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Dispositivi energetici verdi per la protezione contro valanghe di detrito

Si presenta una innovativa tipologia di struttura di protezione, costituita da materiale inerte, eventualmente riciclato, e rinforzi polimerici, finalizzata alla riduzione dell’energia di flussi detritici provenienti da pendii instabili. La possibilità di avere, a regime, emissioni in atmosfera nulle, grazie al rinverdimento ed alla piantumazione di alberatura ad alto fusto, è il punto di forza di questo nuovo dispositivo. La protezione del territorio viene coniugata alla salvaguardia dell’ambiente.

Esiste la necessità, sempre più impellente, di coniugare due istanze fondamentali quali la sicurezza delle comunità e, al tempo stesso, la salvaguardia del territorio e delle risorse naturali, con una conseguente attenzione a ridurre al minimo i fattori inquinanti, quali le emissioni di CO2, e limitare gli impatti sull’ambiente e sul paesaggio.

Da queste esigenze è nata l’idea di sviluppare dispositivi di protezione, costituiti da inerti rinforzati con geosintetici, per deviare e contenere i fenomeni franosi di tipo flusso.

L’utilizzo di geosintetici per la realizzazione di barriere verdi si pone nella scia della “green economy” o economia sostenibile, con la finalità di ridurre l’impiego di materiali inquinanti per tipologia di sistema produttivo e messa in opera.

Sono evidenti le ricadute positive in termini di ridotto impatto ambientale e si prevede anche un rilevante abbattimento dei costi rispetto ad analoghe opere realizzati con materiali tradizionali.

Tutto questo è in accordo con gli obiettivi di sviluppo sostenibile (OSS) che costituiscono il nucleo vitale dell'Agenda 2030 dell’ONU, tra cui in particolare il numero 11 "Rendere le città e gli insediamenti umani sicuri e sostenibili" e il numero 13 "Agire con urgenza per combattere il cambiamento climatico e i suoi effetti".


Dispositivi innovativi di dissipazione energetica a basso impatto ambientale

La ricerca avviata da qualche anno presso l’Università degli Studi di Salerno riguarda la produzione e l’impiego di dispositivi innovativi di dissipazione energetica, quali barriere deformabili, a basso impatto ambientale, per il contenimento di frane rapide tipo flusso e la difesa di strutture, infrastrutture e attività produttive a rischio.

I dispositivi energetici verdi possono essere infatti utilizzati per la protezione di infrastrutture puntuali o lineari, mitigando il rischio da frana esistente nelle zone di interesse.

Il percorso di ricerca e sviluppo che si sta perseguendo ha l'obiettivo di favorire una sinergia tra il mondo della ricerca e il sistema economico-produttivo. Una delle finalità principali è quella di promuovere lo sviluppo di una innovazione tecnologica combinata alla valorizzazione del sistema della ricerca.

Altro aspetto rilevante è la diffusione di soluzioni tecnologicamente avanzate a comparti ad ampio potenziale di crescita come è quello dell'edilizia sostenibile mediante l’utilizzo di geosintetici.


L’utilizzo dei geosintetici

L’uso di geosintetici sta diventando sempre più attuale in campo ingegneristico per la realizzazione di grandi opere strutturali ed infrastrutturali.

I motivi di interesse verso tali materiali (tecnologicamente avanzati) sono anche legati alle più recenti politiche ambientali che hanno portato al connubio tra le risorse ingegneristiche e le prerogative dell’utilizzo di materie più ecologiche, al fine di ottenere una maggiore sicurezza, qualità e difesa ambientale, senza incidere sui costi finali.

Tali materiali forniscono, infatti, ottime prestazioni da un punto di vista di resistenza e durabilità poiché limitatamente soggetti a fenomeni di alterazione chimica al contatto con acqua e terreno, potendo viceversa garantire un minore impatto ambientale, oltre che una rilevante economicità di posa e messa in opera al confronto con materiali più tradizionali dell’edilizia.

