Barriere Paramassi INTERVENTI DI DIFESA DALLA CADUTA MASSI LUNGO LA S.S. 36

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1 Una delle più importanti installazioni al mondo di barriere paramassi elastoplastiche con energia di assorbimento maggiore di kj Ambiente & Territorio INTERVENTI DI DIFESA DALLA CADUTA MASSI LUNGO LA S.S. 36 Vincenzo Giarratana* Alberto Grimod** Giorgio Giacchetti*** Stefano Paganin**** Davide Cavazza***** Figura 1 In data 25 Gennaio 2010, lungo la S.S. 36 del lago di Como e dello Spluga in località Pino di Varenna (LC), si è verificata una frana di enormi massi distaccatisi dalle pendici montane poste a circa 800 m di quota che, durante il crollo e nella lunga traiettoria di caduta, ha raggiunto (a quota 300 m) le pertinenze della S.S. 36 e ha divelto, nell ordine, due file di barriere paramassi elastoplastiche e la barriera rigida paramassi posta sul muro di controripa, raggiungendo le due carreggiate a doppia corsia della Statale, immediatamente chiuse in corrispondenza del km (Figura 2). evento accaduto consta del crollo di una placca rocciosa calcareo dolomitica apparentemente della formazione del Calca- L re di Esino, di superficie stimabile in circa 150 m 2, con spessore variabile di 1-2 m e quindi un volume relativo compreso tra 150 e 300 m 3 complessivi. Il distacco ha prodotto uno scoscendimento di blocchi rocciosi di volume variabile tra 1 e 4 m 3, che hanno interessato una fascia di versante di ampiezza di oltre 200 m lungo il piano stradale. Entrambe le linee di protezione esistenti a monte della strada, costituite da un doppio ordine di barriere metalliche paramassi alte 4,5 m dalla resistenza nominale di kj (tipo ISO-200), sono state abbattute completamente lungo tutto il fronte (Figura 3). Figura 2 - L occupazione della sede stradale dei blocchi di roccia Figura 3 - Il collasso delle barriere paramassi esistenti a monte della strada 2

2 Le indagini per caratterizzare il fenomeno sono partite immediatamente e, attraverso l ausilio di un elicottero e di rocciatori, si è perlustrata tutta l area di origine dei distacchi. I sopralluoghi hanno rilevato che il coronamento del fronte roccioso sommitale, intorno alla zona di distacco, era in condizioni potenzialmente predisposte ad ulteriori e analoghi crolli. Una serie di considerazioni geomorfologiche e geostrutturali ha consentito di individuare il volume del blocco di progetto da inserire nelle analisi traiettografiche. I risultati delle simulazioni di caduta massi, eseguite in back-analysis, hanno evidenziato energie di impatto ben superiori alla capacità di assorbimento delle barriere tipo ISO 200 già installate. La tipologia di intervento adottata ha dovuto coniugare garanzia di sicurezza nei confronti della strada statale, rispetto ambientale, velocità di esecuzione e costi ragionevoli. Tutti gli interventi possibili sono stati vagliati, eliminando le varie opzioni fino alla scelta progettuale definitiva: i rafforzamenti corticali e le reti in aderenza su tutto il fronte di distacco sono stati ritenuti economicamente poco vantaggiosi, alla luce dell ampia area di rischio e con tempi di realizzazione troppo lunghi; i rilevati paramassi in terra rinforzata, soluzione adottata nelle immediate vicinanze in occasione dell evento franoso di Fiumelatte dell anno 2008, oltre ai motivi suddetti, comportava una pesante modifica morfologica e aggiungevano problemi esecutivi e di stabilità delle pendici; una galleria paramassi artificiale, oltre agli elevati costi e tempi di realizzazione, avrebbe messo in totale sicurezza l infrastruttura, ma traslato il problema sull abitato sottostante. La soluzione delle barriere paramassi ad elevato assorbimento di energia è stata quindi reputata la più adatta a soddisfare le molteplici esigenze. La modellazione numerica ha verificato traiettorie, energie e altezze di caduta, consentendo di individuare la posizione e le prestazioni attese dall intervento: si è così