Per poter meglio inquadrare la problematica del. Ripristino di sedi stradali con tecniche a basso impatto ambientale. MATERIALI Terre Rinforzate

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1 Ripristino di sedi stradali con tecniche a basso impatto ambientale Geologia, ambiente, strade: il suolo italiano, così come fotografato da un recente documento di Legambiente, versa in una situazione che preoccupa non poco gli Enti preposti alla gestione e alla tutela del territorio. Un dato su tutti: 7% è la superficie nazionale interessata da rischi idrogeologici, connessi a frane e alluvioni. Ed il dissesto idrogeologico, come è noto, interessa direttamente le infrastrutture stradali: frane e smottamenti possono coinvolgere pesantemente i tracciati, causandone il cedimento strutturale. Le Strade presenta un esempio di pronto intervento stradale, attraverso opere di sostegno in terra rinforzata, gestito dall Area Decentrata per l Ambiente di Frosinone, che ha permesso di rimettere in sicurezza il tratto stradale interessato dal franamento. Massimo Facchini architetto Area Decentrata per l Ambiente di Frosinone Massimiliano Nart ingegnere Ufficio Tecnico TeMa divisione ambiente srl 1. Cedimento della sottoscarpa stradale in località Roccasecca, provincia di Frosinone Per poter meglio inquadrare la problematica del dissesto stradale, è quanto mai opportuno definire le condizioni al contorno generali del problema correlato al dissesto del territorio italiano, riportando alcuni dati statistici contenuti all interno di documento da poco pubblicato da parte di Legambiente ( la difesa del suolo in Italia - 3 marzo 2006). Dal 1991 al 2001 in Italia si sono verificati circa eventi franosi ed oltre piene. Nel corso del 2003 gli eventi alluvionali hanno interessato più di persone e le risorse economiche rese necessarie per porre rimedio a situazioni oggettivamente a rischio, sono ammontate a circa milioni di euro. La superficie nazionale interessata da rischi idrogeologici legati a frane e alluvioni è pari a circa il 7,1% del totale, cioè km 2. I comuni a rischio alluvione e frane sono 5.581, cioè il 70% dei comuni italiani. Regioni quali Calabria, Umbria, Valle d Aosta risultano essere le regioni in cui il 100% dei comuni risulta a rischio, seguite da Lombardia (99%) e Toscana (98%). I dati riportati dallo studio fotografano una situazione che chiaramente appare quanto mai preoccup a n t e. Il rischio idrogeologico e il degrado in cui versano molti corsi d acqua italiani costituiscono per le amministrazioni pubbliche (comuni, province regioni), un problema prioritario che necessita segnali forti e convincenti. L abusivismo edilizio, l estrazione illegale di i n e rti dagli alvei fluviali, l agricoltura intensiva con le opere di presa e di difesa degli argini, hanno con - tribuito in maniera determinante a sconvolgere l as - setto idraulico del territorio e a cre a re situazioni sem - p re più gravi di dissesto idrogeologico (..) Già nel precedente Ecosistema Rischio 2005, Legambiente e la Protezione Civile riportava che due comuni su tre svolgevano un lavoro negativo di mitigazione delle alluvioni e frane, mentre il 36% addirittura non adottava alcun accorgimento programmatorio in materia di sicurezza del territorio. Per far fronte a questo scenario estremamente preoccupante, nel 1989 viene emanata la legge sulla difesa del suolo (legge 183/89). Tale riferimento normativo si poneva l obiettivo di preservare i beni ambientali, gestire le problematiche legate alla difesa del suolo e alla pianificazione del territorio in modo sinergico tra i diversi attori disciplinari e istituzionali presenti nel contesto naz i o n a l e. La legge istituisce le Autorità di Bacino Nazionali, con il preciso compito di predisporre dei piani di bacino quali strumenti di gestione della risorsa idrica e di prevenzione /mitigazione del dissesto idrog e o l o g i c o. Stando alle elaborazioni di Legambiente, ad oggi, dopo 17 anni dall approvazione della legge 183, l i t e r di approvazione dei piani per l assetto idrogeologico ( PA I ) risulta di fatto in netto ritardo. Soltanto 14 Autorità di Bacino, (cioè il 37%), hanno approvato il PAI e solo 6, il (16%), lo hanno adottato. 148 LE STRADE 6/2006

