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L’Ancoraggio Flottante Sirive per la stabilizzazione di movimenti franosi: i risultati di un progetto di ricerca italiano per il rinforzo dei versanti
L’Ancoraggio Flottante Sirive per la stabilizzazione di movimenti franosi
0. Abstract
Nel campo della difesa del suolo, la stabilizzazione dei movimenti franosi è un tema di estrema attualità e la ricerca di soluzioni tecniche efficaci e poco costose risulta strategica per le amministrazioni locali, che sempre più spesso devono fare fronte a un elevato rischio idrogeologico con budget di spesa limitati. All’interno di un progetto di ricerca condotto dall’Università di Padova in collaborazione con l’impresa Dalla Gassa, produttore degli Autoperforanti Sirive, e numerosi partner pubblici e privati, è stata sviluppata la tecnica dell’Ancoraggio Flottante Sirive® per il rinforzo di versanti in frana. La tecnica prevede l’installazione di speciali ancoraggi passivi nel corpo di frana, cementati al terreno e con adeguata fondazione nel terreno stabile profondo, posizionati secondo una geometria discontinua senza una parete di rivestimento del versante, ma con la sola applicazione di una piastra di ridotte dimensioni collegata alla testa di ciascuna barra e interrata nel versante. La sperimentazione su una serie di frane reali ha fornito importanti risultati.
1. Introduzione
Il territorio italiano è soggetto per la sua conformazione meteo-climatica, geologica e geomorfologica a una elevata pericolosità geologico-idraulica. Tra i numerosi dissesti naturali, certamente le alluvioni e i movimenti franosi sono tra i più diffusi e rilevanti. In particolare sono state censite in Italia 528.903 frane individuate su una superficie complessiva di 21.176 km2, pari al 7,3% del territorio nazionale (Ispra, 2016). Oltre a queste, ogni anno si creano nuove situazioni di allarme, con particolare intensificazione durante i periodi di piogge eccezionali: ad esempio, nei primi giorni del novembre 2010, nel settore prealpino della provincia di Vicenza si sono registrati oltre 500 allarmi per frane in poche ore. La ricerca di soluzioni innovative, rapide da installare, a basso impatto ambientale ed economicamente vantaggiose per la mitigazione del rischio in questo campo e la stabilizzazione dei movimenti franosi si rivela quindi un problema di grande attualità scientifica.
2. Il progetto di ricerca “Ancoraggio Flottante Sirive”: rinforzi passivi per il consolidamento di versanti in frana
In questo ambito si inserisce il progetto di ricerca e sviluppo condotto all’interno di un Dottorato di Ricerca completato nel 2015 presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università di Padova, finanziato dall’impresa Dalla Gassa Srl di Cornedo Vicentino (VI) e dalla Regione Veneto in collaborazione con numerosi partner pubblici e privati, italiani ed europei, che mira allo studio e allo sviluppo di una tecnica innovativa di rinforzo denominata “ancoraggio flottante”, nata come compromesso tra la tecnica di scavo nota come Soil Nailing e gli ancoraggi profondi e finalizzata alla stabilizzazione di frane con cinematismi lenti.
Si tratta di una tecnica che prevede l’installazione di ancoraggi passivi nel corpo di frana, cementati al terreno per l’intera lunghezza e con adeguato ammorsamento nel sottosuolo resistente, posizionati secondo una geometria discontinua che si adatta alla morfologia del pendio. Esternamente non è previsto un rivestimento continuo del versante, ma solo l’applicazione di una piastra in c.a. (l’elemento “flottante”) collegata alla testa di ciascuna barra. Al termine dei lavori, le piastre possono essere sotterrate e il versante completamente rivegetato in modo naturale, con una perfetta integrazione ambientale e paesaggistica dell’opera. Come i rinforzi del Soil Nailing, gli ancoraggi flottanti sono pensati per assorbire importanti sforzi orizzontali, diminuendo così le sollecitazioni che inducono il movimento franoso e rallentando il processo evolutivo della frana. Si tratta di un sistema “passivo”: le barre assorbono per attrito parte delle tensioni tangenziali indotte dal movimento franoso, trovando una condizione di equilibrio interna al versante.
Schema di una disposizione tipo delle piastre flottanti in corpo frana, con particolare della fondazione dei rinforzi nel terreno resistente.
