La gestione delle problematiche delle costruzioni e delle infrastrutture su coste rocciose

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1 La gestione delle problematiche delle costruzioni e delle infrastrutture su coste rocciose Prof. Ing. Stefano Aversa Università degli studi di Napoli Parthenope Associazione Geotecnica Italiana Bologna, 24 ottobre 2014

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3 La gestione delle problematiche delle costruzioni e delle infrastrutture su coste rocciose 1. Gestione del rischio su area vasta 2. Frane su coste rocciose 3. Infrastrutture ed interventi di mitigazione

4 Gestione del rischio su area vasta Definizione quantitativa (probabilistica) del Rischio R = H E V Pericolosità o Hazard (H): probabilità di accadimento di un fenomeno naturale di assegnata intensità in una specificata area ed in un determinato intervallo di tempo Esposizione (E): popolazione, edifici e costruzioni in genere, attività economiche, infrastrutture e risorse ambientali di particolare valore presenti nell area potenzialmente a rischio con riferimento ad un fenomeno naturale di assegnata intensità Vulnerabilità (V): grado di perdita di un determinato elemento o insieme di elementi a rischio derivanti dal verificarsi di un fenomeno naturale di assegnata intensità

5 Multidisciplinarità nell analisi dei rischi Rischio Sismico Rischio Frane Sistema Protezione Civile Rischio Alluvioni Rischio Vulcanico Rischio Industriale Rischio Ambientale e degli Incendi boschivi

6 Mitigazione del Rischio da frana su costoni rocciosi R = H E V Si può mitigare il Rischio operando su uno o più dei seguenti fattori: Pericolosità o Hazard (H) Esposizione (E) Vulnerabilità (V) INTERVENTI DI STABILIZZAZIONE INTERVENTI DI PROTEZIONE Interventi di bonifica in parete Interventi di rinforzo Scavo di valli o trincee semplici o con paramento rivestito Protezione superficiale delle pareti Barriere paramassi rigide Barriere paramassi elastiche a basse deformazioni Barriere paramassi elastiche ad alte deformazioni Gallerie artificiali

7 Mitigazione del Rischio da frana su coste rocciose R = H E V Si può mitigare il Rischio operando su uno o più dei seguenti fattori: Pericolosità o Hazard (H) Esposizione (E) Vulnerabilità (V) Non si può azzerare il Rischio! Soprattutto quando si chiede anche di tutelare il Paesaggio e il Patrimonio culturale

8 Rischio, tutela del paesaggio e del patrimonio culturale Coste rocciose Impatto ambientale LIMITARE I COSTI TUTELA DEL PAESAGGIO TUTELA DEI SITI STORICI

9 Rischio, tutela del paesaggio e del patrimonio culturale Coste rocciose TUTELA DEI SITI STORICI Impatto ambientale La tutela del paesaggio e la necessità di limitare i costi possono essere perseguiti incrementando numero e qualità delle indagini geotecniche in sito e migliorando TUTELA DEL PAESAGGIO quindi l affidabilità dei Modelli Geotecnici di Sottosuolo LIMITARE I COSTI

10 Rischio, tutela del paesaggio e del patrimonio culturale Coste rocciose TUTELA DEI SITI STORICI Impatto ambientale La Conoscenza della Meccanica delle Rocce e l Esperienza TUTELA maturata DEL PAESAGGIO sul campo sono altrettanto utili LIMITARE I COSTI

11 Rischio, tutela del paesaggio e del patrimonio culturale Coste rocciose TUTELA DEI SITI STORICI Impatto ambientale LIMITARE I COSTI Conoscenza teorica e buon livello di indagini permettono al progettista di limitare TUTELA consapevolmente DEL PAESAGGIO gli interventi nelle zone strettamente necessarie Serve anche (e non è banale!) la consapevolezza condivisa del concetto di rischio residuo

12 Frane su coste rocciose Principali meccanismi di innesco Principali cause esterne di innesco Clima Cambio delle condizioni idrauliche al contorno Variazioni delle pressioni dell acqua Terremoti Cicli di carico/scarico ad alte frequenze Azioni Antropiche Carico/Scarico/Variazione delle condizioni al contorno Naturale variazione delle morfologia Carico/Erosione weathering

13 Grandi frane in roccia: A. Frane di neoformazione, con crollo più o meno simultaneo di grandi masse di roccia ad elevata mobilità B. Frane periodiche, con attivazioni di parte o della totalità dell accumulo di frana, più o meno ricorrenti negli ultimi 30 anni, caratterizzate da velocità di movimento da media a bassa C. Frane per lo più antiche, apparentemente quiescenti, ma con possibilità di riattivazione

14 Infrastrutture ed interventi di mitigazione A. Quasi mai ipotizzabili interventi di stabilizzazione di tipo attivo; valutazione del grado di pericolosità e del rischio (attraverso studi di dettaglio e monitoraggi) e definizione di un piano d allertamento per la sicurezza degli insediamenti B. Interventi di tipo attivo e anche passivo, comprendenti opere idrauliche lungo i corsi d acqua e sistemi di drenaggio sia in profondità che in superficie. Possibili anche interventi di sistemazione idrogeologica di tipo naturalistico. Limitazioni d uso del suolo C. Interventi di protezione di tipo passivo sono eventualmente possibili limitatamente al controllo del rischio di riattivazione parziale del fenomeno.