potuto constatare che la soluzione ottimale comportava la realizzazione di due ordini di barriere da kj - la massima energia di assorbimento attualmente presente in commercio - di altezza 6 m posizionate in corrispondenza delle aree già occupate dalle vecchie barriere collassate, per complessivi m 2 di superficie di intercettazione. Sono stati adottati due ordini di barriere al fine di garantire l intercettazione delle traiettorie anche a seguito di impatti multipli con il massimo livello di energia pronosticato; tale situazione è molto probabile nell area di intervento a causa nelle condizioni litologiche, geomorfologiche e strutturali. Le indicazioni progettuali hanno prescritto l installazione di strutture paramassi ad alte prestazioni, in linea con gli standard minimi richiesti dalle Linea Guida Europea ETAG 027 (European Technical Approval Guideline of falling rock protection kits). La barriera è stata suddivisa in tratti di lunghezza compresa tra 40 m e 90 m, al fine di garantire prestazioni ottimali della struttura e facilitarne la manutenzione, oltre che consentire l installazione su morfologie irregolari e rispettare i percorsi di transito della fauna. Il progetto, arricchito con varie opere propedeutiche e di complemento, ha raggiunto l importo lavori di ,00 Euro, appaltabile in categoria OS12, da effettuarsi improrogabilmente entro 60 giorni in modo tale da ridurre al minimo i disagi alla viabilità. Le fasi del cantiere Al termine delle operazioni di gara, tenute dal Compartimento ANAS di Milano, i lavori sono stati assegnati all impresa Dolomiti Rocce Srl (Ponte nelle Alpi - BL), Azienda con competenza ultraventennale nel campo delle bonifiche montane e dei consolidamenti di versanti in frana, e diretti dal Centro Manutenzioni n 1 del Compartimento ANAS Lombardia. Alla consolidata esperienza dell Impresa è stato chiesto di predisporre macchine, personale e metodi operativi specialistici al fine di ridurre al minimo gli imprevisti in corso d opera, garantendo la riapertura della strada statale entro il termine prefissato di 60 giorni dall inizio dei lavori. Sulla base di questo vincolo inderogabile, in data 5 Luglio 2010, l Impresa ha iniziato le fasi di cantierizzazione così articolate: bonifica in parete di blocchi instabili con l impiego di rocciatori, sia nella zona di distacco della frana, sia lungo il versante immediatamente sopra la zona delle nuove barriere paramassi, per complessivi m 2 ; bonifica dell area interessata dalla realizzazione delle nuove barriere paramassi, mediante la rimozione di circa m 2 di vecchie barriere collassate e dei detriti rocciosi franati, e contemporanea realizzazione dei primi ancoraggi di prova; allestimento del cantiere lungo la carreggiata stradale Nord chiusa al traffico, con ricoveri per attrezzature e Personale sia all aperto che all interno della galleria adiacente, onde ridurre al minimo lo stazionamento sotto il fronte di frana; preparazione dell area di ubicazione delle barriere mediante sistematico disbosco, tracciamento e picchettamento delle sette tratte di barriera paramassi, formazione di piste in corrispondenza delle suddette tratte e sistemazione delle scarpate con l utilizzo di escavatori tipo Ragno ad appoggi articolati, in grado di operare e muoversi anche su fortissime pendenze; esecuzione delle fondazioni per complessivi m di perforazioni suddivisi tra fori verticali relativi alle barre in acciaio per il fissaggio dei montanti realizzate mediante una sonda cingolata di ridotte dimensioni con centralina idraulica separata, e fori di alloggiamento degli ancoraggi in fune laterali e di monte realizzati con una slitta di perforazione montata sul braccio dell escavatore tipo Ragno (Figura 4); inserimento in ciascun foro della guaina metallica corrugata per il miglioramento dell aderenza e iniezione degli ancoraggi della barriera con miscela cementizia pompata attraverso una tubazione in pvc, garantendo il completo intasamento del foro sia all interno che all esterno della guaina (Figura 12); montaggio di m 2 di barriere paramassi suddivise in sette tratte per complessivi 420 m, mediante l utilizzo di elicottero, eseguendo prima la posa in opera dei montanti, delle funi e dei con- Figura 4 - L esecuzione delle perforazioni mediante l escavatore tipo Ragno accessoriato con slitta di perforazione 3

