La progettazione delle terre rinforzate e qualche consiglio per le fasi operative

Da dove nascono le terre rinforzate

Fin dall’antichità la civiltà umana ha sviluppato molteplici tecniche costruttive che gli consentissero di realizzare delle opere dalle dimensioni sempre maggiori; gli studi archeologici hanno rilevato che in alcuni casi, come quello dello Ziggurat di Ur in Mesopotamia e di alcuni tratti della Grande Muraglia Cinese, queste murature di grandi dimensioni sono state realizzate inserendo nel corpo della muratura stessa delle stuoie e/o delle funi in grado di incrementare la resistenza complessiva dell’opera.

Tali rinforzi erano stati posti allo scopo di conferire una certa resistenza a trazione ad opere realizzate con dei materiali che, per loro natura, sono in grado di resistere molto bene ad azioni di compressione ma non sono dotati di una sensibile resistenza a trazione. Questo concetto è del tutto analogo a quello adottato alcuni millenni dopo nella tecnologia del calcestruzzo armato, nella quale la resistenza complessiva degli elementi strutturali è dovuta all’accoppiamento tra la resistenza a compressione del calcestruzzo e quella a trazione dell’acciaio.

Negli anni ‘60 del secolo scorso, è stata sviluppata in Francia la tecnologia denominata “terre armée” che prevedeva l’inserimento di bandelle di rinforzo metalliche all’interno della massa di terreno da rinforzare. Successivamente, al posto dei rinforzi metallici si è diffuso l’impiego di elementi di rinforzo distribuiti lungo piani orizzontali e su superfici continue e non più puntuali; i primi esempi realizzativi, risalenti alla metà degli anni ‘80, prevedevano l’impiego di geotessili non tessuti come elemento di rinforzo mentre dalla fine degli anni ‘80 i geotessili sono stati progressivamente sostituiti con elementi di rinforzo a maglia aperta ovvero da geogriglie in in materiale polimerico. 

Gli elementi di rinforzo, assieme alla massa di terreno nella quale sono inserite, realizzano l’opera in terra rinforzata propriamente detta.

Si evidenzia che l’utilizzo di materiali caratterizzati da elevate resistenze a processi di degradazione chimico-fisica quali idrolisi, ossidazione ed esposizione agli agenti atmosferici conferisce alle terre rinforzate un notevole grado di durabilità nel tempo.

Inoltre la possibilità di rinverdire il paramento esterno consente di ottenere per le opere in terra rinforzata un buon inserimento nell’ambiente circostante, rendendo generalmente le opere meno invasive da un punto di vista estetico rispetto ad altre tipologie di manufatti di sostegno quali i muri in pietrame o in calcestruzzo armato.

 

Aspetti progettuali ed operativi delle terre rinforzate

Come per tutte le opere geotecniche, la fase di progettazione di una terra rinforzata non può prescindere da un’adeguata valutazione delle caratteristiche morfologiche, geologiche, idrogeologiche e geotecniche dei siti d’intervento.

Le indagini geognostiche e la susseguente caratterizzazione meccanica dei terreni presenti in sito risultano fondamentali sia per poter condurre le verifiche geotecniche sia, nel caso in cui il materiale di risulta venga reimpiegato per la costruzione della terra rinforzata, per definire le caratteristiche meccaniche dell’opera.

In merito alle condizioni idrogeologiche del sito, risulta di fondamentale importanza valutare l’occorrenza di venute d’acqua più o meno localizzate nonché la formazione di falde sospese che potrebbero manifestarsi a tergo dell’opera. Tali aspetti potranno infatti guidare le scelte progettuali relative alla tipologia di materiale con cui realizzare la terra rinforzata nonché all’ubicazione ed alle caratteristiche dei drenaggi.

