Linee guida per la progettazione della viabilità forestale in Lombardia: stabilità delle scarpate e opere di stabilizzazione

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2 Linee guida per la progettazione della viabilità forestale in Lombardia: stabilità delle scarpate e opere di stabilizzazione Prof. Gian Battista Bischetti Dr. Tommaso Simonato Istituto di Idraulica Agraria dell Università degli Studi di Milano Via Celoria, Milano Documento redatto nell ambito del contratto di ricerca tra Università degli Studi di Milano, Regione Lombardia D.G. Agricoltura e C.M. della Valsassina, Valvarrone, Val d Esine e riviera, Interazione tra processi idrologici e viabilità forestale nel bacino sperimentale del t. Pioverna orientale (Valsassina) - ipotesi di criteri di progettazione della viabilità forestale. Milano, 2005

3 La viabilità agro-silvo-pastorale rappresenta un fattore strategico per il mantenimento e lo sviluppo socio-economico delle popolazioni residenti nelle aree montane e collinari della regione Lombardia. Per tutelare le attività agro-forestali in questi territori, è necessario ampliare e conservare una diffusa ed efficiente rete viaria che permetta una corretta e moderna gestione agricola e forestale. Bisogna però prendere atto che la realizzazione di nuove strade agro-silvo-pastorali, costruite senza idonee opere di regimazione delle acque superficiali e di contenimento dei versanti, nonché la carente manutenzione della viabilità esistente, costituiscono una delle potenziali cause d innesco dei fenomeni di dissesto idrogeologico. La Regione Lombardia, già con la direttiva adottata con deliberazione n. VII/14016 del 8 agosto 2003, ha definito le strade agro-silvo-pastorali suddividendole in classi di transitabilità, anche sulla base delle caratteristiche costruttive (larghezza, pendenza ecc.). Inoltre ha fornito una metodologia per il loro censimento anche in funzione della programmazione degli interventi di manutenzione, ed ha indicato delle soluzioni tecniche-amministrative atte a migliorarne le caratteristiche costruttive, promuoverne la gestione e la regolamentazione del transito. Con questo manuale la Regione Lombardia intende fornire ai tecnici di tutti gli enti competenti, Comunità Montane, Amministrazioni Provinciali e Comuni, e ai liberi professionisti uno strumento per una corretta progettazione e realizzazione delle strade agro-silvo-pastorali. Attualmente nella pratica progettuale e realizzativa corrente della viabilità continuano ad essere ripetute una serie di cattive pratiche. Generalmente i progettisti non sviluppano a sufficienza i progetti che risultano carenti nella raccolta dei dati topografici, geomorfologici, idrologici, idrogeologici. Inoltre non vengono generalmente utilizzate al meglio le informazioni territoriali che la Regione rende disponibili attraverso il suo Sistema Informativo Territoriale. Spesso la limitata disponibilità finanziaria determina la scelta di privilegiare lo sviluppo lineare della strada a discapito della realizzazione delle opere accessorie di regimazione delle acque superficiali e di consolidamento delle scarpate, anche se questo può comportare maggiori oneri costruttivi. Mentre queste opere di fatto risultano determinanti nella riduzione dell impatto ambientale e consentono di limitare gli interventi di manutenzione e quindi i costi di gestione. In particolare il volume ha come finalità di riassumere le conoscenze e le innovazioni tecniche relative ai rapporti tra la circolazione idrica, la stabilità del pendii e la viabilità agro-silvo-pastorale, cercando di fornire una revisione critica ed un aggiornamento alle tecniche di regimazione delle acque e di consolidamento dei versanti fino ad oggi adottate, anche alla luce delle diverse esigenze connesse all aumento della fruizione turistico-ricreativa. Vicepresidente della Regione Lombardia e Assessore all Agricoltura Viviana Beccalossi

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5 INDICE 1 INTRODUZIONE DISSESTI E VIABILITÀ FORESTALE Introduzione Instabilità di versante Definizione Tipologie di movimento Attività Cause delle frane Ruolo dell acqua nell instabilità di versante Instabilità dei pendii artificiali Tipologie di dissesto più frequenti nell ambito della viabilità agro-silvopastorale Valutazione della stabilità dei versanti Identificazione delle aree suscettive d instabilità PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELLE SEZIONI Introduzione Tecniche costruttive Compensazione scavo-riporto Riporto parziale Scavo Rilevato Gradonatura Attraversamento di frane superficiali con meccanismo rotazionale Pendenza delle scarpate Scarpate in roccia Scarpate in terreni INTERVENTI DI STABILIZZAZIONE DELLE SEZIONI Introduzione...26 I

6 4.2 Opere di drenaggio della scarpata...27 I metodi che possono essere applicati per migliorare le condizioni di drenaggio, sia superficiale che profondo, e conseguentemente per migliorare le condizioni di stabilità di una scarpata sono prioritari rispetto ad altri metodi di stabilizzazione, perché generalmente producono sostanziali benefici a costi significativamente inferiori Fosso di guardia Dreni suborizzontali Cuneo drenante Opere di sostegno Generalità Criteri di progetto Palificate Generalità Tecnica costruttiva Materiali impiegati e tempi di realizzazione Messa a dimora delle talee Dimensionamento delle palificate a parete doppia Scogliere e muri in pietrame OPERE DI RINFORZO E DI COPERTURA Gradonate Dimensionamento Grate vive Inerbimenti Coperture diffuse BIBLIOGRAFIA...53 APPENDICE 1: ANALISI DI STABILITA DEI PENDII...58 Introduzione...58 Metodo del pendio indefinito...58 Scivolamenti planari...60 Presenza di acqua lungo il pendio...61 Frattura di trazione...62 Carico uniformemente distribuito...63 II

7 Metodo di Bishop semplificato (1955)...64 APPENDICE 2: VERIFICHE DELLE OPERE DI SOSTEGNO...68 Forze agenti e cenni sul calcolo della spinta delle terre...68 Estensione teoria di Rankine...70 Presenza di una falda...70 Effetto di un sovraccarico uniforme...70 Opera con base inclinata...72 Verifiche dei muri di sostegno...72 Verifica alla traslazione Verifica al ribaltamento Verifica al carico limite dell insieme fondazione-terreno (schiacciamento)...76 APPENDICE 3: TERMINI DELLA LEGENDA DELLA CARTA LITOLOGICA ALLA SCALA 1: (CARTOGRAFIA GEOAMBIENTALE, REGIONE LOMBARDIA)...83 INDICE delle FIGURE Figura 1: tipologie di frana maggiormente diffuse in ambito agro-silvo-pastorale: a) Frana di crollo, b) Scivolamento rotazionale, c) Scivolamento traslazionale, d) Colamenti o flussi....5 Figura 2: Principali dissesti che possono verificarsi lungo una strada forestale: A) frana lungo la scarpata di scavo ( cutslope slide ); B) frana che ha interessato la scarpata di riporto ( fillslope slide ); C) colata detritica che attraversa la strada in corrispondenza di un impluvio...12 Figura 3: effetto della diversione di un corso d acqua (da Furniss et al., 1997)...12 Figura 4: compensazione scavo-riporto...18 Figura 5: realizzazione dell unghia di valle...18 Figura 6: schema di realizzazione con riporto parziale...19 Figura 7: realizzazione in scavo...19 Figura 8: realizzazione in rilevato...20 Figura 9: realizzazione con gradonatura...20 Figura 10: alleggerimento della testata e carico del piede di una frana potenziale nell ambito della costruzione di una strada agro-silvo-pastorale mediante compensazione sterririporti...21 III

