INGEGNERIA NATURALISTICA CONSOLIDAMENTO DEI VERSANTI FRANOSI Marco Molon Gradonata viva, realizzata a livello sperimentale, con Alnus nepalensis in Nepal. Valutazione della capacità delle piante Testo e foto di Florin Florineth, Istituto di Ingegneria naturalistica e costruzione del paesaggio, Università di Bodenkultur, Vienna ll monitoraggio eseguito su alcune gradonate vive, realizzate con piante radicate e astoni e con un età compresa tra 3 e 20 anni, ha messo in luce gli errori progettuali e costruttivi che riducono la loro efficacia in termini di stabilità dei versanti franosi La realizzazione di autostrade, strade statali e provinciali e linee ferroviarie presuppone la verifica della stabilità attraverso collaudi e calcoli statici. Rispetto all utilizzo del calcestruzzo armato, il calcolo statico delle opere realizzate con inserimento di materiali vivi non è facile. Gli astoni e le piante radicate sono calcolate come se fossero materiali morti con una persistenza di lunga durata. L aumento della capacità stabilizzante delle piante tramite la crescita delle radici non è ancora calcolabile. L effetto drenante tramite la traspirazione invece lo è. Secondo la formula di Selby (5) la resistenza del taglio dipende dalla coesione (c ), dalla tensione normale (σ n ), dalla pressione dell acqua (u) e dall angolo di attrito (ϕ) T f = c + (σ u) x tan ϕ Monitoraggio dell efficacia della gradonata viva La gradonata viva è un opera adatta per il consolidamento di materiale sciolto con una profondità di 30-150 (200) cm. Astoni, piante radicate o un misto tra i due vengono impiegati in questa tecnica di ingegneria naturalistica. La gradonata mista è caratterizzata da una efficacia maggiore: gli astoni messi 69 ACER 2/2007
INGEGNERIA NATURALISTICA a dimora in modo parallelo mostrano una grande resistenza alla rottura e le piante radicate hanno un alta resistenza all estirpamento. L Istituto di Ingegneria naturalistica e costruzione del paesaggio dell Università di Bodenkultur di Vienna è stato incaricato dall Azienda speciale per la Regolazione dei corsi d acqua e Difesa del suolo della Provincia Autonoma di Bolzano di controllare l efficacia della gradonata viva per il consolidamento del materiale sciolto su versanti franosi. Nel 2005 sono stati controllati otto interventi con un età compresa tra 3 e 20 anni (6). I risultati del monitoraggio hanno permesso di evidenziare alcuni errori progettuali e costruttivi che indeboliscono più o meno l efficacia della gradonata viva e che sono riassumibili nei seguenti punti: insufficiente inserimento nelle zone adiacenti; insufficiente scoronamento del bordo sovrastante; mancato consolidamento del piede; mancata gestione dopo uno schianto di vento o neve; mancato drenaggio delle acque soprastanti e del versante stesso; uso esclusivo di talee (astoni) o di sole piante radicate (sono necessarie entrambe); insufficiente contropendenza, l ideale è un valore del 10 ; distanza delle file troppo grande, l ideale è 1,5-3,0 m; messa a dimora di talee o piante in modo incrociato (per una buona copertura è necessaria la messa a dimora in modo parallelo); talee o piante radicate che non garantiscono una buona copertura di tutto il gradone. MODELLO IDEALE DI COSTRUZIONE DELLA GRADONATA VIVA 0,80 m 0,50-1,50 m Gradonata viva mista Tondame 18-25 m Gradonata viva con piante radicate e astoni 2,00-3,00 m Gradonata con ramaglia viva min. 10% Materiale sciolto Sotto, esempio di insufficiente inserimento laterale della gradonata viva nel terreno; in basso, un buon esempio di intensa radicazione del materiale vegetale a 19 anni dall intervento. Latifoglie radicate Ramaglia di salice con capacità di propagazione avventizia EFFETTI DI POSSIBILI ERRORI COSTRUTTIVI DI CONSOLIDAMENTO Rottura delle piante lungo la superficie di scivolamento (Da: Schuppener, 2003). ACER 2/2007 70
