Barriere flessibili contro le frane superficiali di versante: la soluzione vantaggiosa contro i pericoli naturali.

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1 Barriere flessibili contro le frane superficiali di versante: la soluzione vantaggiosa contro i pericoli naturali. Barriere flessibili di protezione contro le frane superficiali in pendii instabili: - leggera struttura per un risparmio di costi - facile installazione - anche idonee per impatti multipli - funzionamento collaudato nell ambito di prove 1:1 - dimensionabili mediante il software di simulazione FARO 1

2 Frane superficiali di versante: le cause e qualche consiglio su come limitare gli effetti. Su ripidi pendii instabili possono verificarsi negli strati del terreno saturi d acqua scoscendimenti di esigua profondità (le cosiddette frane superficiali), che si staccano spontaneamente scorrendo verso il basso a una velocità relativamente elevata (max 10 m/s = 35 km/h). Se questi confluiscono in un canale, possono dare vita a una colata di detriti e fango. A seconda della velocità di scorrimento e della quantità di materiale trasportato, le frane superficiali possono avere conseguenze alquanto disastrose, arrivando a interrompere vie di circolazione oltre a provocare ingenti danni agli edifici. Il clima è uno dei fattori Un aumento imprevisto delle precipitazioni nelle regioni alpine, così come l aumento delle precipitazioni in inverno in combinazione con l innalzamento della quota delle nevicate, farà sì che una quantità sempre maggiore d acqua possa favorire la formazione di frane superficiali. I meteorologi presumono che la probabilità di fenomeni di precipitazioni estreme continuerà ad aumentare in futuro in tutto il mondo (cambiamento climatico globale). Adeguate misure di protezione dovranno salvaguardare in modo sicuro edifici, strade e ferrovie dalle frane superficiali.

3 Protezione contro le frane superficiali di versante: un confronto tra diversi sistemi. 1. Misure di protezione convenzionali La costruzione di strutture devianti quali valli o muri rinforzati su lato monte richiede ingenti lavori. Specialmente nei terreni ripidi lungo le strade o le ferrovie, tali misure sono solo applicabili in modo limitato.. Barriere flessibili di protezione contro le frane superficiali Possono dimostrare la capacità di trattenere miscele di acqua e sostanze solide, come colate di fango e detritiche, persino in caso di impatto multiplo. La loro installazione prevede spese esigue in termini di materiale e di lavoro, consentendo così di risparmiare enormi costi e tempi di costruzione. Schweizer Luftwaffe Misure di protezione convenzionali Scarpata originaria Raggio di scorrimento Asportazione del materiale Muro di protezione 1 Amt für Wald und Naturgefahren Graubünden Barriera flessibile di protezione contro le colate detritiche di versante Scarpata originaria Raggio di scorrimento (non sono necessari scavi di grande entità) Barriera 3

4 Barriere flessibili di protezione contro le frane superficiali. 1. Barriera di protezione contro le frane superficiali modello SL-150 Nella zona a rischio viene installata una rete a funi spiroidali SPIDER in abbinamento a una rete secondaria con maglie di larghezza di 50 mm e interasse tra i montanti di fino a otto metri. Il controvento di monte così come le funi portanti superiori e inferiori alle estremità dell opera di protezione sono dotati di asole frenanti. 1 SPIDER S4-130 rete secondaria 50 x 50 mm. Barriera di protezione contro le frane superficiali modello SL-100 Nel caso di una pressione prevista inferiore, si presta un tipo di opera di protezione alternativo: una rete TECCO G65/4 con interasse tra i montanti di massimo cinque metri e un altezza di costruzione di due metri. Questo tipo di opera di protezione può fare a meno della rete secondaria. (fune di supporto superiore in TECCO ) TECCO G65/4 4

