Terre Rinforzate UN OPERA IN TERRA RINFORZATA. Nel presente articolo verrà presentata l opera TR02 situata dalla

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1 Su incarico della Ditta esecutrice dei lavori (General Contractor) SIS ScpA di Torino, la Società Geosintex ha fornito materiali, tecnologie e supporto tecnico per la realizzazione di alcune opere in terra rinforzata comprese nel macrolotto n 2 UN OPERA IN TERRA RINFORZATA PER L AUTOSTRADA SALERNO-REGGIO CALABRIA Lorenzo Frigo* Figura 1 Ambiente & Territorio Le grandi infrastrutture del Mezzogiorno tirrenico a Sud di Salerno si identificano principalmente con il potenziamento dell Autostrada A3 SA-RC, il terminal di Gioia Tauro e la realizzazione del ponte sullo Stretto. In riferimento al potenziamento dell autostrada, nell ambito dei lavori di ammodernamento e adeguamento al tipo 1/A delle Norme C.N.R. /80 del tratto dal km al km , Geosintex ha fornito materiali, tecnologie e supporto tecnico per la realizzazione di alcune opere in terra rinforzata comprese nel macrolotto n 2. Nel presente articolo verrà presentata l opera TR02 situata dalla progressiva pk 8, fino alla pk 8, Tutti i dati citati provengono dalle relazioni geologiche e dai progetti elaborati dallo studio di progettazione SICS. L Impresa esecutrice dei lavori (General Contractor) è la Società SIS ScpA di Torino. L opera TR02 è una terra rinforzata che rientra nella categoria dei pendii rinforzati, con inclinazione del fronte pari a 63. E costituita da due balze: la prima, partendo dal piano campagna, con altezza di h = 5,20 m, segue una banca di 6,00 m, sede di una strada di servizio, poi inizia la seconda balza con altezza massima di h = 5,20 m. Nella sommità della Figura 2 piccola banca orizzontale di circa 3,50 m e poi inizia il pendio con inclinazione di 34 e altezza massima h = 14,00 m. Al di sopra del pendio è presente la sede autostradale. La terra rinforzata presenta uno sviluppo lineare di 500 m c.a. con una superficie di m 2. seconda balza è presente una Schematicamente, il substrato può essere suddiviso in tre litotipi principali individuati grazie alla campagna geognostica eseguita presso l area di intervento. In particolare, partendo dall alto, sono stati individuati: UG0 terreno di riporto: costituito prevalentemente da materiali di riporto granulari, ghiaioso sabbiosi, con matrice fine limosoargillosa in percentuali variabili. Dalle prove in sito è emerso che tali materiali presentano un comportamento prevalentemente attritivo con le seguenti caratteristiche geotecniche di massima: γ = kn/m 3, ϕ = 30-33, c = 0 kpa; UG2a Coltre Eluvio-Colluviale: depositi fini prevalentemente limoso-argillosi, mediamente consistenti e con inclusi frammenti rocciosi poco arrotondati. Tali materiali derivano prevalentemente dal processo di degradazione e alterazione del livello superficiale del sottostante sottostrato roccioso; UG7b Calcari intensamente fratturati: livello roccioso carbonatico, costituito in prevalenza da calcareniti e dolomie, intensamente fratturato e alterato e con presenza di cavità carsiche. I sistemi di discontinuità presenti sono riempiti da materiali fini limoso-argillosi di colore ocra. La tecnica di realizzazione della terra rinforzata è del tipo Wrap Around, la quale prevede che la geogriglia di rinforzo venga risvoltata sul paramento. Le geogriglie impiegate 201

2 Caratteristiche Norma Unità Ibergrid Ibergrid Ibergrid di misura 55/30 80/30 110/30 Struttura W W W Tipo di polimero PET PET PET Tipo di polimero del rivestimento PVC PVC PVC Apertura della maglia mm 20x20 20x20 20x20 Resistenza a trazione EN ISO kn/m 55(L) 30(T) 80(L) 30(T) 110(L) 30(T) Deformazione al carico massimo EN ISO % 12(L) 12(T) 12(L) 12(T) 12(L) 12(T) Tabella 1 - La resistenza a trazione delle geogriglie Ibergrid Stabilire la geometria, i carichi e le prestazioni di progetto geometria e carichi: altezza del pendio H, inclinazione θ, carichi esterni (sovraccarico q, coefficienti sismici kh e kv vedi NTC 2008, azioni dell acqua; prestazioni: in base alle combinazioni indicate nelle NTC 2008, si dovrà tener conto di: sono in poliestere rivestite in PVC tipo Ibergrid 55/30, Ibergrid 80/30 e Ibergrid 110/30, per le quali le caratteristiche sono riportate in Tabella 1. Sul fronte della terre rinforzata è stata posta una biostuoia in juta per trattenere i fini e un cassero in rete elettrosaldata sagomato per garantire la corretta inclinazione e favorire la compattazione in prossimità del paramento (Figura 3 e Tabella 1). Figura 3 I Progettisti hanno scelto le strutture in terra rinforzata al posto degli usuali muri in calcestruzzo armato per una serie di motivi: una migliore risposta sismica rispetto a un opera rigida; l adattamento ad eventuali cedimenti differenziali; la riduzione dell impatto ambientale e visivo; la velocità di posa; la riduzione dei costi di esecuzione e dei tempi. Il progetto di pendii ripidi rinforzati: osservazioni generali Indicazioni dal D.M e dalla pubblicazione n FHWA-NHI Secondo quanto riportato nel nuovo testo unico per le costruzioni NTC 2008 e approfondito da metodi di calcolo presenti nella pubblicazione della Federal Highway Administration n FHWA-NHI è possibile ricavare indicazioni per il progetto di un pendio rinforzato (terra rinforzata con fronte inclinato di θ 70 rispetto all orizzontale). La pubblicazione citata riporta un diagramma di flusso che guida nella progettazione permettendo di non omettere passaggi importanti (Figura 2). I nodi progettuali si possono così descrivere nel seguito. Figura 4 202