8 Figura 11: fosso di guardia...28 Figura 12: drenaggio suborizzontale...28 Figura 13: cuneo drenante con grata e palificata...28 Figura 14: Tipologie di muro di contenimento Figura 15: verifica di stabilità globale dell insieme muro-terreno Figura 16: Palificata (vista frontale)...32 Figura 17: palificate a parete semplice e a parete doppia (sezione)...33 Figura 18: Drenaggio delle fondazioni...34 Figura 19: Congiunzione dei tronchi (da: Regione Lombardia, 2000) Figura 20: Disposizione continua ed alternata degli elementi trasversali (vista frontale) Figura 21: Vista assonometrica di una palificata e del relativo riempimento (ridisegnato da D Agostino, 2000) Figura 22: Messa a dimora delle talee (da: Regione Lombardia, 2000) Figura 23 Rappresentazione schematica di un opera di sostegno in pietrame...44 Figura 24: Schema di costruzione di un muro in pietrame con terreno di riporto e tubo drenante a tergo (ridisegnato da Gray e Sotir, 1996)...44 Figura 25:schema costruttivo delle gradonate (da Regione Lombardia, 2000)...45 Figura 26: similitudine tra rinforzo sintetico e con talea...46 Figura 27: schema di rinforzo di un pendio sistemato a gradonata...47 Figura 28: schema costruttivo della grata viva (da Regione Lombardia, 2000)...50 Figura 29: idrosemina su scarpate stradali...51 Figura 30: copertura diffusa su scarpata stradale...52 Figura 31: schema del pendio indefinito...59 Figura 32: schema dello scivolamento planare di un cuneo di riporto...61 Figura 33:distribuzione delle pressioni con valore massimo a metà altezza...62 Figura 34: scivolamento del blocco in presenza di una frattura di trazione...63 Figura 35: schema delle forze nel caso di cuneo caricato...64 Figura 36: schema delle forze sul concio nel metodo di Bishop...65 Figura 37: schema delle forze nel metodo di Bishop semplificato...66 Figura 38: schema delle forze agenti su un opera di sostegno...68 Figura 39: Diagramma della spinta attiva di un terreno non coesivo su una parete verticale liscia...69 Figura 40: Diagramma della spinta attiva di un terreno non coesivo sottoposto ad un sovraccarico uniformemente distribuito IV

9 Figura 41: Schema statico di una palificata inclinata rispetto all orizzontale (sezione)...74 Figura 42: Sezione basale della palificata. Centro di sollecitazione (a) interno al nocciolo centrale della sezione di base; (b) coincidente con l estremo del nocciolo centrale; (c) interno al terzo medio di valle...78 Figura 43: Schema di rottura del terreno per il calcolo di q lim...80 INDICE delle TABELLE Tabella I Tipologia dei movimenti franosi (modificato da: Varnes, 1978)...4 Tabella II: scala dell intensità delle frane in base alla velocità...7 Tabella III: classificazione di Cruden e Varnes (1994)...8 Tabella IV: fattori che governano la stabilità dei versanti (in evidenza i fattori che maggiormente interessano la viabilità agro-silvo-pastorale)...10 Tabella V: Valori medi delle pendenze di scarpate in roccia Tabella VI: Linee guida per la pendenza delle scarpate di scavo e di riporto (modificato da British Columbia Forest Code, 1995)...24 Tabella VII: Proprietà fisico-meccaniche e indicazioni a scopo ingegneristico dei terreni (da: Washington Division of Geology and Earth Resources Bulletin , modificato)...25 Tabella VIII: Valori di resistenza di alcuni tipi di legname sottoposti a differenti sollecitazioni meccaniche (da Giordano, 1988)...38 Tabella IX: durabilità nei confronti dei patogeni e resistenza nei confronti degli insetti del legname (mod. da De Antonis e Molinari, 2003)...39 Tabella X: Materiale e tempi di costruzione per m 2 di paramento esterno (da Carbonari e Mezzanotte, 1993) Tabella XI: Formule per il calcolo della base B dell opera Tabella XII: Parametri utilizzati nel calcolo del rapporto B/H delle palificate Tabella XIII: Valori del rapporto B/H Tabella XIV: distanze tra i gradoni in funzione delle caratteristiche del materiale e la pendenza del versante a fine lavori, per talee di salice rosso di 1 m di lunghezza, 5 cm di diametro e 10 pezzi/m...48 Tabella XV: distanze tra i gradoni in funzione delle caratteristiche del materiale e la pendenza del versante dopo 15 mesi dall impianto, per talee di salice rosso di 1 m di lunghezza, 5 cm di diametro e 10 pezzi/m...49 V

10 Tabella XVI: Valori di φ in relazione alla granulometria del terreno (da Terzaghi e Peck, 1967)...72 Tabella XVII: Valori del carico di sicurezza del terreno in relazione alla caratteristiche del terreno di fondazione (modificato da Colombo, 1977) Tabella XVIII: Valori dei fattori di capacità portante secondo Terzaghi (da Lancellotta, 1993)...81 VI

11 1 INTRODUZIONE Tra tutti i possibili impatti della presenza di una strada agro-silvo-pastorale in ambito montano e collinare vi sono quelli relativi al dissesto idrogeologico, che possono costituire un fattore rilevante sia ai fini dell efficienza della strada stessa (riduzione della sicurezza di transito fino alla totale interruzione), sia un fattore di degrado a scala di versante e di bacino (aumento del sedimento prodotto e peggioramento della qualità dei corpi idrici, sovralluvionamento degli alvei e predisposizione all innesco di colate detritiche). In diverse aree del mondo numerosi Autori (McCashion e Rice, 1983; Meghan, 1984; Rood, 1984; Amaranthus et al., 1985; Sidle, 1985; McClelland et al., 1999), hanno dimostrato che la presenza di strade negli ambienti agro-silvo-pastorali è una causa importante per l innesco di fenomeni di franamento superficiale; secondo Gucinski et al. (2000) in ambito forestale la presenza di strade comporterebbe un aumento di frane in proporzione variabile tra 1 a 30 e 1 a 300. In genere, le frane associate alle strade agro-silvo-pastorali sono fenomeni di tipo superficiale che mobilitano piccole quantità di materiale che a causa del loro numero (McClelland et al., 1999), tuttavia, possono costituire un grosso problema di sicurezza della strada e un notevole onere in termini di manutenzione. La movimentazione diffusa di materiale solido, inoltre, può intasare gli impluvi predisponendo le condizioni per l innesco di colate detritiche. La presenza di strade come causa dei franamenti, in particolare, sembra essere particolarmente rilevante in ambienti caratterizzati da pendenze modeste dove in condizioni naturali non si avrebbero fenomeni di dissesto (McClelland et al., 1999; Jakob, 2000). Le cause dei franamenti innescati dalla presenza di una strada sono dovuti sostanzialmente a tre ordini di fattori: la creazione di scarpate con minor stabilità rispetto al versante naturale, a causa della maggiore pendenza e delle caratteristiche del terreno (poco compatto con forte presenza di materiale organico) che è anche più facilmente erodibile perché privo di copertura vegetale; la maggior probabilità di saturazione della scarpata di valle, a causa della cattiva gestione del deflusso superficiale che vi si riversa; 1

12 la diversione dei piccoli impluvi, dovuta all inadeguatezza e soprattutto all inefficienza dei manufatti idraulici (Donald et al., 1996; Furniss et al., 1997) che fa sì che il deflusso si riversi dapprima sulla sede stradale e poi sulla scarpata di valle, determinandone l erosione o la saturazione. Il presente documento si pone l obiettivo di riassumere le conoscenze relative ai rapporti tra la stabilità dei versanti e viabilità agro-silvo-pastorale e di fornire elementi utili per una corretta progettazione e realizzazione degli interventi sistematori maggiormente indicati in tale contesto. Per quanto riguarda la struttura del documento, esso può essere idealmente diviso in due parti: la prima è di carattere prevalentemente metodologico e richiama i principi di stabilità dei versanti con riferimento alle tipologie di dissesto, alla loro attività, alle possibili cause d innesco, per concludere con una rassegna dei più comuni dissesti associati alla realizzazione delle strade agro-silvo-pastorali; la seconda è invece di carattere applicativo e tratta degli elementi progettuali e realizzativi delle opere di sostegno e di rinforzo più diffuse in ambito forestale, che consentono di prevenire fenomeni di dissesto lungo le scarpate di valle e/o monte. 2