15 Misure attive (sono tese ad impedire la caduta dei blocchi): disgaggio di masse potenzialmente instabili uso di leve e martinetti idraulici; in alcuni casi, preventiva frantumazione della roccia con agenti demolitori non esplodenti (Blistar, Celtamex; ) o se possibile con esplosioni. consolidamento del versante reti metalliche e chiodature; saldatura delle superfici di discontinuità mediante iniezioni di cemento o miscele di sabbia e resine sintetiche; chiodature ed ancoraggi profondi per la stabilizzazione dei blocchi di media e grande dimensione. Misure passive (sono tese a bloccare i massi che liberamente si staccano dalle pareti rocciose): barriere paramassi fossati e rilevati paramassi in terra gallerie paramassi N.B. Per l interesse paesaggistico dei luoghi è necessario che gli interventi abbiano un limitato impatto ambientale!!!!

16 Teli di rete adagiati semplici I teli di rete sono fissati alla sommità e lungo il pendio con chiodi ed ancoraggi.

17 Teli di rete adagiati semplici Quando lo spazio lo consente, è bene prevedere alla base del pendio un fossato di raccolta dei massi, opportunamente dimensionato.

18 Ancoraggi L ancoraggio trasmette gli sforzi a cui è sottoposto alla formazione stabile, che fornisce a sua volta la resistenza necessaria per la reazione di equilibrio. Ancoraggio ripartito: l effetto di ancoraggio si realizza mediante l aderenza tra barra e sigillante e tra sigillante e roccia. I sigillanti usati possono essere malta di cemento, resine poliestere e resine epossidiche. Dimensionamento: determinazione di lunghezza e sezione trasversale della zona attiva. F F 1 2 P = π d f L τ P = π d b L τ L; d f a b P: carico di progetto; F 1 ; F 2 : coefficienti di sicurezza; d f : diametro del foro; L: lunghezza della zona attiva; τ b : resistenza a taglio tra cemento e roccia; τ a : resistenza a taglio tra cemento e acciaio; d b : diametro della barra d acciaio.

19 Ancoraggi in sommità Gli ancoraggi di monte vanno collegati con un cavo d acciaio, che deve essere legato alla rete. La distribuzione degli ancoraggi in sommità deve essere calcolata sulla base del carico massimo che può insistere su ciascuno di essi, tenendo conto del carico di rottura della rete. In alto la rete deve essere saldamente ancorata al terreno e possibilmente ripiegata su se stessa per m.

20 Sistemazioni al piede Il telo può essere lasciato libero a pochi decimetri dal suolo facendolo terminare all interno di un fossato di raccolta che va adeguatamente dimensionato e periodicamente sottoposto a lavori di ripulitura. Il fondo del fossato deve essere ricoperto con materiale adatto a smorzare l energia residua dei massi in caduta (sabbia, ghiaia fine, etc ). Quando lo spazio è limitato, si può sopperire al sottodimensionamento del fossato realizzando una barriera paramassi verticale.

21 Sistemazioni al piede Con limitato scarico di materiale dalla scarpata si ritengono valide le seguenti alternative: lasciare libera l estremità inferiore della rete, circa 0.30 m, per poter effettuare più facilmente la rimozione dei detriti depositati; bloccare la rete al piede per contenere i detriti che si distaccano dalla parete e si accumulano alla base del rivestimento. Tale ancoraggio dovrà permettere periodiche operazioni di scarico del materiale accumulato.

22 Teli di rete Lungo la parete i teli di rete ( di larghezza variabile da 1.00 a 4.00 m) devono essere accuratamente uniti tra di loro in maniera continua utilizzando filo di legatura avente un diametro minore o uguale a quello del filo costituente la rete, oppure con punti metallici di vario tipo. Quando si verifica la sovrapposizione di teli, è consigliabile mantenere il raddoppio dei teli stessi anziché tagliarli, per evitare perdite di tempo a svantaggio della resistenza.

23 Chiodi lungo la parete Quando è necessario mantenere i teli di rete aderenti alle pareti per impedire il rotolamento dei frammenti di roccia, vanno previsti opportuni ancoraggi. In genere gli ancoraggi si installano in ragione di un elemento ogni m 2 di superficie rivestita. I tipi di ancoraggi vanno definiti in funzione delle caratteristiche della pendice.