3 Figura 6 - Una vista panoramica dell intervento in corso d opera Figura 5 - La fase di trasporto e di montaggio dei componenti costituenti la barriera OM CTR50/07/A con l ausilio dell elicottero troventi in modo tale da creare la struttura portante della barriera; successivamente, sono stati installati i pannelli in rete ad anelli, la rete a doppia torsione e gli accessori rimanenti per completare l opera (Figura 5); ripristino delle reti di recinzione, della pavimentazione stradale danneggiata e rimozione del cantiere. La sapiente programmazione e coordinamento delle fasi sopra descritte e l impiego massimo di 18 persone al giorno per un totale complessivo di circa ore di manodopera, hanno permesso di completare i lavori e consegnare la strada in nuove condizioni di sicurezza nei tempi prestabiliti. Le caratteristiche prestazionali della barriera paramassi adottata Le barriere paramassi sono definite opera di difesa di tipo passivo in quanto non incidono sul processo naturale di distacco dei massi, ma intercettano i blocchi di roccia mitigando quanto più possibile il rischio per le infrastrutture protette. Per raggiungere tale obiettivo, soprattutto in presenza di impatti multipli come in questo caso, è necessario optare per strutture paramassi in grado di offrire prestazioni ai massimi livelli attualmente possibili, anche oltre gli standard richiesti dalle Linea Guida Europea ETAG 027. Le caratteristiche richieste alla struttura (kit paramassi) sono quelle di garantire la maggiore altezza residua possibile, l assenza di varchi tra i montanti laterali e i pannelli e la mancanza di lacerazioni nei punti di sostegno. In altre parole: lo schermo offerto dalla barriera paramassi deve conservare la maggiore superficie di intercettazione anche dopo impatti multipli. Queste ambiziose caratteristiche sono state oggetto di costante impegno nella ricerca e nell innovazione tecnologica sviluppata negli ultimi anni, permettendo di ottenere kit paramassi dalle prestazioni sempre più elevate. Grazie a questo sviluppo, è stato possibile scegliere la barriera OM CTR 50/07/A prodotta da Officine Maccaferri SpA, che ottempera abbondantemente a tutte le prestazioni richieste garantendo un assorbimento di energia cinetica superiore a kj (equivalenti all energia sviluppata da un camion di 16 t che viaggia a una velocità di 90 km/h) e presenta dei dati di prova altamente confortanti come di seguito riassunti: altezza nominale barriera pre impatto = 6,00 m; velocità di impatto = 25 m/s circa; energia di impatto = kj circa; altezza residua dopo l impatto al MEL = 65% circa rispetto all altezza nominale; deformazione massima = 5 m circa; danni causati alla barriera = nessuno. Va rilevato inoltre che la barriera OM CTR 50/07/A è stata oggetto di una prova aggiuntiva, non prevista dalle Norme esistenti, consistente nel lancio di un blocco avente energia cinetica superiore a kj, eseguita sulla stessa barriera già sottoposta al MEL, senza alcun intervento di riparazione o ripristino. La prova ha avuto esito positivo, con arresto del blocco, dimostrando la capacità della barriera di assorbire impatti multipli. Il vantaggio delle elevate prestazioni sopra descritte, si traduce nella maggiore capacità di intercettare traiettorie con altezza anomala, di arrestare più impatti e, in ultima analisi, di richiedere minori costi di manutenzione. La barriera OM CTR 50/07/A è stata testata a scala vera in accordo con le procedure di ETAG 027 nel campo prove di Fonzaso (BL). Le prove sono state eseguite a caduta verticale, con il blocco in caduta libera che impatta sulla campata centrale della barriera senza alcuna interazione con il terreno (Figura 7). Le elevate prestazioni della barriera sono dovute all equilibrata sinergia tra funi portanti, pannelli di rete e sistemi di dissipazione di energia che consentono di ripartire e minimizzare in modo ottimale le forze sulle fondazioni (Figure 8, 9A e 9B). 4