13 2 DISSESTI E VIABILITÀ FORESTALE 2.1 Introduzione Le relazioni fra strade e territorio montano sono molto più intense di quanto si possa pensare soprattutto in un territorio, quale quello lombardo, dove la natura dei terreni e del clima portano a fenomeni di dissesto idrogeologico (in atto o potenziale) che risultano spesso problematici rispetto alle esigenze di mobilità dell uomo. L abbandono del territorio montano, inoltre, ha spesso contribuito ad alterare il già precario equilibrio tra uomo e montagna, venendo meno l attenta opera di vigilanza e di capillare e tempestivo intervento eseguito sia dai proprietari, che dal personale degli Enti preposti. La conseguenza di ciò è l attivazione (o la riattivazione) di fenomeni gravitativi indesiderati (frane, caduta massi e smottamenti di terreno) che risulta particolarmente accentuata in concomitanza delle infrastrutture viarie in occasione degli eventi meteorici intensi. Nel presente capitolo verranno richiamati i principi inerenti la stabilità dei versanti e delle scarpate artificiali e descritte le principali forme che interessano la viabilità agro-silvopastorale. 2.2 Instabilità di versante Definizione In accordo con Varnes (1978) con il termine frana s intende un fenomeno naturale in cui, sotto l azione della forza di gravità, si verifica lungo una superficie definita un movimento verso il basso o verso l esterno del pendio, del materiale (roccia, terreno, rinterri, ecc.) che costituisce il versante (naturale o artificiale). Tali fenomeni vengono comunemente definiti anche come movimenti in massa, cioè movimenti di versante che si realizzano sotto l influenza della gravità e senza un vero mezzo di trasporto; a questo termine può essere opposto quello di trasporto in massa, ossia di materiale trasportato (sempre a causa della gravità) in un mezzo di movimento, come ad esempio l acqua (Crosta, 2001) Tipologie di movimento La distinzione in diversi tipi di movimento secondo cui può avvenire una frana costituisce, oltre che un comune e affermato sistema di classificazione, un punto di partenza sia per la scelta del modello di analisi di stabilità, sia per la programmazione d indagini specifiche, sia per l individuazione delle tecniche sistematorie più opportune. 3

14 Tabella I Tipologia dei movimenti franosi (modificato da: Varnes, 1978). TIPO DI MOVIMENTO TIPO DI MATERIALE terra (earth) detrito (debris) roccia (rock) crolli (falls) crollo di terra crollo di detrito crollo di roccia ribaltamenti (topples) ribaltamenti di ribaltamenti di ribaltamenti di terra detrito roccia rotazionali scivolamenti rotazionali di scivolamenti rotazionali scivolamenti di rotazionali di scivolamenti terra detrito roccia (slides) traslativi scivolamenti traslazionali scivolamenti di traslazionali scivolamenti di traslazionali di terra detrito roccia espandimenti laterali espandimenti espandimenti espandimenti (lateral spreads) laterali di terra laterali di detrito laterali di roccia colamenti o flussi (flows) colata di terra colata di detrito flusso in roccia frane complesse (complex) combinazione di due o più tipi di movimento La classificazione dei fenomeni franosi più nota ed utilizzata è senza dubbio quella di Varnes (1978), riportata in Tabella I; di seguito si riportano le definizioni relative alle diverse tipologie di fenomeno: Crolli: movimenti di una massa di dimensioni variabili che si stacca da una parete lungo una superficie con minimo spostamento di taglio e procede per caduta libera, rimbalzi, rotolamento e talora scivolamento (Figura 1a). Il movimento è molto rapido od estremamente rapido e normalmente il pendio da cui ha origine il crollo è fortemente inclinato (> 70 ). Ribaltamenti: movimenti per rotazione verso l esterno del pendio in genere di elementi rocciosi attorno ad un punto di rotazione situato al di sotto del baricentro della massa interessata, per azione della gravità, di fluidi e/o di sollecitazioni sismiche. Scivolamenti: spostamenti a blocchi multipli o a blocco singolo intatto per scorrimento lungo una o più superfici di rottura o lungo una zona di limitato spessore soggetta a intense deformazioni di taglio. Nel caso di scivolamenti rotazionali (Figura 1b) la superficie di rottura è curva e concava verso l alto; essi sono dovuti a forze che producono quindi un movimento di rotazione attorno ad un punto situato al di sopra del centro di gravità della massa. Gli scivolamenti traslazionali (Figura 1c) si verificano, invece, in prevalenza lungo una superficie piana o debolmente ondulata che corrisponde spesso a discontinuità geologico-strutturali come piani di faglia o di strato e fratture maggiori, oppure lungo superfici di contatto tra substrato roccioso e copertura di terreno. 4

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16 profilo a V e lasciano depositi laterali. Le colate in terra o fango (earthflow e mudflow) coinvolgono in genere materiali fini, con morfologie variabili in funzione del contenuto d acqua, ma generalmente presentano una forma stretta e allungata con una zona di svuotamento prevalente a monte e con lobo di accumulo al piede, mentre la zona intermedia è caratterizzata da un settore più o meno incanalato (Crosta, 2001). Frane complesse: la definizione di frana complessa è stata proposta e impiegata più volte con significati differenti e quindi diverse tipologie di fenomeno sono state classificate in tale gruppo. Varnes (1978), ad esempio, intende con tale termine il movimento di una massa risultante dalla combinazione di una o più tipologie di movimento sia in settori diversi (suddivisione spaziale) sia in fasi diverse di sviluppo del movimento stesso (suddivisione temporale), mentre per frane composite intende quelle in cui la superficie di movimento è formata dalla combinazione di elementi piani e curvi. Secondo le indicazioni del Working Party on World Lanslide Inventory (WP/WLI 1993, 1994) le frane composite prevedono invece la combinazione simultanea di più tipologie di movimento Attività Nell ambito degli studi relativi alla stabilità dei versanti è fondamentale, oltre all individuazione della tipologia del fenomeno, anche la valutazione dello stato d attività, stile e distribuzione dell'attività del movimento (WP\WLI, 1993, 1994). Senza entrare nel dettaglio, di seguito vengono trattati alcuni aspetti riguardanti lo stato di attività di una frana, mentre per quanto riguarda lo stile e la distribuzione di attività se ne danno solo le definizioni rimandando a testi specialistici per un approfondimento. Lo stato di attività descrive le informazioni disponibili circa il momento in cui si è realizzato il movimento ed è quindi utile per prevedere il tipo di evoluzione temporale; il fenomeno può quindi essere distinto in: Attivo: se attualmente in movimento, ossia se al momento dell osservazione o dell esecuzione dello studio si sono rilevati indizi di movimento Sospeso: se mossasi nell ultimo ciclo stagionale ma non è attualmente attiva Riattivato: se attiva dopo essere stata inattiva Inattivo: se mossasi per l ultima volta prima dell ultimo ciclo stagionale. Può dividersi inoltre secondo le classi seguenti: o Quiescente: quando inattiva ma riattivabile dalle sue cause originali tuttora esistenti 6

17 o Naturalmente stabilizzato: se inattiva e non più influenzata dalle sue cause originali o Artificialmente stabilizzato: se inattiva e protetta dalle cause originali tramite misure di stabilizzazione di origine antropica o Relitto: se inattiva e sviluppatasi in condizioni morfologiche e climatiche considerevolmente diverse dalle attuali. Sinonimi di relitta ritrovabili in letteratura sono antica, fossile e paleofrana Lo stile di attività descrive il modo con cui i diversi meccanismi di movimento contribuiscano alla frana in esame. La distribuzione di attività, infine, descrive il modo in cui la frana si sta evolvendo o muovendo, e quindi fornisce informazioni circa l evoluzione spaziale del dissesto. Risulta inoltre evidente come lo stato di attività influenzi notevolmente qualsiasi analisi del rischio di frana, influenzando l intensità del fenomeno di instabilità e, di conseguenza, sono state proposte diverse classificazioni riguardanti la velocità di movimento (Tabella II). Tabella II: scala dell intensità delle frane in base alla velocità Varnes (1978) Cruden e Varnes (1994) Hungr (1981) mm/s classe descrizione mm/s mm/s 3 m/s 3*10 3 VII estremamente 5 m/s 5* *10 3 rapido 0.3 m/min 5*10 0 VI molto rapido 3 m/min m/g 17*10-3 V rapido 1.8 m/h m/mese 0.6*10-3 IV moderato 13 m/mese 5* * m/anno 48*10-6 III lento 16 m/a 5* * m/anno 1.*10-6 II molto lento 16 mm/a 0.5*10-6 I estremamente lento In particolare, la scala di Cruden e Varnes (1994) comprende anche una classificazione dell intensità del fenomeno franoso sulla base dei danni attesi per le classi di velocità individuate (Tabella III) 7