Per quanto riguarda le opere in terra rinforzata realizzate in ambienti montani, collinari o comunque acclivi, un ulteriore aspetto legato alle fasi preparatorie alla costruzione delle terre rinforzate che necessita delle dovute attenzioni riguarda l’esecuzione degli scavi e delle sagomature propedeutiche alla realizzazione dell’opera che andranno ragionevolmente eseguite mantenendo un adeguato grado di stabilità dei fronti di scavo.

Oltre che dalla conoscenza delle caratteristiche morfologiche, geologico - geotecniche e del regime delle acque superficiali e/o sotterranee proprie del sito d’intervento, la progettazione delle terre rinforzate non può prescindere da un’attenta analisi degli aspetti logistici e di cantiere. Infatti le dimensioni degli spazi operativi, della viabilità di accesso e di quella di cantiere nonché la dimensione dei mezzi e macchinari necessariamente impiegabili per la realizzazione dell’opera rappresentano dei fattori cruciali sia per la sua buona esecuzione sia per l’economicità dell’intervento. 

Si evidenzia infatti che tali opere hanno la necessità, per essere realizzate, di quantitativi di terreno proporzionali alle loro dimensioni; pertanto risulta importante stimare la possibilità o meno di recuperarli in sito, ove le caratteristiche dei terreni presenti risultassero idonee all’uso e /o di impiegarne di nuovo apporto. 

Lo stoccaggio dei terreni nelle aree di cantiere, specialmente nei casi in cui questo insista in ambienti montani, collinari o comunque acclivi, dev’essere idoneamente valutato al fine di mitigare i rischi legati all’instabilità dei versanti sovraccaricati dai cumuli ivi stoccati nonché a quella delle scarpate dei cumuli di terreno stessi.

Inoltre si osserva che durante la realizzazione dell’opera, il piano di lavoro si eleva con l’elevarsi della costruzione e pertanto, nella valutazione delle piste di cantiere, tale aspetto dovrà essere tenuto in debita considerazione. Nel caso di opere di piccola entità da realizzarsi in ambienti ristretti che non consentono l’esecuzione di piste di cantiere in grado di seguire l’evoluzione dell’opera, può inoltre essere prevista l’installazione di macchinari per il sollevamento/abbassamento del materiale al piano di lavoro.

L’elevazione del piano di lavoro rispetto alla quota di scavo comporta che vengano adottate, se del caso, tutte le prescrizioni relative alla sicurezza dettate dalle Norme vigenti necessarie a mitigare il rischio di caduta dall’alto dei lavoratori.

 

Sequenza costruttiva di una terra rinforzata

Di seguito si riporta la sequenza costruttiva tipica di un’opera in terra rinforzata della tipologia rinverdita.

1- Realizzazione del piano di lavoro e disposizione dei casseri (Fig. 1), ovvero di elementi realizzati in rete elettrosaldata con un’inclinazione ed un’altezza prefissata che delimitano il paramento esterno dell’opera in terra rinforzata. In funzione delle caratteristiche del sito e dei terreni impiegati nella realizzazione dell’opera, può risultare opportuno realizzare uno strato drenante di base in materiale granulare.

 

Figura 1 – Realizzazione piano di lavoro e disposizione casseri

 

2- Stesa degli elementi di rinforzo (geogriglie) (Fig. 2) secondo le geometrie di progetto, avendo cura di mantenere una sovrapposizione adeguata o una legatura tra rotoli adiacenti di geogriglia e di mantenere, in corrispondenza del cassero, un’eccedenza della geogriglia necessaria al successivo risvolto della geogriglia stesa. Si procederà inoltre al fissaggio della porzione di fondo della geogriglia in modo tale da garantire il mantenimento in posizione ed in tensione della geogriglia durante le fasi successive.

 

Figura 2 – Stesa geogriglie e fissaggio della porzione di fondo

 

3- Posa della biostuoia antierosione, eventualmente preseminata, internamente ai casseri e dei tiranti metallici d’irrigidimento dei casseri stessi (Fig. 3).