4 Figure 9A e 9B - Un dissipatore di energia prima (9A) e dopo l impatto (9B) Un altro vantaggio importante identificativo del kit paramassi scelto, riguarda la facilità di installazione garantita dallo speciale braccetto di sostegno alla base del montante (Figura 10), grazie al quale è stato possibile diminuire significativamente i tempi di installazione, con evidenti vantaggi anche di ordine economico e di sicurezza: una rapida installazione comporta, infatti, tempi di esposizione ridotti al rischio frana come nel caso in questione. Figura 7 - Lo schema in sezione rappresenta il campo prove a caduta verticale di Fonzaso (BL) Figura 8 - Un particolare del montante laterale della Barriera OM CTR 50/07/A (vista laterale) Il dimensionamento delle fondazioni L energia assorbita dalla struttura di intercettazione e dagli elementi dissipatori genera degli sforzi al suolo che devono essere contrastati da opportuni sistemi di fondazione del montante, degli ancoraggi di monte e laterali. Tali sforzi sono stati registrati sulle fondazioni, disposte come riportato in Figura 11, durante l esecuzione delle prove di impatto in vera grandezza. E stato possibile eseguire tali registrazioni installando al suolo, in corrispondenza degli ancoraggi della barriera, Figura 10 - La fondazione del montante con regolarizzazione del piano di posa della piastra mediante plinto in calcestruzzo armato. In particolare si osservi il dispositivo tenditore che sorregge il montante nella posizione desiderata delle celle di carico in grado di effettuare fino a letture/s. Il dimensionamento delle fondazioni è in stretta relazione, oltre che ai carichi trasmessi, anche alle caratteristiche dei terreni presenti in sito. Nel caso specifico il versante è ricoperto da depositi eterogenei con granulometria variabile da fine a molto grossa con presenza di trovanti. In seguito alle considerazioni litostrutturali effettuate, lo spessore presunto di tali depositi è stato considerato compreso tra 3,0 e 6,0 m. Anche se in taluni punti il sistema di fondazione avrebbe potuto interessare il substrato roccioso, per il calcolo dello stesso è stata considerata cautelativamente la condizione peggiore, ossia quella in cui in- 5

5 Figura 11 - Lo schema degli elementi di fondazione della barriera paramassi OM CTR50/07/A per altezza dei montanti pari a 6,00 m teressi soltanto il materiale detritico incoerente. Pertanto, per verificare l idoneità delle fondazioni a sopportare i carichi trasmessi dalla barriera paramassi, sono stati adottati i seguenti parametri caratteristici dei terreni interessati (precedentemente descritti), secondo il metodo di Bustamante-Diox, 1985: α = 1,20 coefficiente di maggiorazione; q s = 2,0 dan/cm 2 coefficiente di adesione malta-terreno. La natura incoerente dei terreni interessati può generare problemi relativamente al sostentamento del foro, durante le fasi di estrazione dell utensile di perforazione e inserimento dell armatura dell ancoraggio. Per evitare questo imprevisto, è stato scelto di inserire nel foro una guaina metallica ottenuta per formatura a freddo da nastro di acciaio avvolto a spirale con graffatura di rinforzo a quattro spessori, irrigidita con due corrugazioni continue, fornita in barre giuntabili tramite manicotto e aventi diametro esterno rispettivamente di 60 mm per le fondazioni dei montanti e 85 mm per gli ancoraggi di monte e laterali. Infatti la rugosità e il diametro di tali elementi tubolari, garantiscono una aderenza migliorata sia all interfaccia malta di iniezione-armatura di fondazione, sia all interfaccia malta di