2 Fonte: elaborazione Legambiente su dati del progetto AVI (Aree Vulnerate Italiane) - CNR -GNDCI (Gruppo Nazionale per la DIfesa dalle Catastrofi Idrogeologiche) IL DISSESTO DELLE INFRASTRUTTURE STRADALI La sede stradale, in quanto infrastruttura inserita in un contesto territoriale, è direttamente coinvolta nelle problematiche attinenti al dissesto idrogeolog i c o. Frane, smottamenti, allagamenti possono coinvolgere direttamente il tracciati, causandone il cedimento strutturale. Le cause scatenanti sono riconducibili a volte alla mancanza di manutenzione e gestione delle opere accessorie al contorno, che inevitabilmente diminuiscono il fattore di sicurezza associato alla fruibilità del manufatto. Una causa comune del dissesto può essere ricercata nella filtrazione sotto pavimentazione delle acque provenienti da monte che tendono a instabilizzare la fondazione del tracciato. Risulta quindi necessario prevedere degli interventi rivolti a regimare la circolazione delle acque superficiali e profonde, in corrispondenza della parte di monte, riducendo in questo modo sensibilmente la probabilità che il dissesto possa manifestari. Fonte: Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio/UPI, 2003 Fonte: Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio/UPI, /2006 LE STRADE 149

3 2 Sostanzialmente tra il terreno e il geosintetico (geotessile tessuto o geogriglia), si genera uno stato tensionale tangenziale che, mediante i meccanismi di interazione, rende possibile il trasferimento dei carichi anche agli elementi sintetici. Jewell introdusse nel 1991 delle relazioni analitiche volte ad esprimere compiutamente i meccanismi di interazione tra terreno e geosintetico: 2 2. Possibili cause di dissesto della sede stradale 3. Possibili danneggiamenti arrecati alla sede stradale da una non adeguata regimazione delle acque 4. Particolare della struttura drenante interna del geocomposito drenante Speedrain 3 OPERE DI SOSTEGNO A BASSO I M PATTO AMBIENTALE: LE TERRA R I N F O R Z ATA Una terra rinforzata è un opera di sostegno costituita da terreno e elementi sintetici di rinforzo. L opera che si realizza associa la capacità di resistere a compressione tipica dei terreni con la capacità di resistere a trazione degli elementi sintetici. In modo sinergico, i due elementi creano un sistema composito dotato di una coesione apparente c (Schlosser e Long, 1972) pari a: σ r = tensione efficace di confinamento equivalente sviluppata dal rinforzo; σ s = resistenza a trazione del rinforzo; A s = sezione trasversale del rinforzo; ΔB e ΔH = interasse verticale e orizzontale del rinforzo. Il trasferimento delle sollecitazioni impresse dai carichi esterni al terreno, vengono trasmesse ai rinforzi mediante due meccanismi di interazione: D i rect sliding ( s c i v o l a m e n t o ) ; P o l l o u t ( s f i l a m e n t o ). 1 W r = larghezza del rinforzo; L r = lunghezza del rinforzo; σ n = tensione efficace in direzione ortogonale al piano del rinforzo; f d s = coefficiente di attrito equivalente per scorrimento; f b = coefficiente di attrito equivalente per sfilamento; φ = angolo di attrito interno. Non volendo dilungarsi eccessivamente nella trattazione teorica di queste opere, demandando ad altra sede l approfondimento degli aspetti di carattere più tecnico, si vuole in queste pagine solamente ricordare che tali manufatti devono comunque essere soggetti a verifiche di stabilità sia interne che esterne: Verifiche esterne: t r a s l a z i o n e ; r i b a l t a m e n t o ; capacità portante; stabilità globale. Verifiche interne: direct sliding; p o l l o u t ; r i s v o l t o ; rottura del rinforzo. Gli aspetti qualificanti e caratterizzanti il sistema sono: drenaggio della parte interna dell opera; terreno utilizzato (rilevato strutturale); tipo di paramento esterno adottato; i rinforzi sintetici; sistema antierosiva al fronte. IL SISTEMA DI DRENAGGIO SINTETICO A TERGO DELLE OPERE IN TERRA RINFORZATA Dato che il fattore scatenate il dissesto, nella maggior parte dei casi è rappresentato da processi di filtrazione sotto fondazione, è importante prevedere un sistema di drenaggio opportuno a tergo del manufatto. Dopo aver provveduto alla regolarizzazione del tratto oggetto dell intervento (asportazione del mate LE STRADE 6/2006

4 r iale derivante dal franamento e regolarizzazione dell area di intervento), in corrispondenza del fronte di scavo, occorre predisporre lo strato drenante sintetico. Dopo aver installato provvisoriamente il geocomposito tipo Speedrain mediante sistemi di fissaggi temporanei, occorrerà seguire alcune semplici istruzioni di installazione per inserire la tubazione drenante in modo corretto ed eseguire il posizionamento del sistema in corrispondenza del fondo scavo (vedi schema a lato). Il sistema è costituito da un geocomposito drenante tipo S P E E D R A I N, alla base del quale viene alloggiato un collettore fessurato. La tubazione ha la funzione di raccogliere il quantitativo d acqua intercettato dal sistema e convogliarlo esternamente l area di intervento. Il sistema drenante sintetico ( S P E E D R A I N ) è costituito da un anima drenante interna costituita da monofilamenti di polipropilene ( P P ) conformata a canali paralleli, accoppiata, su entrambi i lati, a due geotessile non tessuti agugliati termosaldati in P P. 4 SCHEMA INSERIMENTO TUBAZIONE DRENANTE Fase Steso in posizione orizzontale, il geotessile superiore del geocomposito, dovrà essere staccato dal monofilamento costituente l anima drenante del sistema, in funzione delle dimensioni della tubazione; Fase 4 Una volta staccato il geotessile superiore (quello cioè che non è i n- teressato dal cordolino butilico), è necessario prevedere l inserimento della t u b a z i one fessurato, in corrispondenza della stuoia tridimensionale (parte nera); Fase 5 il collettore dovrà quindi essere rivestito dal geotessile; Fase 6-7 Rivestita la tubazione, si procede eliminando la protezione dal cordolo butilico; Fase 8 Il geotessile inferiore (la parte interessata dal cordolino) verrà r i s v o l t a t o superiormente, in modo da incollarsi al geotessile superiore; Fase 9 La sovrapposizione tra i due lembi di geotessile mediante il cordolino dovrà essere realizzata per tutta la lunghezza del geocomposito (L=25 m); Fase 10 Il sistema è pronto per essere ancorato ed installato. Q = portata [l/s]; W = larghezza considerata unitaria del G C D [ m ] ; q = Q / W = portata specifica [l/s m]; k = permeabilità [m/s]; t = spessore [m]; i = gradiente idraulico [ad.]; Da cui quindi la relazione che correla portata specifica e trasmissività: Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 θ = q/i 5 Fase 5 Il sistema può essere prodotto in larghezze da 2 fino a 4 m. Dal punto di vista tecnico, il dimensionamento dello strato sintetico avviene attraverso la conoscenza di alcune proprietà, la principale delle quali è la sua trasmissività idraulica. Per trasmissività idraulica si intende la quantità d acqua che il prodotto è in grado di trasportare longitudinalmente il proprio piano, nell unità di tempo, per unità di larghezza (l unità di misura è infatti l/s m). Il dato idraulico di un G C D (geocomposito drenante) dipende sostanzialmente da due fattori: dalla pressione di confinamento a cui è soggetto il sistema