18 Tabella III: classificazione di Cruden e Varnes (1994) CLASSE DESCRIZIONE VII Edifici distrutti per impatto del materiale; qualsiasi tentativo di porsi in salvo è impossibile; catastrofe di eccezionale violenza VI perdita di alcune vite umane, l'evacuazione completa della popolazione è impossibile V l'evacuazione della popolazione è possibile, distruzione di immobili ed installazioni permanenti IV possibile mantenimento di strutture temporanee o poco danneggiabili possibilità di intraprendere lavori di rinforzo e restauro durante il movimento; III strutture meno danneggiabili e mantenibili con frequenti lavori di rinforzo, salvo accelerazioni del movimento II alcune strutture permanenti possono essere danneggiate dal movimento I movimento impercettibile senza monitoraggio; costruzione edifici possibile con precauzioni Cause delle frane L identificazione, la classificazione, l analisi di un fenomeno franoso sono fortemente influenzate dal riconoscimento dei fattori che ne controllano il processo, e in particolare delle cause predisponenti e innescanti (Sowers e Sowers, 1970). Le cause principali dei movimenti franosi sono da ascrivere a fattori tettonici (storia tettonica e neotettonica, sismicità), litologici (composizione, tessitura, alterazione dei materiali), morfologici (topografia e morfometria dei versanti), idrogeologici (idrografia, drenaggio, caratteristiche delle falde acquifere), meteorologici (condizioni climatiche generali), pedologici (tipo di suolo), antropici (azioni dell uomo che influenzano l equilibrio del versante). Tali fattori si ripercuotono in termini di forze agenti sul versante, sforzi di taglio che agiscono in senso destabilizzante e resistenza al taglio che agisce in senso stabilizzante e possono essere distinti in due gruppi: fattori che aumentano le tensioni di taglio e fattori che riducono la resistenza al taglio (Tabella IV) Ruolo dell acqua nell instabilità di versante Da quanto precedentemente illustrato l acqua rappresenta un fattore dominante nell instabilità di versante e in particolare nell innesco dei movimenti franosi, come del resto è evidente anche dalla concomitanza tra frane ed eventi meteorici caratterizzati da precipitazioni abbondanti e/o intense. La presenza dell acqua nel terreno può essere dovuta a fenomeni di tipo differente quali la presenza di falde sotterranee o sospese, l umidità del terreno nella zona non satura, il deflusso superficiale e sottosuperficiale, l acqua di 8

19 idratazione dei minerali. In tali fenomeni può essere rilevante, oltre alle condizioni climatiche (entità e caratteristiche spazio-temporali delle precipitazioni) ed al regime idrologico, anche l azione dell uomo in termini di gestione delle acque superficiali e sottosuperficiali (presenza e gestione di invasi naturali e/o artificiali, perdite dai sottoservizi o serbatoi e gestione del deflusso in corrispondenza della rete viaria). 2.3 Instabilità dei pendii artificiali I pendii artificiali possono essere realizzati tramite scavo (trincee), riporto (rilevati), o scavo e parziale riporto sopra la topografia preesistente (il caso più frequente nelle strade Agro-Silvo-Pastorali) e possono essere realizzati con materiale naturale (terreno di scavo) o artificiale (inerti, rifiuti vari, ecc.) disposto senza tecniche particolari, con tecniche semplici (compattazione), o rinforzato (terre rinforzate), con appoggio diretto sulla vecchia topografia o su una topografia modificata (Crosta, 2001). Nel caso di scarpate realizzate in scavo su terreno naturale, chiaramente, vale quanto esposto in precedenza per i pendii naturali, anche se per essi nello studio dei problemi di stabilità si dovrà prestare particolare attenzione ad alcuni fattori che possono influenzare la tipologia delle superfici di rottura; tra essi ricordiamo: la struttura dell opera (geometria, eterogeneità, anisotropia, ecc.); il metodo e i tempi di esecuzione; le caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali impiegati nella realizzazione; le caratteristiche dei terreni di fondazione; le tipologie degli eventuali elementi di rinforzo (geometria, posizione, resistenza, ecc.); le condizioni idrauliche e idrogeologiche dell area. Per quanto riguarda la viabilità minore, i dissesti possono essenzialmente riguardare la scarpata di monte e quella di valle. Per quest ultima, secondo Gray e Sotir (1996), i fenomeni più comuni si originano dal materiale di riporto e sono caratterizzati da movimenti più o meno superficiali lungo superfici approssimativamente planari, essenzialmente secondo tre diverse modalità: una prima tipologia è quella in cui si ha uno scivolamento superficiale del margine esterno del riporto. Si tratta di una sorta di scivolamento traslazionale, che può essere analizzato attraverso il metodo del pendio indefinito, in quanto lo spessore della massa instabile è molto inferiore alla lunghezza del riporto stesso (Gonsior e Gardner, 1971, suggeriscono un valore minimo del rapporto lunghezza/spessore pari a 20); 9

20 Tabella IV: fattori che governano la stabilità dei versanti (in evidenza i fattori che maggiormente interessano la viabilità agro-silvo-pastorale) erosione glaciale, fluviale, marina FATTORI CHE AUMENTANO GLI SFORZI DI TAGLIO FATTORI CHE CAUSANO UNA DIMINUZIONE DELLA RESISTENZA AL TAGLIO Rimozione del supporto laterale Rimozione del supporto sottostante Sovraccarico Spinta laterale Processi vulcanici Sforzi transitori Tettonica regionale Processi d alterazione fisicochimica Variazione delle forze intergranulari per contenuto d acqua e pressione nei pori e/ o nelle fratture Variazioni struttura Disboscamento Altre cause nella frane che modificano la topografia del versante azioni antropiche: strade, cave, scavo/riporto, canali, ecc. sottoescavazione fluviale alterazione ed erosione sotterranea di rocce solubili o materiali argillosi estrazione mineraria naturale (precipitazioni solide e/o liquide; accumulo di detrito di versante; vegetazione; pressioni di filtrazione) antropico (es.: rinterri e rilevati; discariche; peso di strutture varie e/o mezzi meccanici; perdite di acqua dai sottoservizi) spinta idrostatica dell acqua in fratture o cavità spinta dovuta alla presenza di ghiaccio nelle fratture effetto del vento rigonfiamento per fenomeni di idratazione delle argille, dei gessi o di anidrite movimenti positivi o negativi dei versanti in seguito a variazioni di pressione nella camera magmatica terremoti con collasso della colonna eruttiva intrusione di dicchi esplosioni freatomagmatiche terremoti vibrazioni (es.: esplosivi, transito mezzi, ecc.) rammollimento delle argille fessurate essicazione delle argille migrazione delle acque verso il fronte di saturazione disintegrazione fisica di rocce granulari idratazione di minerali immersione in acqua totale o parziale del versante fessurazione rimaneggiamento di materiali strutturati riduzione dell azione delle radici riduzione dell evapotraspirazione perdita progressiva di resistenza per creep presenza di tane di animali 10...

21 una seconda tipologia di rottura prevede lo scivolamento dell intera massa riportata, lungo il contatto con la superficie naturale del pendio (sia essa costituita da depositi superficiali o da roccia in posto). Tale fenomenologia è comune secondo gli Autori nel caso di riporti costituiti da materiale sciolto, semplicemente accatastato a valle e non costipato, lungo pendii ripidi, come nel caso delle strade realizzate attraverso la consueta tecnica scavo-riporto ); in tale caso risulta maggiormente appropriata più appropriata l analisi di stabilità secondo il metodo dello scivolamento a cuneo (cfr. Appendice 1); una terza tipologia, infine, è costituita dai dissesti più complessi che finiscono per interessare il materiale posto al di sotto del riporto; in questi casi la superficie di scivolamento può essere anche più profonda del contatto riporto-versante e presentare forme articolate. In queste situazioni si consiglia di eseguire tutte le verifiche del caso (ad esempio attraverso il metodo dei conci ; cfr. Appendice 1), ipotizzando una serie di superfici di scivolamento curve, al fine di individuare la più critica, e prevedere la realizzazione di opere accessorie di sostegno del versante. 2.4 Tipologie di dissesto più frequenti nell ambito della viabilità agrosilvo-pastorale La presenza di una strada agro-silvo-pastorale, come precedentemente accennato, comporta una serie di alterazioni che interessano la geometria del versante, la dinamica della circolazione idrica e le caratteristiche del substrato (Bischetti, 2005). Queste incidono direttamente sui fattori che regolano la stabilità sia del versante naturale, che delle scarpate che si formano con la realizzazione della strada, aumentando la probabilità d innesco di alcune tipologie di dissesti. In particolare si può avere il collasso della scarpata o del versante a monte dell infrastruttura (Figura 2A), il cedimento della scarpata di riporto (spesso non rinforzata con adeguate opere di sostegno; Figura 2B), erosione o deposito di materiale solido in corrispondenza degli impluvi che convogliano colate detritiche originatesi nel tratto di monte dell impluvio stesso (Figura 2C). Una delle cause del cedimento della scarpata di valle è sicuramente l aumento del contenuto idrico causato dall alterazione del naturale percorso dell acqua o, molto più spesso, dalla deviazione del deflusso inalveato (ad esempio a causa dell inefficienza del manufatto realizzato per il suo attraversamento) che una volta arrivato sulla sede stradale la 11