 

Figura 3 – Posa biostuoia antierosione e tiranti metallici

 

4- Stesa per strati del terreno sulle geogriglie e successiva compattazione (Fig. 4) fino ad ottenere una costipazione non inferiore al 95% dello standard Proctor impiegando mezzi di tipologia e dimensione idonea in funzione del materiale impiegato; in prossimità della facciata, oltre alla stesa di uno spessore adeguato di terreno vegetale, si evidenzia che il costipamento dovrà avvenire mediante costipatori manuali e piastre vibranti. La metodologia di compattazione ovvero la scelta dei mezzi più idonei ad ottenere il grado di compattazione richiesto dipenderà anche dalla tipologia di terreno impiegato per la formazione dell’opera. Inoltre andrà prestata particolare attenzione alle condizioni atmosferiche e conseguentemente procedere mantenendo il giusto grado di umidità del terreno in fase di compattazione. La stesa e compattazione del materiale è una fase da curare con attenzione; se infatti non si procedesse con le dovute compattazioni e il giusto grado di umidità l’opera potrebbe subire assestamenti e/o deformazioni anche rilevanti negli anni successivi alla sua realizzazione. Si evidenzia inoltre che subito a tergo del cassero può essere disposto del terreno vegetale per favorire il rinverdimento del paramento.

 

Figura 4 – Stesa e compattazione per strati del terreno

 

5 - Una volta raggiunta la quota di sommità del cassero, si procede prima risvoltando la porzione di geogriglia eccedente (Fig. 5) lasciata preventivamente esterna al cassero e poi fissandola con dei picchetti.

 

Figura 5 – Risvolto della geogriglia e relativo fissaggio

6 - Si procede quindi ripetendo le operazioni prima indicate fino a raggiungere la sommità dell’opera (Fig. 6). Nel caso in cui non si fosse impiegata una biostuoia preseminata, andrà eseguita l’idrosemina.

 

Figura 6 – Costruzione dell’opera fino alla sommità

 

Normative nazionali ed internazionali sulle terre rinforzate

La Normativa vigente NTC 2018 individua al paragrafo 6.5 “Opere di sostegno” le diverse tipologie di opere di sostegno che è possibile realizzare: 

“... Le norme si applicano a tutte le costruzioni e agli interventi atti a sostenere in sicurezza un corpo di terreno o di materiale con comportamento simile. In particolare : 

- muri, per i quali la funzione di sostegno è affidata al peso proprio del muro e a quello del terreno direttamente agente su di esso (ad esempio muri a gravità, muri a mensola, muri a contrafforti);  

- paratie, per le quali la funzione di sostegno è assicurata principalmente dalla resistenza del volume di terreno posto innanzi l’opera e da eventuali ancoraggi e puntoni;  

- strutture miste, che esplicano la funzione di sostegno anche per effetto di trattamenti di miglioramento e per la presenza di particolari elementi di rinforzo e collegamento. ...“

Data la presenza delle geogriglie all’interno della massa di terreno, le terre rinforzate possono essere inquadrate come strutture miste; questa considerazione viene confermata da quanto previsto dall’Eurocodice 7 - parte 1 alla Sezione 9.1.2.3 “Opere di sostegno - sezioni miste” ove viene citato che:

“strutture di sostegno miste ... Esiste una grande varietà di pareti di questo tipo, e tra gli esempi si possono citare i cofferdam formati da un doppio ordine di palancolate, le strutture in terra rinforzate da tiranti, geotessili o iniezioni cementizie ...”

Oltre alle NTC 2018 ed all’Eurocodice 7, sono presenti ulteriori Normative e Linee guida internazionali che rappresentano un valido ausilio per la progettazione delle opere in terra rinforzata.

