Analisi di stabilità di gallerie scavate mediante TBM EPB: "il caso della nuova linea metropolitana di Catania"

Gli studi geologici sul sottosuolo catanese, evidenziavano un assetto geologico complesso e caratterizzato dalla presenza di numerosi litotipi differenti tra loro da un punto di vista geomeccanico, con frequenti variazioni sia laterali che verticali. Tale complessità geologica, nell’ambito della realizzazione di scavi in sotterraneo in ambiente urbano, produce importanti influenze sia da un punto di vista geotecnico, per la scelta di metodi e materiali di consolidamento, sia per la progettazione delle opere e dei metodi di consolidamento più idonei nelle varie situazioni geologiche di interesse.

Assetto geologico-strutturale generale
L’area oggetto di studio trova collocazione nella regione centrale del Mediterraneo (Figura 7.12) e deve il suo assetto geologico‐strutturale al processo di convergenza tra la placca Europea e la placca Africana, che durante il Terziario conduce alla formazione della catena Appenninico‐Maghrebide. Nell’intera regione della Sicilia è possibile distinguere più domini strutturali: i domini più interni comprendono le unità Calabridi e le unità della Catena Maghrebide riconducibili ad un sistema a falde ed a scaglie tettoniche; i domini più esterni sono rappresentati dal “Sistema a thrust Sicano” affiorante in Sicilia occidentale, ma non in Sicilia orientale, e dall’avampaese Ibleo, che si presenta come un horst allungato in senso NESW, scarsamente deformato.

Quest’ultimo rappresenta la parte affiorante in Sicilia dell’avampaese Africano al cui margine settentrionale si colloca l’Avanfossa Gela-Catania, originatasi dal collasso del margine dell’avampaese (Bianchi et al.1987). L’attuale avanfossa è quasi totalmente occupata dalla Falda di Gela, un cuneo tettonico formatosi in seguito alla deformazione di sedimenti deposti nell’avanfossa (Lentini et al.1996). La parte esterna del cuneo d’accrezione (falda di Gela) resta sopra gli orizzonti pleistocenici dell’avanfossa Gela ‐ Catania.

In questa zona le unità alloctone sovrascorrono tettonicamente al tetto delle sequenze carbonatiche fessurate del Plateau Ibleo individuato al di sotto di più di 1000 metri di sedimenti pleistocenici di avanfossa. Sulla superficie, le unità alloctone culminate lungo la rampa orientata NNESSW, fratturando la falda di Gela, sovrascorrono i depositi medio pleistocenici del margine interno dell’avanfossa (Figura 7.13). Questa geometria della porzione frontale della catena è interrotta, al confine nord della Piana di Catania, da una culminazione orientata WNW‐ESE di depositi di avanfossa. I dati sismologici e sismotettonici suggeriscono che l’alto livello di sismicità dell’area, caratterizzato da forti terremoti storici, è dovuto al movimento lungo le faglie della Rift Zone Siculo‐Calabra (Catalano et al.2004).

Questa geometria della porzione frontale della catena è interrotta, al confine nord della Piana di Catania, da una culminazione orientata WNW‐ESE di depositi di avanfossa. I dati sismologici e sismotettonici suggeriscono che l’alto livello di sismicità dell’area, caratterizzato da forti terremoti storici, è dovuto al movimento lungo le faglie della Rift Zone Siculo‐Calabra (Catalano et al.,2004). La catena collisionale è confinata, a nord, dal bacino tirrenico che è parzialmente costituito di crosta oceanica in seguito all’apertura (nel tardo Miocene) nella zona di retro arco della catena collisionale, al retro dell’arco Calabro, che rappresenta l’oroclino estruso verso il bacino ionico. A est, la catena collisionale della Sicilia è confinata da faglie normali del tardo Quaternario appartenenti alla Rift Zone Siculo Calabra (Monaco & Tortorici, 2000), la catena estensionale sismogenetica che si estende dall’onshore del margine meridionale della Calabria all’off‐shore del margine orientale della Sicilia.

La Rift Zone si sviluppa seguendo precedenti lineamenti tettonici. In Sicilia è composta da 40 km di distinti segmenti di faglia che, nello Stretto di Messina e nel margine sudorientale del Plateau Ibleo, sono rappresentati da faglie normali orientate da NNE a NE, mentre dal fianco orientale del Monte Etna all’off‐shore ionico del Plateau Ibleo, consistono di faglie normali oblique destre ad orientazione NNW. Queste ultime si sono originate dalla riattivazione di parte della scarpata di Malta (Catalano et al.,2008).

Durante il tardo quaternario, un grande sollevamento uniforme nello spazio e nel tempo, pari a circa 1.1 mm/a ha influenzato l’intera catena orogenetica della porzione orientale della Sicilia con tassi di sollevamento che tendono progressivamente a diminuire verso le aree di avampaese a sud‐est della Sicilia. Questo processo di sollevamento regionale ha causato, insieme alla variazione del livello eustatico, il terrazzamento dei depositi costieri ora distribuiti sottoforma di cunei clastici lungo i versanti costieri della Sicilia settentrionale ed orientale. Lungo le aree costiere che fiancheggiano la Rift Zone Siculo‐Calabra, così come la costa etnea, al tasso di sollevamento regionale si aggiunge una componente indotta dalle faglie attive, determinando localmente la variazione differenziale del sollevamento e il conseguente sviluppo di morfologie costiere con relative paleolinee di costa la cui distribuzione geometrica ed altimetrica è stata riconosciuta come una conseguenza della deformazione co‐sismica e post‐sismica rilasciata da porzioni di faglie normali attive (Catalano et al., 2004).

In definitiva la distribuzione della deformazione verticale riscontrata lungo il settore orientale della Sicilia può essere così riassunto: 0.65 mm/a a partire da 400 ka, lungo l’area costiera sud‐orientale; 1.3 mm/a a partire da circa 200 ka nell’area di Catania e 1.4 mm/a a partire da 125 ka nel settore nord orientale. Da ciò si può concludere che l’area oltre ad essere interessata da una tettonica di sollevamento regionale uniformemente distribuita, ma con tassi via via decrescenti da nord verso sud, è stata anche interessata da un processo di sollevamento, indotto dalle faglie attive del rift, migrante verso nord che parte dalla zona di avampaese e progressivamente tende ad aumentare verso la zona di catena, con tassi di sollevamento (Figura 7.14) progressivamente più alti (Monaco et al. 2002).