22 segue fino a sfociare su una porzione di versante non C protetta (Figura 3). Si tenga presente che questo tipo di fenomeno è molto spesso la A fonte primaria di detrito e la B causa principale di cedimento delle strade agro-silvopastorali (Furniss et al., 1997); le conseguenze della Figura 2: Principali dissesti che possono verificarsi lungo una strada forestale: A) frana lungo la scarpata di scavo diversione e del successivo ( cutslope slide ); B) frana che ha interessato la scarpata deflusso sul versante non di riporto ( fillslope slide ); C) colata detritica che attraversa la strada in corrispondenza di un impluvio. protetto, infatti, consistono nell incisione di un nuovo canale che rimane instabile per un periodo più o meno lungo, nell innesco di franamenti che evolvono in colate detritiche che si riversano a valle nella rete idrografica o su tratti sottostanti della strada con un effetto cascata. In ogni caso, l interazione tra le strade e i fenomeni di dissesto può modificare la magnitudo e la direzione del deflusso superficiale e delle colate detritiche e può facilitare il passaggio da semplice deflusso a colata di detriti e materiale vegetale, causando notevoli danni alle infrastrutture. 2.5 Valutazione della stabilità dei Figura 3: effetto della diversione di un corso d acqua (da Furniss et al., versanti 1997) La valutazione della stabilità di un versante, sia esso naturale o artificiale, è tesa a verificarne le condizioni di sicurezza in senso globale. A tal fine è possibile ricorrere a diversi metodi, tra cui i metodi per l equilibrio limite (per valutare la rottura o lo stato limite) e i metodi numerici (differenze finite, elementi finiti, 12

23 ecc.) per la valutazione dei limiti di funzionalità delle strutture naturali o non (Crosta, 2001). L analisi della stabilità globale di un versante effettuata tramite l applicazione dei metodi dell equilibrio limite, in genere, ha come risultato il calcolo di un fattore di sicurezza. I metodi dell equilibrio limite, infatti, risolvono il problema dell equilibrio globale della massa di terreno delimitato dalla superficie di rottura e inteso come corpo rigido; essi si basano sulle seguenti ipotesi: si assume un meccanismo di rottura specifico (reale per frane avvenute, potenziale -la più critica- per frane temute); il criterio di rottura è in genere assunto lineare e solitamente è quello di Mohr- Coulomb: τ + σ ' ' ' = c tanφ [1] che intoduce due parametri principali di resistenza (coesione, c, e angolo di resistenza al teglio, φ ) e fa uso della componente normale dello sforzo agente sul piano di rottura; il materiale è assunto rigido perfettamente plastico; non sono considerati gli sforzi interni ai singoli blocchi assunti rigidi; i metodi devono risultare versatili nel consentire analisi con superfici di tipo diverso, terreni eterogenei e condizioni idrauliche differenti; il valore della resistenza al taglio mobilizzata o necessaria all equilibrio è rapportata a quella disponibile a meno di un determinato fattore di sicurezza (FS), ossia: FS τ f = [2] τ mob il fattore di sicurezza è uniforme lungo la superficie di scorrimento, ossia la medesima percentuale di resistenza al taglio è mobilitata sull intera superficie di scorrimento e lo stesso fattore di sicurezza è applicato ad entrambi i termini di resistenza: ' ' c ' tanφ τ f = +σ [3] FS FS All equilibrio si ha τ f =τ mob (cioè FS = 1) ed i pendii per cui FS>1 potrebbero essere considerati in linea di principio stabili. In realtà occorre tenere conto dell incertezza introdotta dalle ipotesi semplificatrici degli schemi di calcolo e soprattutto dell incertezza e dell elevata variabilità spaziale che caratterizza i parametri geotecnici. Nella prassi 13

24 applicativa, di conseguenza, vengono considerati stabili i versanti in cui la resistenza al taglio supera le tensioni di taglio di una certa quota; secondo la normativa geotecnica vigente (D.M. 11/3/1988) tale quota è fissata nel 30 % ed il progettista è tenuto a verificare o garantire un FS 1.3 per: fronti di scavo in terreni omogenei; rilevati stradali di tutti i tipi; pendii naturali interessati da lavori di qualsiasi tipo. Valori diversi (ma sempre maggiori di 1.3) possono essere giustificati, caso per caso, tenendo conto della complessità geologica e dell'importanza dell'opera. Per quanto riguarda invece i versanti naturali, la scelta è lasciata direttamente al progettista, ossia in funzione delle condizioni locali e ambientali, delle caratteristiche dei materiali, del rischio connesso, ecc., sarà possibile determinare un fattore di sicurezza significativo. In relazione ai valori del fattore di sicurezza, si possono perciò distinguere tre casi: FS < 1 : il pendio si trova in condizioni di instabilità globale; 1 FS 1.3 : il pendio si trova in condizioni prossime all equilibrio limite, anche un piccolo incremento degli sforzi tangenziali o una riduzione delle resistenze al taglio sulla superficie potenziale di rottura può innescare un fenomeno franoso; FS > 1.3 : il pendio si trova in condizioni di stabilità globale. I metodi che fanno riferimento al principio dell equilibrio limite possono a loro volta essere distinti in lineari e non lineari. I metodi lineari dell equilibrio limite sono di uso semplice poiché per essi esiste un equazione lineare per il calcolo di FS (Nash, 1987). I casi che possono essere analizzati con i metodi di tipo lineare sono quelli del pendio indefinito, dell analisi φ u = 0, del metodo ordinario dei conci, dello scivolamento di blocco o cuneo, del ribaltamento (gli ultimi due sono generalmente adatti a problemi di instabilità in roccia). Poiché il pendio non sempre è omogeneo e possono sussistere condizioni di flusso non facilmente schematizzabili, per un analisi in condizioni drenate è indispensabile far ricorso a metodi che suddividono la massa interessata da un movimento in un numero conveniente di conci, in modo da valutare in diversi punti lungo la superficie di rottura gli sforzi efficaci. Tuttavia in questi approcci di calcolo molte delle forze in gioco non sono note 14

25 all inizio dell analisi per cui si devono introdurre ipotesi che portano a soluzioni di tipo non lineare. Alcuni dei metodi, lineari e non lineari, d interesse per la viabilità agro-silvo-pastorale sono illustrati in Appendice Identificazione delle aree suscettive d instabilità Nell ambito della progettazione e della realizzazione della viabilità agro-silvo-pastorale il riconoscimento delle aree o dei punti suscettivi d instabilità costituisce un elemento di primaria importanza sia per la sicurezza del transito, sia per la funzionalità e la durata dell infrastruttura. Evitare l attraversamento di aree caratterizzate da un instabilità in atto o potenziale, infatti, costituisce il primo e fondamentale metodo per non dover effettuare interventi di stabilizzazione in fase di realizzazione o fine lavori; sebbene tale considerazione appaia del tutto ovvia, nella realtà non è quasi mai tenuta in debito conto durante le fasi di pianificazione della viabilità agro-silvo-pastorale, che dovrebbe essere proprio il momento più adatto per recuperare tutte le informazioni disponibili per l area in esame sottoforma di carte di base e tematiche (topografia, geolitologia, geomorfologia, pedologia, uso del suolo, idrologia, ecc.), di inventario dei dissesti idrogeologici (cartografia e schede frane), di fotografie aeree, di studi e rapporti specialistici. A tale proposito, negli ultimi anni la Regione Lombardia ha pubblicato un certo numero di monografie sui dissesti idrogeologici, riferite a zone specifiche del territorio lombardo, tra cui ricordiamo: Cartografia geoambientale (in scala 1:10.000); Carte del Censimento dei Dissesti della Regione Lombardia (in scala 1:25.000); Atlanti dei Centri Abitati Instabili (nell ambito del progetto SCAI); Atlante dei Conoidi (in corso di allestimento); Carte Inventario delle Frane e dei Dissesti Idrogeologici della Regione Lombardia (in scala 1:10.000). Le considerazioni che possono essere tratte dall analisi della documentazione reperita, non devono prescindere dall affidabilità, dall aggiornamento e, nel caso delle carte, dalla scala di rilevamento e di restituzione; nel caso in cui dalla documentazione emergesse una anche moderata suscettività d instabilità (in atto o potenziale) delle aree interessate dall infrastruttura, diviene quanto mai opportuno eseguire un sopralluogo con tecnici competenti. 15

