Caratterizzazione alla macro, meso e micro-scala delle rocce di faglia interessate dalla galleria di base del Brennero nel contesto del lineamento periadriatico

The goal of this study is to obtain a complete full-scale characterization of faults rocks involved in the excavation works of Brenner Base Tunnel, which crosses one of the main tectonic alignments of the alpine area, the Periadriatic fault. The presence of faults along the layout of an underground structure causes significant problems for its realization. Rock masses are often so fractured that they behave like soils and they are usually affected by structural, geological and hydrogeological problems within underground works. In this study, the characterization was carried out at different scale, from macro to meso and micro scale. At the macro-scale, the geological survey allowed to recognize the main rocks lithotypes (i.e.: Tonalities, Gneiss, Scists, Cataclasits and Quartzites). Besides, on the strength of advancing drilling, the fracturing degree was evaluated through the RQD index and the global rock mass quality was assessed by reference to RMR and GSI geomechanical classifications. At the meso-scale, lab tests on several samples collected in the drilling tests were carried out to characterize the geomechanical behavior and strength of the intact rock specimen at different distance from the fault core. Moving through a micro-scale characterization, thin sections of the fault rocks were analyzed in order to find a correlation between the different scales properties of the rocks. In particular, the voids ratio on the thin section was chosen as a physical feature representative of the micro-scale arrangement, and a mathematical algorithm able to recognize and measure voids on the section was implemented, calibrated and later on validated. Finally, a relation between the voids ratio at the micro-scale and the fault rocks at the macro scale was pointed out by mean of the Hoek&Brown failure criterion. As a result, using micro-scale properties, whose cost is much lower than the cost of geotechnical tests, good estimation of the fault rock strength was achieved, avoiding quite typical overestimation arising from the use of literature values.

Scopo della presente tesi è quello di fornire un’esauriente classificazione geomeccanica delle rocce di faglia coinvolte negli scavi della Galleria di Base del Brennero, opera che attraversa il principale lineamento tettonico dell’area alpina, il Lineamento Periadriatico. La presenza di rocce di faglia lungo il progetto di una galleria è causa di non pochi problemi relativi alla sua realizzazione. Gli ammassi rocciosi sono talvolta così fratturati da comportarsi come terreni sciolti e sono spesso affetti da problemi di natura geologica, strutturale e idrogeologica nel corso della realizzazione degli scavi. È stata condotta una caratterizzazione di tali rocce di faglia alle differenti scale, dalla macro, alla meso, sino alla micro-scala. In particolare, alla macro-scala, grazie ai sodnaggi in avanzamento, è stato possibile identificare i principali litotipi coinvolti (Tonaliti, Scisti, Gneiss, Cataclasiti e Quarziti). Parallelamente, attraverso la resistenza di avanzamento agli scavi degli ammassi rocciosi, è stato possibile valutarne l’indice di qualità RQD. Alla meso-scala, sono stati analizzati i risultati delle prove geotecniche di laboratorio sui campioni di roccia intatta, al fine di caratterizzarne il comportamento geomeccanico e la resistenza alle varie distanze dalla zona centrale di faglia. Passando alla micro-scala, sono state analizzate le sezioni sottili del tratto di scavo indagato in modo da ricavare una correlazione tra le diverse grandezze delle rocce di faglia alle differenti scale. In particolare, quale grandezza rapresentativa della micro-scala è stata scelta la percentuale di vuoti nella sezione sottile. A tale proposito, è stato sviluppato un algoritmo di analisi di immagini digitali, calibrato e successivamente validato. Infine, quale riscontro applicativo, è stata sviluppata una correlazione tra la percentuale di vuoti alla micro-scala e le caratteristiche di resistenza degli ammassi rocciosi, attraverso il criterio di HoekBrown. Come risultato, usare le grandezze rappresentative della scala micro, caratterizzate da costi decisamente inferori rispetto alle prove geotecniche, è stata ottenuta una buona stima delle resistenze di ammasso, superando le sovrastime tipiche dei valori di letteratura.