In particolare si segnalano i seguenti documenti di riferimento:

• Regno Unito - British Standard BS 8006-1: 2010: Code of practice for strengthened/reinforced soils and other fills. Questo documento è relativo alla descrizione delle principali tipologie e delle tipologie di materiali impiegabili per la realizzazione di opere in terreno rinforzato con geogriglie/geosintetici; oltre alle terre rinforzate funzionali al sostegno dei terreni, vengono presentati alcuni aspetti relativi al rinforzo di base dei rilevati. Per quanto riguarda le procedure di dimensionamento, viene proposto un metodo basato sugli Stati Limite che tuttavia impiega dei coefficienti di sicurezza parziali differenti rispetto a quelli previsti dall’Eurocodice 7.
• Stati Uniti d’America - FHWA: Design and Construction of Mechanically Stabilized Earth Walls and Reinforced Soil Slopes – Volume I e Volume II. In questo documento, relativo alle opere in terra rinforzata funzionali al sostegno dei terreni, oltre alla descrizione delle tecnologie e dei materiali impiegati per la realizzazione di tali opere, vengono mostrati in dettaglio alcuni aspetti relativi alle varie tipologie di rivestimenti di facciata delle opere. Per quanto riguarda le procedure di dimensionamento, viene proposto un metodo basato sugli Stati Limite che anche in questo caso impiega dei coefficienti di sicurezza parziali differenti rispetto a quelli previsti dall’Eurocodice 7.
• Germania – EBGEO: “Recommendations for Design and Analysis of Earth Structures Using Geosynthetic Reinforcements”. Il documento contiene indicazioni progettuali relative a varie tipologie di opere che prevedano l’impiego dei geosintetici. Oltre alle terre rinforzate descrive anche la funzione di rinforzo di base, il rinforzo delle fondazioni e le colonne in ghiaia rinforzata. L’approccio progettuale è molto vicino a quello degli Eurocodici ovvero vengono definiti i fattori parziali da applicare per stimare le resistenze ammissibili di progetto dei geosintetici anche se non viene trattato in modo diffuso il comportamento delle opere in campo sismico.

 

Le principali verifiche previste per il proporzionamento delle terre rinforzate impiegate come opere di sostegno

Come mostrato al paragrafo precedente, quando vengono impiegate per sostenere una massa di terreno e/o di roccia, le terre rinforzate sono inquadrate normativamente nella famiglia delle opere di sostegno.

Sebbene le NTC 2018 non indichino esplicitamente le verifiche specifiche da condurre per le strutture miste, è comunque richiesta la verifica nei confronti dei seguenti Stati Limiti:

• Stati Limite Ultime (SLU): riguardano le verifiche di resistenza geotecniche (GEO) e degli elementi strutturali (STR);
• Stati Limite di Esercizio (SLE): riguardano principalmente il comportamento deformativo dell’opera.

Rimandando alle Normative di riferimento precedentemente citate per l’elenco di tutte le verifiche da condurre per il dimensionamento delle terre rinforzate, si evidenzia che queste si possono suddividere in 2 tipologie: verifiche esterne e verifiche interne.

Le verifiche esterne sono relative alla stabilità dell’opera in terra rinforzata nel suo complesso ovvero si assume che l’opera possa essere schematizzata come un corpo rigido; dato che tale assunzione è analoga a quanto viene ipotizzato nella verifica di un muro di sostegno, le verifiche esterne da condurre saranno le medesime previste per i muri di sostegno ovvero: verifica al ribaltamento, allo scorrimento, della capacità portante e della stabilità globale.

Di seguito si mostrano alcuni schemi grafici (Fig. 7) tratti dalle BS che illustrano le tipologie di verifiche prima indicate:

 

Figura 7 – Verifiche globali SLU (tratta da BS 8006-1: 2010)

 

In merito alle verifiche di stabilità dell’opera si osserva che non è sufficiente limitarsi ad indagare le sole potenziali superfici di scivolamento che transitano al di sotto dell’opera (verifiche globali) ma è necessario estendere la ricerca anche alle superfici che coinvolgono sia i rinforzi, sia parte del terreno posto a monte o a valle dell’opera (verifiche intermedie).

...CONTINUA.

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