26 Anche nel caso in cui la documentazione disponibile per la zona non presenti elementi di preoccupazione è bene, sia nel corso dei sopralluoghi per la definizione del tracciato, sia durante la realizzazione delle infrastrutture, prestare attenzione ad alcuni semplici indicatori di instabilità che sono di seguito richiamati: dissesti recenti che indicano una propensione al dissesto dell area; erosioni o depositi di detrito sciolto o di materiale legnoso in concomitanza di impluvi o alla base dei versanti che indicano il verificarsi di fenomeni di colate detritiche; fratture di trazione che indicano la presenza di movimenti in atto; segni di distacco recente da affioramenti rocciosi (sono costituiti da zone di colore più chiaro) o da accumulo di detrito alla base del pendio; segni di saturazione ricorrente (dati da orizzonti di suolo grigiastri o macchie giallorossastre); affioramenti di deflusso sottosuperficiale; depressioni del terreno sia nel senso della pendenza che trasversali, le prime indicano una possibile scarpata di frana relitta o un punto di deflusso concentrato, le seconde indicano una zona di concentrazione del deflusso sottosuperficiale; anomalie della rete di drenaggio superficiale; masse di terreno di forma irregolare più o meno lobata, rigonfiamenti lungo il versante che indicano aree di accumulo; elementi rettilinei (strade, tubazioni, linee elettriche) traslati localmente o spezzati o ribassati; presenza di vegetazione igrofila; piante eccessivamente inclinate o curvate (tronchi a J) che indicano un movimento degli strati superficiali del terreno. Qualora, anche durante la costruzione dell infrastruttura si riscontrasse la presenza di alcuni di questi caratteri e/o delle loro associazioni tipici delle aree in frana o suscettibili a franare, occorre considerare la possibilità di cambiare il tracciato o se ciò non fosse possibile, di intervenire con opere di sostegno e di rinforzo. Gli interventi eseguiti in fase di costruzione, infatti, risultano sicuramente più efficaci ed economici (senza considerare la sicurezza del transito), rispetto a quelli che andranno eseguiti a fronte di un fenomeno di dissesto in atto. 16

27 3 PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELLE SEZIONI 3.1 Introduzione La realizzazione di una strada che attraversa un versante comporta, come precedentemente accennato, una serie di alterazioni alla geometria originaria del versante che possono essere causa di successivi dissesti. In particolare, occorrerà prestare particolare attenzione ai seguenti aspetti: avere cura che l eventuale sbancamento non provochi il cedimento del versante a monte e che la pendenza della relativa scarpata sia compatibile con le caratteristiche del materiale e le condizioni idrologiche (ricorrendo eventualmente alla realizzazione di opere di rinforzo o di sostegno); avere cura che la scarpata di valle garantisca la stabilità del versante anche in condizioni di eventi meteorici intensi, evitando un eccessivo appesantimento del versante dovuto al peso del materiale e soprattutto all eccesso idrico ed evitando il rischio di diversioni degli impluvi (cfr. 2.4). Dal punto di vista progettuale e costruttivo si tratta di realizzare scarpate di pendenza compatibile con le caratteristiche del materiale, di utilizzare tecniche costruttive adeguate e di gestire adeguatamente il deflusso superficiale e sottosuperficiale. 3.2 Tecniche costruttive Una delle cause più diffuse di dissesti legati alla viabilità agro-silvo-pastorale è costituita dal sovraccarico del riporto che costituisce la scarpata di valle (Chatwin et al., 1994) e soprattutto in concomitanza di un elevato contenuto d acqua, dovuto alla pendenza del piano stradale verso valle o da un inefficace gestione del deflusso. Le strade agro-silvo-pastorali che attraversano un versante possono essere realizzate seguendo differenti tecniche costruttive; in genere, questo tipo di strade vengono realizzate secondo il principio della compensazione tra scavi e riporti (Bortoli, 1982; Mazzalai, 1984), mentre dal punto di vista della stabilità andrebbe adottato lo schema più adeguato alle caratteristiche di ciascuna sezione. Nei paragrafi seguenti vengono illustrati sia lo schema della compensazione tra scavo e riporto, sia alcuni metodi poco utilizzati in Italia ma che andrebbero presi in considerazione nelle situazioni particolarmente problematiche. 17

28 3.2.1 Compensazione scavo-riporto Il metodo prevede di eseguire una prima pista per l avanzamento dell escavatore che verrà poi progressivamente allargata realizzando in scavo la scarpata di monte e con riporto quella di valle (Figura 4). Il materiale più superficiale è bene sia accantonato per poter essere utilizzato per la finitura delle scarpate; il terreno più Figura 4: compensazione scavo-riporto grossolano può essere invece utilizzato per realizzare un unghia che consenta il deposito del materiale derivante dallo scavo (riducendo il rotolamento di materiale a valle) e sia di supporto per la scarpata di riporto (Figura 5). L utilizzo di piante messe di traverso per ancorare il materiale, suggerito in diversi manuali di origine statunitense, è una soluzione Figura 5: realizzazione dell unghia di valle valida solo per tracciati temporanei, in quanto dopo 5 7 anni il legname non è più in grado di esercitare una funzione di supporto (Chatwin et al., 1994). La scarpata di valle, infine, deve essere adeguatamente compattata al fine di aumentarne la resistenza al taglio. Il materiale grossolano derivante dallo scavo della scarpata di monte può essere utilizzato anche per la realizzazione dello strato di base della sede viaria. Al fine di ridurre la possibilità di scivolamento della scarpata di valle, in generale, occorre limitare il più possibile la quantità di materiale riportato sul versante di valle; tale quantità è legata alla larghezza della strada ed alla pendenza del versante. Per una larghezza del riporto di 1.5 m, infatti, passando da una pendenza del versante del 50% al 70% il volume del materiale depositato sul versante di valle raddoppia e per una pendenza del 50% passando da una larghezza del riporto da 1.5 a 2 m il volume aumenta del 50%. Per quanto riguarda le pendenze limite che possono essere assegnate alla scarpata di valle, Chatwin et al. (1994) indicano 55-60% (circa 30 ), tali valori si riducono drasticamente 18

29 quando il grado di saturazione della scarpata aumenta per l inefficienza del sistema di drenaggio. Tali indicazioni sono anche confermate dalle analisi condotte secondo lo schema del cuneo (cfr. Appendice 1 (Bassi, 2002) Riporto parziale Questo tipo di schema viene utilizzato su pendenze elevate, superiori al 60%, dove il materiale proveniente dallo scavo e riversato sul versante di valle non riesce a formare un cuneo sufficientemente stabile, ma solamente uno strato di terreno che si prolunga sul versante fino ad una variazione di pendenza o a ridosso di grossi massi o Figura 6: schema di realizzazione con riporto ceppaie; in quest ultimo caso, tuttavia, parziale occorre avere cura che non si formino zone con pendenze eccessive, in quanto massi e ceppaie non garantiscono la stabilità sul lungo periodo. Lo scavo della banchina nel terreno naturale raggiunge i ¾ della larghezza dell intera strada. Secondo Chatwin et al. (1994), questa soluzione è attuabile solamente in presenza di materiale grossolano, mentre è da evitare in terreni a tessitura fine Scavo Il metodo prevede la realizzazione della sede stradale interamente in scavo (Figura 7) e viene utilizzato quando le caratteristiche del materiale e/o le pendenze in gioco non garantiscono la realizzazione di una seppur minima scarpata di riporto. Il materiale di scavo viene riversato sul versante di valle, con un forte impatto sull ambiente circostante, oppure riutilizzato per proteggere Figura 7: realizzazione in scavo il fondo stradale altrove o portato dove non crea problemi richiedendo oneri aggiuntivi. Questa soluzione è da evitare in presenza di un substrato instabile e in terreni a matrice fine e di spessore elevato, dove può innescare movimenti profondi di tipo rotazionale anche consistenti. 19