L’Italia è un Paese molto attivo nel settore dei geosintetici. Basti ricordare che si terrà a Roma, dal 17 al 21 settembre la 12ª Conferenza Internazionale sui Geosintetici , che avrà il titolo “Geosynthetics: leading the way to a resilient planet”.

Figura 1 - Schema dell’idea di base del progetto di ricerca.
Figura 1 - Schema dell’idea di base del progetto di ricerca.


Primi risultati della ricerca

Recenti studi hanno proposto l’utilizzo di rilevati in terra rinforzata composti da terreno granulare rinforzato da geogriglie come barriere di protezione contro frane tipo flusso (Gioffrè et al., 2017; Cuomo et al., 2019).
Obiettivo della ricerca attualmente in corso presso l’Università degli Studi di Salerno è lo sviluppo di nuove tipologie di barriere deformabili, eventualmente parzialmente mobili, e drenanti per il contenimento di frane tipo flusso (Di Perna et al., 2021, 2022; Cuomo et al., 2022, 2023).

Tali dispositivi, costituiti da inerti (eventualmente riciclati) rinforzati con geosintetici, consentono di conseguire una riduzione dei volumi d’ingombro, dei costi e dei relativi impatti ambientali, rendendo, quindi, questi interventi sensibilmente migliori e preferibili rispetto alle classiche barriere in calcestruzzo armato. La valutazione accurata delle forze d’impatto di una frana tipo flusso su tali barriere è indispensabile per la loro corretta progettazione.

La caratterizzazione dei meccanismi d’impatto sulle strutture di protezione pone, tuttavia, ancora sfide scientifiche significative, soprattutto se si tiene in conto il comportamento idro-meccanico accoppiato dello scheletro solido e del fluido interstiziale presente nella massa in frana, nonché le grandi deformazioni del flusso impattante e della barriera stessa.

Tali approfondimenti sono stati possibili grazie alle precedenti attività di ricerca sui fenomeni franosi tipo flusso che l’Università degli Studi di Salerno sta svolgendo in collaborazione con l’Università Politecnica di Madrid (Prof. M. Pastor), dove sarà possibile utilizzare ulteriori modelli di calcolo avanzati per la simulazione dell’evoluzione spaziale e temporale delle frane di tipo flusso dall’innesco alla propagazione, impatto con la barriera e deposizione del materiale di frana. Per gli aspetti tecnologici e relativi ai materiali vi è stato il supporto di Geosintex srl quale partner industriale. Sulla specifica tematica dell’interazione frana struttura si è fatto ricorso al supporto di Deltares (Dr. Mario Martinelli) per l’utilizzo di un modello di calcolo avanzato (MPM) alle grandi deformazioni in campo elasto-plastico considerando la presenza di acqua interstiziale all’interno della massa in frana.

Le analisi numeriche sinora condotte tramite una versione del Software Anura3D sviluppata da Deltares (Martinelli & Galavi, 2022) ed hanno riguardato schemi di calcolo semplificati per delineare le principali differenze nell’utilizzo di muri in c.a. e barriere deformabili rinforzate con geogriglie (Fig. 2). Rimandando alle pubblicazioni scientifiche per gli aspetti teorici e tecnici (Di Perna et al., 2021, 2022; Cuomo et al., 2022, 2023), si può già sottolineare che a parità di B/H, le barriere risultano più efficaci dei muri in c.a., i quali invece consentono di contenere solo flussi a bassa energia cinetica (Fig. 3).

Figura 2 - Geometrie utilizzate nelle analisi numeriche per: a) frana tipo flusso; b) muro in c. a.; c) barriera rinforzata con geosintetici, (modif. da Di Perna et al, 2022).
Figura 2 - Geometrie utilizzate nelle analisi numeriche per: a) frana tipo flusso; b) muro in c. a.; c) barriera rinforzata con geosintetici, (modif. da Di Perna et al, 2022).
Figura 3 - SLU per muri in c.a. (a) e barriere rinforzate con geosintetici (b), (modif. da Di Perna et al, 2022).
Figura 3 - SLU per muri in c.a. (a) e barriere rinforzate con geosintetici (b), (modif. da Di Perna et al, 2022).

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