5 Componenti collaudati che fungono da sistema integrato. La rete a funi spiroidali SPIDER La rete a fili spiroidali SPIDER realizzata con un filo in acciaio ad alta resistenza dello spessore di 4 mm presenta una resistenza alla trazione di oltre N/mm. La rete a funi spiroidali con maglie forma romboidale possiede una capacità di carico di 360 kn/m in direzione longitudinale. L asola frenante Nelle funi portanti e nei controventi di monte vengono integrati delle asole frenanti. In caso di eventi maggiori, le asole si serrano agendo da dissipatori di energia eccedente le capacità della rete rete a funi spiroidali SPIDER senza danneggiare le funi. Il carico di rottura della fune non è ridotto dall attivazione dei freni, e viene sfruttata appieno la capacità di allungamento. I montanti Per le nostre barriere di protezione contro le frane superficiali si utilizzano montanti di tipo HEB, assemblati su una piastra di base mediante una cerniera. Questi hanno la funzione di guidare le funi che sostengono la rete a funi spiroidali SPIDER. Gli spigoli presentano una forma arrotondata per salvaguardare le funi portanti. L ancoraggio in fune spiroidale Ciò che si piega non si spezza: la testa degli ancoraggi è flessibile e quindi insensibile ai colpi. La fune spiroidale è formata da fili d acciaio con una resistenza di N/mm. Gli ancoraggi in fune spiroidale sono superiori alle tradizionali barre d ancoraggio, anche perché sono in grado di trasmettere forze in direzioni di trazione che possono scostarsi fino a 30 gradi dall asse di perforazione senza perdere in resistenza. Ancoraggi autoperforanti con testa Geobrugg FLEX La testa FLEX assorbe forze di trazione e di flessione in base allo stesso principio della testa degli ancoraggi Geobrugg in fune spiroidale. È insensibile ai colpi e può essere montato su ogni ancoraggio autoperforante in commercio. Il passaggio da un ancoraggio a barra a una testa FLEX richiede una base in calcestruzzo. Reti di risvolto Per impedire l erosione e il flusso di materiale, viene installata a livello del suolo e lungo l intera larghezza dell opera di protezione, una rete risvoltata a monte della fune risvoltata. 5

6 Le molteplici utilità coprono numerosi campi di applicazione. 1. Rest and be Thankful, Scozia Descrizione del problema L 8 settembre 009, in seguito alle insistenti piogge nel nord-ovest della Scozia, si è verificata per la seconda volta consecutiva una frana superficiale di versante che ha bloccato l importante arteria A83 presso il punto panoramico Rest and be Thankful. Si tratta di una zona suscettibile alle frane superficiali, per le quali non esisteva una soluzione. Misure di protezione adeguate si pongono l obiettivo di proteggere gli utenti della strada e di mantenerla agibile quando si verificherà il prossimo evento. La soluzione di Geobrugg Su una lunghezza di 80 m su versante aperto è stata installata una barriera di protezione contro le frane superficiali dell altezza di 4 m con rete a funi spiroidali SPIDER e una rete secondaria con maglie di larghezza di 50 mm. Come misura combinata è stata inoltre installata in un canalone attiguo una barriera di protezione VX contro le colate detritiche lunga 15 m e alta 4 m con reti ad anelli ROCCO, con la funzione di impedire l ostruzione di un sottopasso della strada. 6 1

7 . Giampilieri, Sicilia, Italia Descrizione del problema L 1 ottobre 009, dopo insistenti piogge di circa 3 cm nel giro di sette ore, si sono innescate nei pressi di Giampilieri (Messina) frane superficiali multiple con conseguenti colate di detriti e fango. Si è dovuto procedere alla chiusura della strada SP 33 a causa della presenza di detriti in grandi quantità. La soluzione di Geobrugg Per proteggere la strada sono state installate nella parte più scoscesa della scarpata delle barriere di protezione contro frane superficiali. Nella zona dove l inclinazione della scarpata si riduce a circa 60 gradi sono state installate per una lunghezza di 85 m due barriere flessibili di protezione contro le colate detritiche dell altezza di 3,5 con una rete a funi spiroidali SPIDER S4/130 e una rete secondaria, la prima di 5 e la seconda di 60 metri lineari. In seguito alle insistenti precipitazioni del marzo 010 si è verificata un ulteriore frana superficiale. Circa 90 m 3 di materiale sono stati trattenuti in modo efficace dalla barriera di protezione più corta, evitando così una nuova interruzione della strada. 3. Autostrada Federale Trieben, Austria Descrizione del problema Il giorno 0 marzo 01, numerose frane superficiali si sono verificate nella Regione della Steiermark. Una frana ha aggirato la barriera paramassi esistente a protezione della Autostrada Federale B 114 bloccandone il traffico per lungo tempo e causando forti disagi per la comunità di Trieben. La soluzione di Geobrugg Dopo tale evento, la speciale barriera SL-150 sviluppata da Geobrugg per il contenimento di frane superficiali, è stata installata per la sostituzione della barriera paramassi danneggiata. Poco tempo dopo, durante gli eventi del 1 giugno e del 0 agosto 01, le barriere sono state interessate da frane trattenendo con successo i detriti (Fotografia, per cortesia: Marc-André Rapp, Amt der Steiermärkischen Landesregierung). 3 7