iniezione-terreno. Il processo di iniezione previsto è stato di tipo globale unico Figura 12 - Un particolare dell ancoraggio di monte dove si può osservare la guaina corrugata, il tubo per lo sfiato dell aria durante l iniezione e il completo intasamento con malta cementizia (metodo IGU), utilizzando malta cementizia con Rck > 300 dan/cm 2 e avendo cura di verificare il perfetto intasamento fino a rigurgito sul paramento interno ed esterno del tubo corrugato, in modo tale da creare un unico elemento solidale tra armatura di ancoraggio e guaina corrugata (Figura 12). Alla luce delle scelte progettuali sopra descritte e delle analisi numeriche effettuate per le verifiche degli ancoraggi dei montanti, di monte e laterali, le caratteristiche del sistema di fondazione adottato sono riassunte nella Tabella 1. La verifica delle fondazioni Il carattere di urgenza con il quale è stato progettato questo intervento ha costretto ad una ottimizzazione dei tempi per l estrapolazione dei dati geotecnici, sovrapponendo la fase geognostica con altre fasi di lavorazione. Immediatamente dopo le operazioni di bonifica delle pareti rocciose e durante la preparazione dell area di imposta delle opere, si sono realizzate alcune perforazioni per verificare i dati teorici adottati; inoltre, gli stessi fori sono stati armati con ancoraggi da sottoporre a test di trazione (P1, P2, P3). I risultati di queste prime prove hanno confermato la validità dei parametri geotecnici adottati e il corretto dimensionamento degli ancoraggi. Successivamente, durante i lavori e a fine cantiere, sono state effettuate ulteriori sei prove di trazione, distribuite lungo tutte le tratte della barriera paramassi, per il collaudo degli ancoraggi (Figura 13). Tutte le prove sono state eseguite dallo Studio Geologico Tecnico del Dott. Massimo Riva, in accordo con le raccomandazioni AICAP 1993 Ancoraggi nei terreni e nelle rocce, applicando un carico superiore del 20% rispetto a quello previsto in progetto. Le prove sono state portate a termine senza la rottura e/o lo sfilamento degli ancoraggi e senza compromissione della loro funzionalità. I dati ottenuti, riportati in Tabella 2, hanno confermato la corretta realizzazione delle fondazioni e la perfetta funzionalità della guaina metallica corrugata inserita nel foro e inglobata nell iniezione. Fondazione montante Ancoraggi di monte Ancoraggi laterali n 4 barre in acciaio Ancoraggi in doppia fune Ancoraggi in doppia fune classe 835/1030 spiroidale spiroidale Fondazioni Ø 26,5 mm Ø 18 mm Ø 18 mm L = 5,00 m L = 6,00 m L = 6,00 m Ø perforazione = 60 mm Ø perforazione = 85 mm Ø perforazione = 85 mm Tabella 1 - La caratteristiche delle fondazioni della barriera paramassi OM CTR50/07/A * Progettista Geologo di ANAS SpA di Milano ** Ingegnere dell Ufficio Tecnico di Officine Maccaferri SpA *** Dottore Geologo Consulente **** Direttore Tecnico di Dolomiti Rocce Srl ***** Geologo dell Ufficio Tecnico di Hydrogeo Srl 6

6 Figura 13 - Un particolare dell esecuzione della prova di trazione Figura 14 - Una vista d insieme dell intervento concluso Prova n P1 P2 P3 PC1 PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 Allungamento totale registrato cm 7,3 8,7 5,6 2,7 6,7 2,7 5,2 3,1 3,6 Cedimento medio terreno cm 2,7 2,4 2,1 0,0 2,4 0,0 2,1 0,0 0,0 Deformazione tot. Anello coll. cm 1,7 2,1 1,3 0,0 1,3 0,0 0,9 0,4 0,7 Allungamento netto ancoraggio cm 2,9 4,2 2,2 2,7 3,0 2,7 2,2 2,7 2,9 Superficie martinetto cm Pressione massima applicata bar Carico massimo applicato martinetto kn Pressione registrata all'apice del ciclo ( t = 5 minuti) bar Carico registrato all'apice del ciclo ( t = 5 minuti) kn 298,4 297,0 291,7 302,5 299,2 297,8 299,7 301,6 300,6 Perdita pressione misurata all'apice del ciclo bar kn 13,7 15,2 14,5 9,5 12,8 14,2 12,3 10,4 11,4 Perdita di carico all'apice del ciclo % 4,40 4,86 4,63 3,05 4,10 4,56 3,95 3,35 3,65 Tabella 2 - I dati ottenuti dalle prove di trazione eseguite sugli ancoraggi 7