una volta che viene installato; dal gradiente idraulico. Per questo tipo di applicazioni si ritiene valido adottare la relazione di Darcy, da cui discendono le seguente considerazioni analtiche: [ l / s ] [ l / s ] [l/s m] Nel caso di interventi drenanti a tergo di manufatti in terre rinforzate, il valore relativo al gradiente idraulico è sostanzialmente pari a i=1, mentre per quanto riguarda la pressione esercitata sul prodotto, si calcola mediante le seguenti considerazioni: Detta H l al - tezza dello scavo in corrispondenza del quale verr à installato il sistema, lo sforzo orizzontale massimo di confinamento è dato dalla seguente formula: Con K A c o e fficiente di spinta attiva del terreno Nel caso fossero previsti dei sovraccarichi (temporanei o permanenti), è necessario correggere il valore dell altezza massima di scavo, mediante la seguente relazione: 6 7 Fase 6 Fase 7 Fase 8 Fase 9 [l/s m] 4 8 Fase 10 6/2006 LE STRADE 151

5 5a 5a, 5b, 5c. Casseratura in rete elettrosaldata 6. Particolare della geogriglia in PET rivestita PVC tipo X Grid 7. Geostuoia antierosiva K Mat F TIPO DI PARAMENTO ESTERNO A D O T TAT O Il ruolo del cassero è esclusivamente per regolarizzare il fronte, evitando l effetto visivo costituito dall estrusione della geogriglia + geostuoia (sganciamento) dopo aver eseguito la compattazione dello strato i-esimo. Solitamente viene utilizzato un foglio di rete elettrosaldata maglia 15 x 15 cm, dim. 8 mm, opportunamente sagomato in funzione dell inclinazione stabilita a progetto. RINFORZI SINTETICI ( G E O G R I G L I E ) L elemento di rinforzo sintetico utilizzato è rappresentato da una geogriglia tessuta in poliestere, ad alta tenacità, rivestita in P V C tipo X Grid. La scelta di elementi sintetici a maglia aperta rispetto a quelli a maglia chiusa, risiede nella loro capacità ad interagire con i grani del terreno in modo più efficace, potendo contare non solo sulla mobilizzazione di resistenza a trazione attive (barre longitudinali del rinforzo ) ma anche su quelle di natura passiva (barre traversali del rinforzo). L e ffetto cerchiante che si crea all interfaccia terreno/geosintetico, rende la geogriglia il sistema più comunemente impiegato per questo tipo di applicaz i o n e. Nel breve termine, la resistenza di un elemento di rinforzo sintetico viene calcolata in base alla norma EN ISO b La resistenza di lungo periodo viene invece calcolata, a partire dal valore nominale, applicando la seguente equazione: 5c F c r e e p = fattore di sicurezza al creep; F m 11 = fattore di sicurezza correlato alle tolleranze p r o d u t t i v e ; F m 1 2 = fattore di sicurezza correlato all etsrapolazione dei dati statistici di lungo periodo; F m 2 1 = fattore di sicurezza correlato ai danneggiamenti in fase di posa; F m 2 2 = fattore di sicurezza correlato alla natura dell ambiente in cui è inserito il rinforzo sintetico; T a l l o w = resistenza a trazione del prodotto nel lungo periodo (allow significa ammissibile) (kn/m); T n o m = resistenza a trazione nominale del prodotto, calcolata in base alla norma EN ISO ( k N / m ) ; RIVESTIMENTO ESTERNO A N T I E R O S I V O Esternamente, in posizione intermedia tra casseratura metallica e rinforzo sintetico, è fondamentale prevedere uno strato antierosivo al fine di evitare fuoriuscite di materiale fine durante le precipitazioni più i n t e n s e. Il prodotto geosintetico previsto ha una struttura tridimensionale ad elevato indice dei vuoti (superiore al 90%), ottenuta per estrusione di monofilamenti sintetici aggrovigliati e saldati nei punti di contatto in polipropilene ( P P ). 7 IL RUOLO DELL A M M I N I S T R A Z I O N E PUBBLICA NEGLI INTERVENTI DI SOMMA URGENZA A rea Decentrata per l ambiente di Fro s i n o n e L Area Decentrata per l Ambiente di Frosinone è una struttura dell Assessorato all Ambiente e Cooperazione tra i Popoli della Regione Lazio il cui scopo principale è sostanzialmente quello di avvicinare e sensibilizzare l amministrazione regionale nei confronti delle realtà provinciali locali, assicurando il supporto per tutte le attività regionali di competenza dell Assessorato di riferimento LE STRADE 4/2006