3 SLU di tipo geotecnico (GEO) e di equilibrio di corpo rigido (EQU): stabilità globale del complesso opera di sostegno-terreno, scorrimento sul piano di posa e su ogni rinforzo, collasso per carico limite dell insieme fondazione terreno, ribaltamento; SLU di tipo strutturale (STR): raggiungimento della resistenza negli elementi strutturali, accertando che la relazione E d R d sia soddisfatta per ogni stato limite considerato ricordando che queste opere sono in materiale sciolto; SLE: stabilire il livello massimo di deformazione accettabile; Controllare la stabilità interna e composta dell opera relativamente agli SLU considerati. In genere queste analisi vengono condotte sia con programmi che implementano il metodo dell equilibrio limite (Bishop, Fellenius, Morgenstern e Price ) che con codici a elementi finiti o differenze finite, in modo da garantire lo sviluppo naturale della superficie di rottura. Determinare i rinforzi necessari per la stabilità del pendio FHWA fornisce un espressione per il fattore di sicurezza del pendio solo per superfici di rottura circolari Fs = [(M R -T S R)/M D ] M R = momento resistente (il polo è il centro del cerchio di scorrimento) calcolato senza il contributo dei rinforzi; T S = la somma delle forze fornite dai rinforzi; R = il raggio del cerchio analizzato; M D = il momento instabilizzante. Figura 7 Figura 5 Determinare le proprietà meccaniche del terreno in sito Questo vale per il terreno di fondazione e a tergo del pendio rinforzato per i quali occorrono i parametri di resistenza al taglio cu e/o c e ϕ per ogni strato, il peso dell unità di volume γ wet e γ dry, i parametri di consolidazione Cc, Cr, Cv e σ c, la posizione della falda e la superficie piezometrica. Determinare le proprietà meccaniche e chimiche del terreno posto tra le geogriglie (terra ingegnerizzata) e di quello a tergo se diverso Verranno determinate la curva granulometrica e l indice di plasticità, le caratteristiche di compattazione (95% Proctor standard), γ d e w opt, lo spessore di compattazione, i parametri di resistenza al taglio c u e/o c e ϕ, il ph. Determinare i parametri di progetto per il rinforzo La resistenza ammissibile sarà data dalla seguente divisione: T al = T ULT /RF dove RF sono i fattori di riduzione per creep, danneggiamento durante l installazione e durabilità. Occorre determinare le proprietà di pullout e di scorrimento diretto del rinforzo. Controllare la stabilità del pendio non rinforzato Per determinare se i rinforzi sono necessari, l estensione della zona da rinforzare e la presenza di eventuali problemi di stabilità globale. In questo modo si possono prevedere strutture al piede della terra rinforzata tipo paratie, bonifiche, consolidamenti per garantire la Figura 6 stabilità dell opera. Questa relazione presenta alcuni inconvenienti (da Leshchinsky, Factor of Safety in Reinforced Soil Slopes: Bishop Analysis): il contributo del rinforzo è considerato solo nell equazione del momento, mentre la forza entra in gioco anche nell equilibrio delle forze; Fs riduce sia la resistenza al taglio del terreno che del rinforzo; vale solo per superfici circolari, e non è chiaro cosa utilizzare per meccanismi di rottura traslazionali. Per questo sono state determinate altre soluzioni al problema tipo Bishop Comprehensive (dal Prof. Dov Leshchinsky) che permettono di superare questi ostacoli e considerare in modo adeguato l effetto del rinforzo. Per la traslazione sul piano di posa e su ogni rinforzo si può utilizzare una analisi tipo 2PartWedge (Spencer) e per superfici più complesse 3PartWedge (Spencer). Controllare la stabilità esterna resistenza allo scorrimento: si controlla la traslazione su ogni rinforzo. Esistono metodi semplificati esprimibili con relazioni del tipo con 203

