Opere di difesa da fenomeni geomorfologici: un caso studio per la protezione di un abitato dell’Appennino Tosco-Emiliano

Strutture difensive geotecniche: il progetto di un opera composta (C-WALL)

L’opera strutturale consiste in una paratia tirantata a doppia fila sfalsata di micropali collegati in testa da un cordolo in c.a. La scelta di pali di piccolo diametro è stata dettata dalla particolare orografia ed acclività del versante che impedisce un’agevole cantierizzazione e l’accesso a macchine pesanti ed ingombranti. Tale aspetto, unito all’individuazione di superfici critiche abbastanza profonde indicative di masse spingenti rilevanti e la possibilità di vincolare l’opera solamente in testa, ha reso necessario la progettazione di un’opera “composta” (C-WALL) che combina l’effetto di due file di micropali incrementando gli effetti inerziali finali.

È stato quindi costruito un modello a step in cui si è simulato il potenziale arretramento a monte della frana capace di “scoprire” 6 m di paratia (altezza fuori terra).

 

Il dimensionamento strutturale della paratia,
insieme alle simulazioni correlate per questo caso studio,
è stato effettuato utilizzando Paratie Plus ,
il software per il calcolo e la progettazione delle opere di sostegno flessibili.

 

L’evento franoso e monitoraggio degli spostamenti

Nel 2018 una frana ha coinvolto un versante boschivo subito a valle di un piccolo centro abitato dell’Appennino Tosco-Emiliano attraversato da un importante arteria stradale. A seguito di tale evento si sono svolte numerose attività di monitoraggio volte ad individuare l’eventuale progressione dei fenomeni deformativi. Per la stima degli spostamenti superficiali in atto e pregressi sono stati letti ed analizzati i dati radar satellitari interferometrici mentre per la stima di possibili spostamenti profondi sono stati installati 6 inclinometri a profondità fino 20 m.

 

 

 

Il progetto dell'opera strutturale di difesa

A valle di un’accurata modellazione geologico-tecnica che ha permesso tramite numerose indagini e monitoraggi di classificare i terreni e i relativi parametri meccanici, è stata condotta un’analisi di stabilità globale dello stato di fatto con la determinazione di numerose superfici critiche di scorrimento aventi un coefficiente di sicurezza inferiore all’unità (situazione di disequilibrio). L’inviluppo di tali superfici ha determinato l’individuazione di una linea che delimita inferiormente il volume di coltre considerato potenzialmente instabile.

 

 

Si è quindi proceduto a fissare la posizione della paratia, dettata da esigenze funzionali a presidio dell’abitato di monte nonché dall’orografia locale.

 

 

Il dimensionamento strutturale della paratia si è basato costruendo vari stage in ciascuno dei quali è stato asportato progressivamente del terreno di valle, geometricamente coerente con la superficie di inviluppo precedentemente individuata, simulando così un potenziale arretramento della frana.

Si riportano di seguito le immagini dello step iniziale e finale definiti sul codice di calcolo Paratie Plus (si omettono le immagini degli step intermedi indicativi delle fasi di sbancamento).

 

 

 

L’opera in esame è stata modellata all’interno del programma Paratie Plus tramite l’elemento C-WALL (parete combinata) che permette di considerare l’interazione tra due file di pali opportunamente distanziate. I benefici sono molteplici, basti pensare in prima battuta all’inerzia maggiore che tale elemento assume a parità di numero di pali allineati semplicemente sfalsandone trasversalmente la metà (uno ogni due). L’interazione nasce grazie alle forze di attrito che si scambiano lungo il fusto le due pareti che possono essere tangenti o distanziate.

 

Nel caso di pareti tangenti, l’attrito si genera direttamente tra il ricoprimento in calcestruzzo dell’armatura; nel caso invece di pareti distanziate l’attrito si genera attraverso il terreno compreso tra le due file. In questo secondo caso, la stima dei parametri geotecnici che il programma richiede, è indicativa delle proprietà fisico-meccaniche del terreno interposto tra le due file che occorre quindi caratterizzare sia in termini di rigidezza (K shear) che di resistenza (P shear).

La rigidezza viene intesa come un modulo di taglio G, generalmente correlabile al modulo elastico E ed espressa in kN/m³. La resistenza è intesa come una resistenza al taglio τ per cui vale il classico criterio di rottura Mohr – Coulomb. Ovviamente, nel caso di terreni stratificati occorre effettuare una serie di valutazioni/proporzioni che permettano di definire alla fine un parametro univoco.

 

In testa all’elemento C-WALL è stato inoltre applicato un vincolo allo scorrimento (C-SLIP) rappresentativo della trave di coronamento sommitale che generalmente viene eseguita su questo genere di opere. Tale elemento interviene nell’interazione globale con le due file di pali attraverso una rigidezza, facilmente determinabile inserendo come dati le dimensioni in sezione e il modulo elastico E_c del calcestruzzo impiegato.

 

 

 

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Autore dell'articolo: ing. Guido Goracci
Co-autori dell'articolo: Prof. Eros Aiello e Geol. Filippo Bonciani