8 La sfida: come trattenere per ogni metro lineare di barriera 10 m 3 di materiale? Il segreto sta in un corretto dimensionamento Le speciali barriere di contenimento devono sopportare davvero tanto. Le frane superficiali innescano forze imponenti, che Geobrugg riproduce nell ambito di test e simulazioni esaustivi. I dati riguardanti il comportamento del flusso di materiale e l impatto dinamico delle masse di terra ci consentono di costruire le barriere flessibili in funzione delle sollecitazioni osservate. Il volume di contenimento è la grandezza determinante: un interasse ottimale tra i montanti garantisce infatti un altezza utile residuale maggiore offrendo così sufficiente spazio di contenimento. Separatamente, è stato sperimentato anche il comportamento delle barriere per frane superficiali a seguito di impatti multipli di caduta massi. Simulare le sollecitazioni che la rete deve sopportare Nel corso della simulazione numerica rileviamo le forze che agiscono sulla barriera, prendendo in considerazione la pressione esercitata in direzione dello scorrimento misurata durante le prove. L esperienza derivante dalle prove sul campo consente di defluire tale pressione dinamica. Si aggiunge poi una seconda componente: la pressione idrostatica sull altezza di flusso. Le variabili rilevanti per il calcolo dell impatto dinamico sono la densità iniziale ρ della colata e la velocità v all'impatto sulla rete di protezione progettata. Grazie al nostro software di simulazione FARO, siamo in grado di trasferire la pressione rilevata sulla barriera di prova a diverse configurazioni di sistema, effettuando di volta in volta una simulazione realistica. Sollecitazione statica e multipla Dopo la prima colata, fango, terra e pietre riempiono la rete in modo uniforme. Dietro la barriera ha luogo dapprima una distribuzione idrostatica della pressione (P hyd ) lungo l altezza di riempimento (h füll ). Con il drenaggio progressivo tale pressione si riduce fino a raggiungere una spinta attiva delle terre (P stat ). Nel caso si verificasse una seconda colata, la sua pressione dinamica si sovrapporrebbe a quella del riempimento parziale già esistente (serie di immagini in basso). 8

9 Simulazione e prove sul campo Nel corso dei test sul campo la differenza tra la simulazione e la misurazione è di un esiguo 10 % circa, un risultato significativo in considerazione dell impatto dinamico ripetuto che si verifica durante la prova. Nella simulazione è visibile come la seconda colata spinge il materiale già depositato. L altezza di sollecitazione sulla barriera aumenta (h füll +h fl ). Rapporti geometrici di una rete di protezione impegnata h' b l b V h fill l fill l b = larghezza d impatto h b = altezza della rete ridotta in seguito all impatto h fill = altezza di riempimento della rete di protezione contro le colate detritiche l fill = lunghezza del cono di contenimento V = volume di contenimento = Inclinazione del versante Disegno tecnico: determinazione del volume di contenimento massimo approssimativo V di una rete di protezione contro le colate detritiche di versante. Calcolare l incalcolabile... Il volume di contenimento della rete di protezione deve essere almeno uguale o maggiore al volume previsto del materiale di colata (il cosiddetto volume di distacco). Analogamente a quanto avviene nelle valanghe, il volume di distacco è determinato dalla combinazione tra risultato tra la superficie di distacco e lo spessore del distacco. Lo spessore di distacco è determinabile sulla scorta della mappatura delle zone a rischio o sul luogo mediante un analisi tecnica del suolo.... per ridurre gli effetti dei danni Qualora la rete di protezione presentasse un volume troppo ridotto o se la lunghezza dell opera di protezione fosse inferiore alla larghezza d impatto, si può ottenere solo una protezione limitata contro le frane superficiali. In tal caso si calcolerà la differenza tra il volume di distacco e il volume di contenimento. Sulla scorta di questo volume residuo e della velocità del processo alla quale la colata riempie e travolge la rete, si procederà a una nuova valutazione degli effetti dei danni, ottimizzando di conseguenza la struttura della rete. Il volume di contenimento è decisivo Per determinare il volume delle reti di protezione contro le colate detritiche di versante, l altezza supposta in seguito al processo di riempimento h b =3/4*h della barriera viene confrontata con l altezza d installazione h. Supponendo che l altezza utile inferiore in seguito a un urto h b venga misurata verticalmente rispetto al pendio e trascurando il volume nella sacca deformata della rete, il volume di contenimento sarà uguale a V: 1 V = h' l b 9 = 3 sin ϕ füll b h l b l = b 1 [m 3 ] 3 hb 4 3 hb 4 sinϕ l b Impatti multipli di massi Le barriere contro le frane superficiali sono spesso installate su versanti aperti dove possono verificarsi eventi di caduta massi. Questo è il motivo per cui sono stati eseguiti test aggiuntivi per impatti di massi con energie fino a 500 kj sulle strutture originariamente concepite per carichi arealmente distribuiti. 9