6 Dal punto di vista operativo, la struttura decentrata esegue sopralluoghi, verifiche e, all occorrenza, interventi di somma urgenza in materia ambientale su tutto il territorio provinciale (91 comuni complessivamente). Nel caso specifico, a seguito di un cedimento del sottoscarpa stradale, avvenuto in località Roccasecca, si è dovuti intervenire mediante opere di sostegno per consolidare e mettere in sicurezza il tratto interessato. L intervento dell Area Decentrata per l Ambiente si è svolto in ottemperanza e in applicazione alle attuali normative in materia di lavori pubblici, in particolare della legge regionale n. 55/ Fasi di posizionamento dei pannelli in rete elettrosaldata 11. Particolare del fronte, con in primo piano il sistema antierosivo per il contenimento delle particelle fini N ATURA DELLA PROBLEMAT I C A A seguito di un probabile inefficiente sistema di regimazione delle acque, il sottoscarpa della sede stradale comunale ha subito un dissesto diffuso, provocandone la parziale inagibilità del tratto. Questo fatto ha determinato l attivazione delle procedure di somma urgenza, previste dal LR 55/84, da cui l apertura della pratica per stabilire le modalità operative di intervento. A seguito della comunicazione da parte dell amministrazione comunale, sono state attivate le procedure previste per rendere cantierabile l area nel più breve tempo p o s s i b i l e. Eseguito preliminarmente un sopraluogo, sono state successivamente predisposte le relazioni tecniche da cui è emerso la possibilità di intervenire mediante delle opere di sostegno a basso impatto ambientale: le terre r i n f o r z a t e. La stazione appaltante ha infatti ritenuto estremamente vantaggioso sia tecnicamente che per il valore paesaggistico che simili manufatti possiedono, adottare una soluzione in cui il materiale da costruzione fosse sostanzialmente rappresentato dal terreno presente in situ, derivante dal franamento. P R I N C I PALI FASI DI LAV O R O Dopo aver eseguito i lavori di sbancamento della porzione di sottoscarpa franato, l impresa ha provveduto al posizionamento del primo strato di terra rinforzata, seguendo sostanzialmente i seguenti s t e p: Fase 1: predisposizione dei casseri a perdere in rete elett r o s a l d a t a ; Fase 2: inserimento dell elemento antierosivo al fronte, costituito da una geostuoia antierosiva in P P da 8 mm di spessore tipo K Mat F; Fase 3: inserimento della geogriglia di rinforzo (tipo X Grid 55), per una lunghezza totale Ltot pari a: L t o t = L a + *L s + *L p L a : lunghezza della base; L s : lunghezza del risvolto; L p : lunghezza dello strato i-esimo in corrispondenza del paramento frontale; S v : spessore dello strato i-esimo Fase 4: formazione dell elemento i-esimo, prevedendo il riporto di terreno in funzione dello spessore S v p r e v i- sto (50 cm). Le categorie di terreni da impiegarsi per la realizzazione dei manufatti in terre rinforzate appartengono generalmente alle classi A1, A2-4, A 2-5 ed A 3 ( s e- condo le norme italiane CNR-UNI 10006), prevedendo, in fase di posa, l esecuzione di un adeguata compattazione mediante rulli vibranti. Il valore ottimo di densità deve essere non inferiore al 90% di quella massima raggiungibile con la prova A A- S H TO m o d i f i c a t a. Fase 5: ultimato lo strato i-esimo, è necessario risvoltare sia la geogriglia X Grid che la geostuoia K Mat F; Fase 6: p r e d i s p o sizione dello strato successivo, in modo sequenziale rispetto alle fasi precedentemente i n t r o d o t t e. 6/2006 LE STRADE 153