3. L’evoluzione degli ancoraggi autoperforanti: le barre autoperforanti composite Sirive Special
Pur potendo utilizzare le tradizionali barre di ancoraggio a sezione piena inserite in preforo o i tiranti a trefoli, l’impiego di barre autoperforanti riduce i tempi di esecuzione e rende ancor più economica la tecnica degli ancoraggi flottanti. A differenza del Soil Nailing però, le forze assiali che si sviluppano lungo le barre sono di entità considerevole. Questo è dovuto ai maggiori sforzi tangenziali mobilitati dal corpo frana in movimento rispetto a una parete di scavo, e alla notevole profondità di immorsamento delle barre, che devono avere un’adeguata fondazione nel terreno stabile al di sotto della superficie di scorrimento mobilitata dalla frana. Gli ancoraggi con barre autoperforanti sono una buona alternativa alle tradizionali tecniche di ancoraggio passivo in quanto a velocità di esecuzione e rapporto tra resistenza a rottura e costi di esecuzione.
Per migliorarne le caratteristiche meccaniche e ampliare il loro campo di applicazione rendendole ottimali per gli ancoraggi flottanti, si è sviluppato un nuovo tipo di barre autoperforanti dette barre composite, che nascono dall’accoppiamento di una barra autoperforante tradizionale in acciaio al carbonio e di uno o più trefoli di acciaio armonico. Dato che le forze assiali nelle barre in frana sono molto maggiori di quelle caratteristiche del Soil Nailing, poiché sono maggiori i volumi di terreno movimentati da una frana rispetto ad una parete chiodata, le barre composite migliorano le caratteristiche meccaniche dell’ancoraggio e ne ampliano i campi di applicazione. È stato proposto un modello per la determinazione della curva forza-allungamento delle barre composite, calibrato con una serie di test di trazione. Le prove sperimentali hanno evidenziato come l’accoppiamento delle barre ai trefoli consenta la realizzazione di ancoraggi con alti carichi di rottura (fino a 5000 kN) contenendo le deformazioni della barra, le fessurazioni della malta cementizia di rivestimento e aumentando conseguentemente la durabilità a corrosione. Tramite un’analisi dei costi di produzione e posa in opera è stato inoltre dimostrato come con l’ancoraggio composito si possa ottenere un risparmio del 45% rispetto a una barra autoperforante semplice a parità di carico di rottura.
Foto di Ancoraggi Compositi Sirive® con accoppiamento di barra autoperforante in acciaio al carbonio e trefoli in acciaio armonico.
4. Maggiore efficienza a un costo inferiore
Una ricerca nella letteratura tecnico-scientifica ha permesso di inquadrare la tecnica dell’ancoraggio flottante nel panorama internazionale delle tecniche di stabilizzazione di frane comunemente utilizzate, evidenziandone i vantaggi e i campi di applicazione. Il confronto in termini di efficienza/costo, eseguito sulla base di analisi di stabilità all’equilibrio limite e agli elementi finiti, ha dimostrato come la tecnica degli ancoraggi flottanti sia economicamente vantaggiosa rispetto alle principali soluzioni alternative. Le tecniche rigide tradizionali infatti inducono sollecitazioni interne agli elementi strutturali molto maggiori rispetto a un intervento flessibile, con una conseguente maggior domanda di resistenza in fase di dimensionamento. Inoltre, l’installazione degli ancoraggi flottanti avviene con macchinari con ingombro ridotto e con tempi di esecuzione minori, oltre a garantire un più alto rapporto costi-benefici: il vantaggio è ancor maggiore se si impiegano barre autoperforanti composite anziché barre a sezione piena inserite in preforo.
Una ricerca nella letteratura tecnico-scientifica ha permesso di inquadrare la tecnica dell’ancoraggio flottante nel panorama internazionale delle tecniche di stabilizzazione di frane comunemente utilizzate, evidenziandone i vantaggi e i campi di applicazione. Il confronto in termini di efficienza/costo, eseguito sulla base di analisi di stabilità all’equilibrio limite e agli elementi finiti, ha dimostrato come la tecnica degli ancoraggi flottanti sia economicamente vantaggiosa rispetto alle principali soluzioni alternative. Le tecniche rigide tradizionali infatti inducono sollecitazioni interne agli elementi strutturali molto maggiori rispetto a un intervento flessibile, con una conseguente maggior domanda di resistenza in fase di dimensionamento. Inoltre, l’installazione degli ancoraggi flottanti avviene con macchinari con ingombro ridotto e con tempi di esecuzione minori, oltre a garantire un più alto rapporto costi-benefici: il vantaggio è ancor maggiore se si impiegano barre autoperforanti composite anziché barre a sezione piena inserite in preforo.
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ESEMPIO DI INTERVENTO
Fasi di esecuzione dell’intervento (2015): perforazione con barra autoperforante, collocamento dei trefoli nel foro interno, cementazione con boiacca di cemento, applicazione della piastra flottante, ricoprimento della piastra con terreno in sito.
Intervento finito (2015) e vista attuale (2016) con particolare del rinverdimento naturale del versante (le piastre sono ancora parzialmente scoperte per consentire il monitoraggio topografico con mire collocate sulle piastre).
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