaio Salarno: 2001


monte Colmo


Edolo


diga Baitone


diga Baitone


diga Baitone


lago Baitone


val d'Avio


diga Baitone


centrale di Baitone


centrale di Baitone


val Miller


val Miller


val d'Avio


val d'Avio


lago d'Arno

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Last updated 27.9.2007