30 3.2.4 Rilevato Questo schema prevede lo scavo di una banchina interamente nel versante naturale ed il deposito del materiale sul tratto retrostante; in questo modo si viene a creare un rilevato rispetto al versante naturale (Figura 8). È una soluzione che può essere attuata per evitare di riversare il materiale sul versante di valle o di doverlo trasportare altrove con costi Figura 8: realizzazione in rilevato aggiuntivi. Condizione indispensabile affinché questa soluzione non crei problemi è che il materiale sia sufficientemente grossolano e drenante Gradonatura Si tratta di realizzare una piccola banchina completamente in scavo alcuni metri sotto il piano stradale di progetto; a causa del ridotto volume il materiale può essere riversato sul versante senza grossi problemi. Completata la prima banchina, ci si muove verso monte scavandone un altra e riversando il Figura 9: realizzazione con gradonatura materiale sulla prima banchina e così via fino alla quota di progetto del piano stradale (Figura 9). È una buona soluzione per ottenere un piano stradale stabile minimizzando la quantità di materiale riversato lungo il versante; occorre però prestare molta attenzione al drenaggio per evitare la saturazione della scarpata di valle. Le banchine interposte tra i gradoni dovranno pertanto essere equipaggiate con canalette drenanti che intercettano le acque di dilavamento. La costruzione di gradonature comporta indubbiamente un aumento delle attività e conseguentemente un aumento dei costi di scavo, tuttavia può successivamente ridurre i costi di manutenzione. 20

31 3.2.6 Attraversamento di frane superficiali con meccanismo rotazionale Nel caso in cui non sia possibile evitare l attraversamento di aree interessate da un dissesto di tipo rotazionale, in atto o potenziale, è possibile realizzare l infrastruttura minimizzando il rischio o addirittura incrementando la stabilità del versante (Chatwin et al., 1994). In Figura 10: alleggerimento della testata e carico del piede di una frana potenziale generale, infatti, su di una frana si può nell ambito della costruzione di una strada agire caricandone il piede ed agro-silvo-pastorale mediante compensazione sterri-riporti alleggerendo la testata; nella costruzione della strada scavi e riporti, quindi dovranno essere effettuati seguendo tale schema (Figura 10). Nel caso l unico tracciato possibile vada ad interagire con dissesti estesi (Chatwin et al., 1994), la strada dovrebbe attraversarne il piede minimizzando lo sbancamento ed effettuando un riporto adeguato alla pendenza; qualora si debba invece attraversarne la testata, occorre lavorare completamente in scavo evitando il riporto sul versante di valle instabile. In nessun caso lo si deve attraversare nella porzione mediana. Si sottolinea che una tale soluzione richiede tassativamente che la superficie di scivolamento e le caratteristiche geomeccaniche siano correttamente identificate e supportate da adeguate campagne di misura, e che la valutazione della stabilità sia eseguita da parte di tecnici specializzati con comprovata esperienza nel settore. 3.3 Pendenza delle scarpate Per scarpata s intende la superficie di raccordo tra il solido stradale e il terreno naturale. La progettazione di un fronte di scavo ha come scopo quello di determinare un altezza e un inclinazione media del fronte tale da garantire, nel rispetto delle esigenze economiche in fase di realizzazione, la stabilità dello scavo per un previsto periodo di tempo. In generale, le scarpate hanno pendenza unica che dipende da molteplici fattori quali le caratteristiche del terreno/roccia, la stabilità geotecnica, la presenza o meno di acqua sia in superficie che nel sottosuolo, gli interventi di consolidamento previsti, la possibilità di erosione e i problemi d impatto ambientale. 21

32 La normativa nazionale per le strade civili (C.N.R., 1980) e per scarpate d altezza non elevate (intorno ai 3 metri) dà alcune indicazioni di massima, consigliando pendenze non superiori ad 1:5. Quando per motivi pratici tale pendenza non risulti adottabile, e comunque per altezze maggiori di 3 metri, diventa più conveniente arrivare gradatamente a pendenze di 2:3, realizzando contemporaneamente opere di contenimento del terreno e di drenaggio. Volendo affrontare l argomento con un maggior dettaglio, occorre innanzitutto differenziare la pendenza da assegnare alle scarpate in funzione del tipo di substrato in cui si realizza lo scavo, distinguendo tra scarpate in roccia e scarpate in terreni Scarpate in roccia Nelle situazioni di scavo in rocce compatte, non alterate e con modesta anisotropia meccanica, in genere non si manifestano grossi problemi di stabilità per cui, in linea di principio, sarebbe possibile adottare pendenze elevate, pressoché verticali. Tale soluzione, sebbene minimizzi lo scavo, è sconsigliabile in termini di sicurezza del transito e di costi di manutenzione; essa, infatti, può portare ad un degrado della scarpata più o meno rapido in funzione del tipo di roccia e dell intensità dei fenomeni atmosferici, con conseguente caduta di elementi di varia grandezza sulla sede stradale. Per ovviare a tali inconvenienti è buona norma assegnare alle scarpate pendenze minori di quelle strettamente richieste in termini di stabilità; in generale, per altezze inferiori a 8-10 metri si può far riferimento ai valori di massima riportati nella Tabella V. La letteratura, in ogni caso, riporta valori della pendenza delle scarpate di scavo in roccia mai superiori ad un rapporto di 4 a 1 (76 ). In genere, inoltre, le scarpate di riporto si realizzeranno secondo un inclinazione inferiore rispetto a quelle di scavo. Nel caso di rocce tenere, come ad esempio marne, conglomerati o argilloscisti, la tecnica costruttiva può prevedere la realizzazione di una gradonatura che ha il vantaggio da un lato, di minimizzare i rischi di cadute di massi e blocchi sulla strada, dall altro di rallentare e ridurre il degrado e l erosione dell ammasso roccioso, dovuti a fenomeni di dilavamento, poiché il gradone dissipa l energia della corrente. Se lo scavo viene realizzato in rocce stratificate e fratturate (caso piuttosto frequente nella pratica), possono verificarsi problemi di stabilità anche molto complessi in funzione delle caratteristiche geomeccaniche dell ammasso roccioso e delle caratteristiche delle discontinuità presenti. Lo studio della stabilità in questi casi può diventare complesso, sia per la quantità di informazioni geologiche necessarie, sia perché molto spesso la superficie di distacco non può essere considerata piana. Per situazioni di questo tipo si raccomanda di 22

33 Tabella V: Valori medi delle pendenze di scarpate in roccia. Tipo di roccia Legenda Carta Litologica Cartografia Geoambientale Regione Lombardia 1 Pendenza scarpata (vert/orizz) Rocce ignee IA, IB, EA, EB, FL 4/1 2/1 Rocce sedimentarie arenarie e calcari massicci rocce stratificate (orizzontali o a reggipoggio) marne e argilliti Ac, As, Cm, Cn, Dm Cs, Dm (se stratificata) Al, Fl, Am, Mc, Ss 4/1 2/1 2/1 1.33/1 1.33/1 1/1 Rocce metamorfiche gneiss, scisti, serpentiniti, marmi GN, MQ, MC 4/1 2/1 ardesie, filladi FD 2/1 1.33/1 ricorrere a tecnici specializzati in grado di utilizzare una schematizzazione adeguata dei problemi di stabilità dei pendii in roccia Scarpate in terreni Quando lo scavo interessa i terreni sciolti, la pendenza della scarpata deve essere assegnata in modo tale da garantire la stabilità del pendio con un opportuno coefficiente di sicurezza (si ricorda che la normativa geotecnica in materia di pendii fissa il Fattore di Sicurezza minimo nel valore di 1.3). Tralasciando qui ogni dettaglio circa i diversi metodi d analisi di stabilità dei pendii, vengono di seguito proposte alcune indicazioni di massima circa l inclinazione delle scarpate. Nel caso in cui non siano disponibili studi specifici (per esempio relazioni geotecniche) riguardanti la tipologia del terreno interessato dalle operazioni di scavo, di norma in Italia la scarpata di monte si realizza con una pendenza di 1:1, anche se sono tuttavia possibili inclinazioni maggiori sino a 3:2 sui terreni più stabili (di natura grossolana). Dovranno invece essere ridotte a 2:3 per terreni fini coesivi, soprattutto in presenza di acque sottosuperficiali. Nelle scarpate di riporto, il materiale può essere disposto secondo l angolo naturale di attrito interno (Bortoli, 1982). Anche nella letteratura straniera i riferimenti relativi all inclinazione delle scarpate sono scarsi, soprattutto in relazione alla classificazione granulometrica del terreno interessato dallo scavo. In Tabella VI si riportano i valori utilizzati in Canada e negli Stati Uniti d America, in funzione della granulometria del materiale. 1 Per una definizione particolareggiata delle litologie si rimanda all Appendice 3. 23