24 Teli di rete adagiati armati e rinforzati I teli di rete possono essere provvisti di elementi di rinforzo e di armatura per aumentare la capacità di trattenuta delle rocce che possono distaccarsi dalla pendice rocciosa. Si prevedono funi di rinforzo verticali ed eventuali armature ad andamento romboidale o diagonale lungo ogni fune verticale, fra pannello e pannello.

25 Teli di rete adagiati armati e rinforzati

26 Teli di rete adagiati armati e rinforzati Land Protection and Safety

27 Teli di rete adagiati con impermeabilizzazione Un manto di calcestruzzo spruzzato, di spessore compreso tra 60 e 150 mm, può essere messo in opera sulla rete metallica ancorata al terreno. Tale impermeabilizzazione,, impiegata solitamente su pareti sub-verticali, ha come scopo precipuo quello di impedire l alterazione della roccia dovuta agli agenti atmosferici (splash-erosion) e di contenere le fessurazioni superficiali della medesima. fori di drenaggio per l abbattimento di eventuali sottopressioni

28 Teli di rete adagiati con impermeabilizzazione Un manto di calcestruzzo spruzzato, di spessore compreso tra 60 e 150 mm, può essere messo in opera sulla rete metallica ancorata al terreno. Tale impermeabilizzazione,, impiegata solitamente su pareti sub-verticali, ha come scopo precipuo quello di impedire l alterazione della roccia dovuta agli agenti atmosferici (splash-erosion) e di contenere le fessurazioni superficiali della medesima. Intervento di impatto ambientale notevolissimo da limitare a zone di scarso pregio e per rocce estremamente fratturate Importante la predisposizione di sistemi di drenaggio fori di drenaggio per l abbattimento di eventuali sottopressioni

29 Barriere paramassi a) rete paramassi deformabile ad elevato assorbimento di energia b) rete paramassi parzialmente deformabile e controventata

30 Barriere paramassi A seconda della capacità di spostamento del manufatto, gli interventi possono essere suddivisi in due categorie: opere rigide opere flessibili (più diffuse) si caratterizzano per la piccola capacità di spostamento; pertanto le forze mobilitate necessarie all assorbimento di energia sono notevoli sono in grado di subire senza danni grandi deformazioni; di conseguenza le forze agenti sono limitate

31 Le barriere paramassi in commercio sono classificate secondo la massima energia cinetica che sono in grado di assorbire. In effetti tale parametro non è univoco per una barriera. Infatti, al variare della massa del blocco che impatta, la barriera raggiunge il collasso per valori di energia cinetica sensibilmente variabili. Risultati simulazioni di urto del blocco al centro di un pannello di rete costituente la barriera (Cazzani et al., 2002) D: diametro blocco v: velocità T: energia cinetica Rottura di almeno un componente della barriera (filo della rete) Barriere paramassi Collasso della barriera, che non ha più capacità dissipativa

32 Barriere paramassi Inoltre l energia critica di una barriera dipende dal punto in cui essa viene colpita dal blocco.

33 Barriere rigide in legno e acciaio (E c < 10kJ) prospetto e pianta trave in legno assonometria di una campata

34 Barriere rigide in acciaio (E c < 40kJ)

35 Barriere con funi di rinforzo orizzontali (E c < 40kJ)

36 Barriere a rete in fune d acciaio (varie categorie fino a 5000 kj)

37 Barriere a rete in fune d acciaio (varie categorie fino a 5000kJ)

38 Dissipatori energetici ad anello tubo frenante

39 Dissipatori energetici ad anello (diagrammi forza-allungamento) Land Protection and Safety

40 Esiste la normativa ETAG 027 per le barriere paramassi Per quelle deformabili è necessaria la certificazione con prove in campi prova con caduta verticale Concetto di gerarchia delle resistenze nella valutazione delle azioni in fondazione Il progetto delle fondazioni dipende fortemente dalla tipologia di barriera utilizzata

41 Fossati di raccolta Parametri per il dimensionamento del fossato

42 Rilevati paramassi in terra

43 Fossati di raccolta (abaco per il dimensionamento) Land Protection and Safety

44 Gallerie paramassi Questa tipologia fa parte della categoria di intervento a protezione diretta delle strutture esistenti esposte al rischio. Si tratta di un intervento localizzato atto ad assorbire l energia della frana durante il percorso di scendimento e permetterne il transito senza che la infrastruttura viaria e la sua utenza ne subiscano il danneggiamento.

45 Grazie Prof. Ing. Stefano Aversa Università degli studi di Napoli Parthenope Associazione Geotecnica Italiana