10 Lunga durata e facilità di manutenzione: due aspetti cruciali. 10 Lunga durata Le barriere flessibili di protezione contro le frane superficiali si posizionano in pendii scoscesi dove possono verificarsi scoscendimenti di esigua profondità, con lo scopo di trattenere masse di terra, e acqua. Poiché in questa fase di attesa non scorrono sulle barriere né attraverso di esse né acqua né detriti, queste durano tanto quanto un opera di protezione contro la caduta massi. grazie all eccellente protezione contro la corrosione. In vista di una lunga durata e per un ottima resistenza contro la corrosività locale, forniamo tutti i componenti in acciaio zincato a caldo. Le funi e le reti sono dotate del rivestimento in zinco-alluminio GEOBRUGG SUPER- COATING. Dopo un evento Le barriere che hanno resistito a una colata detritica vanno ispezionate, svuotate e manutenute (fig. 1) al fine di ripristinare e garantire il volume di contenimento originale (fig. ). La pianificazione della rimozione del materiale è di particolare importanza, poiché ciò assorbe una gran parte del tempo e dei costi. Per esperienza, l eventuale smantellamento e riallestimento della barriera risulta di gran lunga più dispendioso. svuotare e mantenere. Il modo più facile per svuotare la barriera è accedendovi dal lato posteriore. Spesso, tuttavia, lo svuotamento avviene dal lato di valle perché si deve mettere in conto l accumulo di materiale molto resistente, che si è consolidato nel corso dell evento. Ad ogni modo, il materiale è rimovibile anche dal davanti senza bisogno di smantellare la barriera (immagine in alto). In modo particolare è necessario sottoporre a manutenzione le asole frenanti: ispezionarle in seguito a un evento e, all occorrenza, sostituirle. Consigliamo inoltre di controllare le reti e le funi per constatarne il corretto funzionamento. 1

11 Argomentazioni convincenti per committenti, progettisti e imprenditori: Un montaggio facile e leggero - Il materiale viene fornito preconfezionato e si può trasportare in elicottero persino in zone difficili da raggiungere. - L installazione non richiede l impiego di macchine da costruzione pesanti. - Per l ancoraggio bastano una piccola sonda di perforazione e tiranti leggeri. - Si rendono superflui scavi di grandi entità e non sono necessarie vie d accesso. Compatibilità ambientale - L interferenza strutturale ed estetica con la natura è minima e quasi impercettibile dalla distanza, rispetto a costruzioni imponenti. - Il bilancio di CO è notevolmente migliore rispetto alle costruzioni in calcestruzzo. Efficienza economica - In caso di evento, l investimento implica una sostanziale riduzione dei danni. - Consegna e montaggio più vantaggiosi rispetto alle costruzioni in calcestruzzo Lunga durata - Il concetto di protezione contro la corrosione GEOBRUGG SUPERCOATING per funi e reti, la zincatura a caldo dei montanti, delle piastre di base e delle asole frenanti garantiscono una lunga durata. Facilità di manutenzione in seguito a un evento - Il materiale rimasto bloccato in seguito a una frana può essere semplicemente rimosso con benne oppure a mano dopo aver riposto o sollevato la rete. 11

12 Panoramica sulle varianti del sistema. Barriera di protezione contro le frane superficiali con rete SPIDER Modello SL-150 Resistenza min. >150 kn/m * = SL-150 Barriera di protezione contro le colate di versante con rete TECCO Modello SL-100 Resistenza min. 100 kn/m * = SL-100 *Pressione misurata della miscela nei test svolti a cura di WSL Resistenza alla massima pressione dinamica agente [kpa] Inserire distanza [m] Modifiche tecniche riservate Geobrugg, un partner affidabile Obiettivo dei nostri ingegneri e partner è di analizzare congiuntamente a voi e in collaborazione con gli studi d ingegneria locali il problema in dettaglio e di individuare soluzioni. Un accurata progettazione non è però la sola prestazione che vi offre Geobrugg: poiché disponiamo di propri stabilimenti di produzione in quattro continenti possiamo garantire altresì tragitti e termini di consegna brevi nonché un assistenza perfetta sul posto. Per assicurare un esecuzione spedita, forniamo in cantiere i componenti del sistema preconfezionati e chiaramente identificati. Se lo desiderate, vi prestiamo sul posto la nostra assistenza tecnica dall installazione fino al collaudo dell opera. Sul tema «responsabilità del produttore» Le cadute di massi, gli scoscendimenti, le colate di fango (debris flow) e le valanghe sono eventi naturali e quindi imprevedibili. Pertanto, non è possibile determinare e garantire con mezzi scientifici una sicurezza assoluta per persone e cose. Ciò significa che per garantire lo standard di protezione auspicato, sono necessari regolari e adeguati interventi di sorveglianza e manutenzione. Inoltre, gli eventi che eccedono la capacità di assorbimento calcolata dagli ingegneri, l utilizzo di parti non originali e la corrosione (per es. in seguito all inquinamento dell ambiente o ad altre influenze esterne) possono ridurre il grado di protezione. Geobrugg Italia SrL Via G. Giacosa 31 IT-017 Milano Tel Fax info@geobrugg.it Una società del Gruppo BRUGG Certificato secondo ISO IT-IT.1404