4 L = lunghezza di ancoraggio di ogni strato di rinforzo; H = altezza del pendio; FS = fattore di sicurezza; P a = spinta attiva del terreno; ϕ min = angolo di resistenza al taglio minimo tra terreno e geogriglia o terreno; θ = angolo di inclinazione del pendio; γ r e γ b = peso dell unità di volume del terreno rinforzato e del terreno a tergo rispettivamente; ϕ b = angolo di resistenza al taglio del terreno rinforzato. Analisi sismica L analisi delle condizioni di stabilità dei pendii in condizioni sismiche può essere eseguita mediante metodi pseudostatici, metodi degli spostamenti e metodi di analisi dinamica (NTC ). Il sito presso il quale è ubicato il manufatto deve essere stabile nei confronti della liquefazione (verifica a liquefazione). Se il terreno risulta suscettibile di liquefazione e gli effetti conseguenti appaiono tali da influire sulle condizioni di stabilità di pendii e manufatti, occorre procedere a interventi di consolidamento del terreno e/o trasferire il carico a strati di terreno non suscettibili di liquefazione (NTC ). Controllo delle acque superficiali e profonde Generalmente viene utilizzato materiale drenante al piede della terra rinforzata e a tergo. A tergo si può utilizzare un geocomposito drenante verificando che non si creino superfici preferenziali di scivolamento. L acqua di infiltrazione (meteorica), oltre a incidere sul dimensionamento della lunghezza di ancoraggio e del risvolto, in particolare per i primi strati dall alto, provoca una erosione superficiale. Si può determinare la tensione tangenziale sulla facciata del pendio: stabilità globale: valutare le potenziali superfici di instabilità profonde attraverso, per esempio, i classici metodi tipo Bishop, Spencer (per ulteriori approfondimenti consultare FHWA Soils and Foundations Workshop Reference Manual, 2000); rottura per spostamento laterale del terreno di fondazione: se uno strato di terreno compressibile e posto tra rilevato rinforzato e terreno rigido occorre verificare questo tipo di rottura (lateral squeeze), Figura 9A Figura 9B Figura 8 λ = sforzo di taglio kpa; d = profondità del flusso idrico m; λ = peso di volume dell acqua kn/m 3 ; s = pendenza del fronte del pendio m/m. Figura 10 Per λ <100 Pa, utilizzare vegetazione unita a una stuoia permanente o temporanea per il controllo dell erosione. Per λ >100 Pa, utilizzare vegetazione unita a una stuoia permanente per il controllo dell erosione. θ = angolo di inclinazione del pendio; γ = peso dell unità di volume del terreno del pendio; D s = profondità del terreno compressibile a partire dalla base del pendio; H = altezza del rilevato; c u = resistenza al taglio non drenata del terreno compressibile. Analisi rigorose sono richieste quando risulta FS < 2. cedimenti: determinare il cedimento del terreno di fondazione attraverso i metodi classici dell ingegneria geotecnica e codici ad elementi finiti o differenze finite; capacità portante del terreno. Figura

5 Conclusioni Il progetto di un opera in terra rinforzata è un processo che presenta notevoli difficoltà e spesso incognite: per l eterogeneità del materiale da costruzione, per l interazione con il sottosuolo, per i cinematismi di rottura, per l effetto di pressioni neutre e quindi per la complessità delle analisi da eseguire per garantirne la stabilità. Il presente articolo illustra un diagramma di flusso che evidenzia i nodi principali per il progetto di una terra rinforzata. Per la buona riuscita dell opera, oltre a una corretta progettazione occorre un ottima esecuzione dei lavori a opera dell impresa esecutrice in riferimento alla compattazione, alla stesa delle geogriglie, al posizionamento di terreno vegetale a tergo dei casseri per la crescita della vegetazione. Dal punto di vista legislativo, a livello europeo la Norma UNI EN Esecuzione di lavori geotecnici speciali. Opere in terra rinforzata rappresenta una guida per l esecuzione di una terra rinforzata. In attesa di un metodo di progettazione unico per i Paesi membri del CEN, si può fare riferimento oltre alle BS 8006 e NF P , anche alla pubblicazione n FHWA-NHI , fermo restando il rispetto delle NTC * Ingegnere Civile Geotecnico della Geosintex Srl Ringraziamenti La Geosintex Srl desidera ringraziare i Progettisti della SICS e l Impresa SIS ScpA per la disponibilità accordata e il materiale fornito per la descrizione dell opera presentata nell articolo. La caratterizzazione del terreno è stata presa dalla corposa ed esaustiva relazione tecnica che accompagna il progetto e che è stata gentilmente concessa su autorizzazione della SIS ScpA. BIBLIOGRAFIA Figura 12 [1]. R. Lancellotta - Geotecnica, Torino, Zanichelli. [2]. AA.VV, Manuale di Ingegneria Civile e Ambientale, Zanichelli-Esac. [3]. FHWA, Pubblicazione n. FHWA-NHI , USA. [4]. D. Leshchinsky - The Power of Software in Geosynthetic Reinforcement Applications. [5]. D. Leshchinsky - Factors of Safety in Reinforced Soil Slopes: Bishop Analysis. [6]. AA.VV, Geosynthetics and their applications, S.K. Shukla. [7]. R. Koerner - Designing with Geosynthetics, Fifth Edition, Prentice Hall.