INGEGNERIA NATURALISTICA CALCOLI STATICI PER IL CONSOLIDAMENTO DI UN VERSANTE FRANOSO H FATTORI DA CONSIDERARE NEL CALCOLO DELLA STABILITÀ DI UN ARGINE Effetto drenante della vegetazione h (Da: Schuppener, 2003). c T: Forza tangenziale ϕ α G β C b N T B Superficie di rottura R: Forza di attrito K: Coesione Z: Piante (capacità portante delle piante) p η = R + K + Z T Z = 1,4 T - R -K η = coefficiente di sicurezza Effetto meccanico della vegetazione Calcoli per la stabilità della gradonata viva Secondo Bernd Schuppener (4), l incapacità delle piante di consolidare un versante può dipendere dalla loro rottura o dall estirpamento. Perciò è importante impiegare piante che abbiano una grande resistenza alla rottura e radici forti che impediscano lo sradicamento. Prove di modello di Schuppener (4) dimostrano che la resistenza al taglio dipende dalla qualità e dalla densità del terreno e soprattutto dall età e dalla crescita delle radici. La capacità stabilizzante di una pianta si può calcolare tramite la sua capacità di portata (Z), determinata dalla resistenza all estirpamento e dalle sue caratteristiche dimensionali (lunghezza e diametro) e qualitative (elasticità, flessibilità ecc.). Schuppener calcola solo i fattori meccanici delle piante e non quelli biologici. Questi ultimi vengono considerati per la prima volta da Rolf Katzenbach (2). Evaporazione Pioggia (Da: Katzenbach, 2005) Prosciugamento del terreno tramite radici Traspirazione Vento Protezione dall erosione DI UNA SCARPATA MEDIANTE GRADONATA VIVA Prosciugamento del terreno tramite radici: aumento della coesione Consolidamento del terreno con le radici Peso delle piante Estirpamento delle piante La stabilità di un argine ferroviario vegetato Il direttore dell Istituto di Geotecnica del Politecnico di Darmstadt (Germania), Rolf Katzenbach (2), ha controllato la stabilità di un argine ferroviario realizzato 100 anni fa. L argine è composto di sabbia senza alcun materiale argilloso, quindi senza coesione. La stabilità (η) calcolata avrebbe dovuto essere 0,77, quasi la metà della stabilità richiesta, ovvero 1,4. L argine è stato stabilizzato con arbusti e alberi e non ha mostrato alcun cedimento nel corso degli anni. L effetto delle piante è sia di tipo meccanico sia biologico. Rolf Katzenbach ha calcolato l effetto biologico correlato alla traspirazione, che si manifesta come effetto drenante nel terreno. Tramite tensiometri ha potuto constatare che a un elevato drenaggio corrisponde un aumento della coesione del terreno da 0 fino a 3-5 kn/m 2. Anche l angolo di attrito del materiale usato aumentava da 30 a 34-35. Calcolando una coesione di 3 kn/m 2 la stabilità dell argine ferroviario vegetato assumeva un valore di 1,52, cioè sufficiente per l uso del trasporto ferroviario. Con queste indagini e questi calcoli Katzenbach ha dimostrato che anche l effetto biologico delle piante per la stabilità di scarpate e versanti può essere calcolata. Conclusione L ingegneria naturalistica ha fatto alcuni passi avanti: oggi esiste la possibilità di calcolare la stabilità di palificate vive di sostegno alla carniolica (1), delle gradonate vive (3, 4) e in generale l effetto biologico tramite il drenaggio del terreno. Questo effetto supera i dati, che finora sono stati stimati. L effetto stabilizzante dei vari interventi di costruzione dipende anche dalla qualità della progettazione e della costruzione, che deve essere rispettata il più possibile. 71 ACER 2/2007
INGEGNERIA NATURALISTICA Gradonata viva mista a un anno dalla sua realizzazione (Alto Adige). 5) SELBY M., 1993. Hillslope Materials and Processes. 2 nd Edition, Oxford University Press, Oxford. 6) STANGL R., ZENZ W., FLORINETH F., 2005. Wirksamkeit von Heckenbuschlagen als ingenieurbiologische Hangsicherungsmaßnahmen. Arbeitsbericht im Auftrag des Sonderbetriebes für Bodenschutz, Wildbach- und Lawinenverbauung, Autonome Provinz Bozen. Bibliografia 1) HIRT R., 1990. Holzbauwerke in der Ingenieurbiologie. Log crib walls in Biotechnical Engineering. Jahrbuch 5 der Gesellschaft für Ingenieurbiologie Aachen, S. 79 84. 2) KATZENBACH R., WERNER A., 2005. Experimentelle Untersuchungen zur Standsicherheitsproblematik von historischen Bahndämmen. 5. Österr. Geotechniktagung S., 381-400, Herausg. Österr. Inge- nieur- und Architektenverein. 3) SCHUPPENER B., 1994. Die statische Berechnung der Bauweise Lebend Bewehrte Erde. Geotechnik 18 (1994), S., 804 813. 4) SCHUPPENER B., 2003. Geotechnische Bemessung von Böschungssicherungen mit Pflanzen. 4. Österr. Geotechniktagung - Tagungsbeiträge S., 55-70, Herausg. Österr. Ingenieur-und Architektenverein. Abstract Assessment of tree capability A monitoring project carried out on some live cribwalls, made with rooted trees and poles aged between 3 and 20 years, has highlighted design and construction mistakes that reduce their effectiveness in terms of consolidating slopes tending to landslide. In particular, eight projects have been examined, along highways, roads and rail embankments. Results achieved have provided significant elements for knowledge that increase the possibility to do work that lasts over time.