Il rinforzo del terreno con geosintetici - Recenti sviluppi tecnologici, progettuali e normativi
L’impiego dei geosintetici ha, negli ultimi vent’anni, profondamente modificato le modalità di progettazione di molti interventi d’ingegneria geotecnica e ambientale. La profonda innovazione generata dall’utilizzo di tali materiali è paragonabile, nell’ambito dell’ingegneria civile, a quella scaturita dall’utilizzo dell’acciaio per il rinforzo del calcestruzzo o, nel campo dell’elettronica e delle telecomunicazioni, a quella connessa alla realizzazione delle fibre ottiche e dei superconduttori.
A testimonianza di quanto suddetto già dieci anni fa si contavano più di 150 differenti applicazioni dei geosintetici nelle opere d’ingegneria civile e nel 2003 si poteva stimare un utilizzo su scala mondiale di circa 1,500 Mm2 di geosintetici, per una quota di mercato pari a circa 3,950 M$. Facendo riferimento ai soli muri in terra rinforzata con pannello rigido in facciata realizzati in Giappone, nel periodo 1989-2007, si evidenzia un’estensione longitudinale di opere già costruite superiore ai 100 km.
I geosintetici possono essere utilizzati nelle opere d’ingegneria geotecnica e ambientale per svolgere le funzioni di:
• separazione: questa funzione consiste nell’impedire la compenetrazione tra strati di terreno di differenti caratteristiche meccaniche e granulometriche; i geosintetici sono diffusamente impiegati con tale funzione nelle costruzioni di terra e nelle applicazioni stradali, ove la funzione di separazione è spesso accoppiata a quella di filtrazione;
• filtrazione: in tale funzione il geosintetico impedisce la migrazione delle particelle fini del terreno di base, per evitarne l’erosione, consentendo all’acqua di muoversi liberamente attraverso il terreno, senza provocare incrementi delle pressioni interstiziali all'interno del sistema filtrante (terreno di base – filtro di geotessile); esempi di applicazioni dei filtri di geotessile sono le dighe di materiali sciolti, le discariche controllate, le trincee drenanti, i dreni verticali ed orizzontali, i rivestimenti di sponda, gli strati di separazione e di rinforzo in fondazioni sommerse, le protezioni di strutture offshore;
• drenaggio: il geosintetico (geotessili, georeti accoppiate ad altri geosintetici, geotubi e geocompositi drenanti), di elevate caratteristiche di permeabilità, raccoglie e convoglia acqua o altri fluidi. Il flusso verso il dreno può avvenire a gravità, come nel caso dei muri di sostegno o delle trincee drenanti, o a pressione, come nel caso dei dreni verticali (Mazzucato e Moraci, 1995);
• protezione dall’erosione superficiale, causata dall’impatto delle precipitazioni meteoriche e dal ruscellamento delle acque superficiali (Cazzuffi et al., 1991); viene assolta dai geosintetici (geostuoie, geocelle, biostuoie, georeti e bioreti); tale funzione è diffusamente impiegata nella protezione dall’erosione superficiale dei versanti e delle opere di terra;
• protezione meccanica, per prevenire il danneggiamento di uno strato di terreno o di un altro materiale in seguito alle sollecitazioni meccaniche agenti durante la fase costruttiva e in esercizio; tale funzione viene ad esempio diffusamente impiegata nella costruzione degli strati barriera delle discariche di rifiuti;
• barriera impermeabile ai fluidi o ai gas, diffusamente utilizzata nei sistemi barriera delle discariche di rifiuti, negli strati delle pavimentazioni in asfalto, e nell’impermeabilizzazione di canali, dighe e bacini artificiali.
La Relazione Generale al XXIV CNG (Moraci, 2011) tratta della funzione di rinforzo che consiste nel migliorare le caratteristiche di resistenza al taglio e di deformabilità del terreno mediante l’inserimento all’interno dello stesso di geosintetici di elevata resistenza e rigidezza a trazione; risulta in tal modo possibile la realizzazione di muri a paramento verticale, pendii ripidi e rilevati anche utilizzando materiali di caratteristiche meccaniche scadenti.
Nell’ambito del rinforzo del terreno, i geosintetici (i geotessili tessuti, le geogriglie e le geocelle) possono essere utilizzati con successo per la realizzazione di muri di sostegno, spalle da ponte, rilevati e pendii ripidi in terra rinforzata; per la costruzione di rilevati rinforzati alla base fondati su terreni compressibili (anche in presenza di pali o di trattamenti colonnari); per la realizzazione di colonne di ghiaia o sabbia (GEC) rinforzate; per la costruzione di opere di difesa passiva dalle frane di crollo e di colata, dalle valanghe e di protezione costiera; per l’attraversamento di cavità localizzate superficiali; per il rinforzo di sistemi barriera di copertura e di sponda delle discariche; per ridurre la spinta delle terre agente, in condizioni sismiche, sulle opere di sostegno rigide; per il rinforzo di terreni di fondazione (incremento della capacità portante e della rigidezza) di scadenti caratteristiche meccaniche; per il rinforzo di strade pavimentate e non pavimentate.
Nella Relazione Generale (Moraci, 2011) sono stati evidenziati i principali sviluppi merceologici, tecnologici, progettuali e normativi riferiti all’impiego dei geosintetici con funzione di rinforzo facendo riferimento, solo alla progettazione dei muri in terra rinforzata.