34 Si noti che tali valori nell ambiente italiano devono essere intesi come indicativi e soprattutto, essi valgono per scarpate d altezza inferiore a 3 metri. La fonte stessa della tabella, inoltre, consiglia di ridurre le pendenze in corso d opera, nel caso vi sia la presenza di fratture di trazione di neoformazione (o a monte della scarpata o sulla superficie stradale) o nel caso in cui insorgano fenomeni di instabilità lungo il pendio interessato dall opera. Altri valori che oltre alla classificazione granulometrica del terreno fanno riferimento anche alla sua origine sono riportati in Tabella VII, che fornisce anche l indicazione di alcuni parametri geotecnici utili per i principali impieghi dei materiali in ambito ingegneristico. Tabella VI: Linee guida per la pendenza delle scarpate di scavo e di riporto (modificato da British Columbia Forest Code, 1995) Scarpate di scavo Scarpate di riporto materiale 2 pendenza materiale pendenza miscele di sabbia e ghiaia (GP) sabbie da sciolte ad addensate 1/1.5 miscele di sabbia e ghiaia (GP) (SW, SP) sabbie (SW, SP) miscele di ghiaia, 1/1.5 sabbie limose (SM) 1/1 sabbia, limo e argilla (GM, GC) limi da addensati a molto addensati sino a cementati (ML) 1/0.75 limi soffici, limi argillosi (MH) 1/1.5 argille limose (CL) argille inorganiche (CH) 1/1 limi (ML, MH) argille (CL, CH) 1/2.5 2 classificazione USCS (Unified Soil Classification System)riportata nell Appendice 4. 24

35 Tabella VII: Proprietà fisico-meccaniche e indicazioni a scopo ingegneristico dei terreni (da: Washington Division of Geology and Earth Resources Bulletin , modificato) classificazione origine USCS alluvionali alta energia GW, GP, GM bassa energia ML, SM, SP, SW glaciali Peso di volume secco angolo di resistenza al taglio coesione erodibilità relativa capacità portante difficoltà di scavo inclinazione scarpata g/cm 3 kg/cm 2 kg/ cm 2 % 1,85-2, bassa 0,75 1,00 bassa ,45-1, ,25 till SM, ML 1,90-2, ,50 2,00 fluvioglaciali glaciolacustri lacustri inorganici organici medioalta mediobassa GW, GP SW,SP,SM 1,85-2, ,50 mediobassa ML, SP,SM ML, SM, MH 1,60-1, ,50 medioalta 0,25 0,75 bassa ,75 2,50 medio- alta ,75 1,50 medio- bassa ,50 1,00 media ,10-1,60 5, ,10 alta 0 0,25 bassa 0 25 OL, PT 0,15-1, ,10 alta 0 0,25 bassa 0 25 eolici loess ML, SM 1,25-1, ,25 0,50 molto alta 0,25 0,50 bassa

36 4 INTERVENTI DI STABILIZZAZIONE DELLE SEZIONI 4.1 Introduzione Il principale modo per rendere stabili le sezioni che compongono la viabilità agro-silvopastorale è, come precedentemente illustrato, quello di evitare di attraversare aree potenzialmente instabili o peggio con dissesti in atto. Poiché ciò non è sempre possibile e la precisa identificazione di tali aree non è né semplice, né scevra da incertezza, spesso ci si trova a dover effettuare interventi di stabilizzazione in corso d opera o su strade già realizzate. Nel caso della viabilità agro-silvo-pastorale, gli interventi dovranno combinare la sicurezza con l economicità delle opere ed il ridotto impatto ambientale. Gli interventi che possono essere realizzati in ambito agro-silvo-pastorale possono essere essenzialmente suddivisi nei seguenti tipi: protezione del corpo stradale da caduta massi e franamenti: la caduta massi è un fenomeno sottovalutato nell ambito della viabilità agro-silvopastorale anche se dal punto di vista del rischio per il transito rappresenta un evento estremamente pericoloso, data anche la rapidità con cui si manifesta. Per questo motivo è fondamentale in fase di realizzazione o di completamento dei lavori rimuovere gli ammassi instabili di maggiore dimensione. Gli interventi di sistemazione sono costituiti da interventi puntuali di disgaggio, effettuati mediante rimozione meccanica dei blocchi rocciosi pericolanti, e da interventi di copertura e messa in sicurezza delle pendici di monte, costituiti dalla posa in opera di reti metalliche tirantate e funi in acciaio; in taluni casi può essere sufficiente la posa di stuoie e l idrosemina. Le reti in aderenza, in particolare, ben si adattano alla morfologia del territorio, costituiscono soluzione valida ed economicamente poco onerosa pur necessitando di mano d opera specializzata per la manutenzione ordinaria e straordinaria; consolidamento delle scarpate di monte: in generale, la stabilità delle scarpate di monte dipende dalla pendenza che viene loro conferita durante la realizzazione del corpo stradale, in relazione al tipo di substrato ed alla presenza di acqua. Talvolta le condizioni del versante attraversato richiedono di realizzare scarpate con una pendenza che da sola non ne garantirebbe la stabilità con ragionevole sicurezza; in tali casi, di conseguenza, occorre effettuare adeguati interventi che contribuiscono da una parte a favorire lo smaltimento delle acque, dall altra a rinforzare o sostenere la scarpata stessa. 26

37 In tale situazione è essenziale la ricerca della provenienza delle acque superficiali e d infiltrazione e la loro regimazione che può essere conseguita mediante fossi di guardia costruiti sul versante a monte della scarpata e sistemi di drenaggio superficiale, sottosuperficiale e profondo. In taluni casi può essere necessario ricorrere al principio del cuneo drenante ricostruendo la scarpata con materiale grossolano ad elevata capacità drenante. Le opere di sostegno più indicate nell ambito della viabilità agro-silvopastorale sono le palificate, le gabbionate metalliche, i muri e/o le scogliere a secco, limitando ai casi più critici la costruzione di muri in calcestruzzo o in cemento armato e le terre rinforzate con elementi sintetici. Le opere di rinforzo e copertura possono essere realizzate mediante gradonate, fascinate, inerbimento, geostuoie, ecc.; consolidamento delle scarpate a valle: l instabilità delle scarpate di valle si verifica nella maggior parte dei casi a causa del sovraccarico del cuneo di riporto dovuto alle sue dimensioni ed alla presenza di acqua; ulteriore causa d instabilità è l erosione dovuta al deflusso convogliato sulla scarpata dal piano viario o dall inefficienza del sistema di drenaggio. Un ultima causa, seppure meno frequente, è l erosione spondale di corsi d acqua fiancheggianti la strada stessa. Gli interventi, in questo caso, consisteranno quindi in un attenta progettazione, esecuzione e manutenzione della rete di smaltimento dei deflussi provenienti dal piano stradale e dagli impluvi (Bischetti, 2005), e in opere di sostegno e di rinforzo come per la scarpata di monte. Al fine di scongiurare invece le erosioni spondali è consigliato in molti casi procedere alla costruzione di scogliere in materiale lapideo, oltre alla regimazione idraulica per mezzo di briglie, soglie e pennelli. 4.2 Opere di drenaggio della scarpata I metodi che possono essere applicati per migliorare le condizioni di drenaggio, sia superficiale che profondo, e conseguentemente per migliorare le condizioni di stabilità di una scarpata sono prioritari rispetto ad altri metodi di stabilizzazione, perché generalmente producono sostanziali benefici a costi significativamente inferiori. Nel presente paragrafo verranno illustrati i sistemi di drenaggio che interessano il corpo della scarpata, mentre per i sistemi di drenaggio superficiale si rimanda a Bischetti (2005). I drenaggi profondi potranno essere correttamente progettati e realizzati solamente dopo aver effettuato studi idrologici ed idrogeologici in un intorno significativo dell area, in 27

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