X CONVEGNO S.I.I.V. – CATANIA – 26/28 OTTOBRE 2000

X CONVEGNONAZIONALE

S.I.I.V.

RINFORZO DEI TERRENI CON ELEMENTI INRETE METALLICA A DOPPIA TORSIONE AD

ELEVATA DURABILITÀ

Massimo ComediniUTP

Officine Maccaferri BolognaVia degli Agresti 6 - 40123 Bologna – Italy

Tel: +39.051.6436136Fax: +39.051.236507

E-mail: mcomedini.officine@maccaferri.com

Luca DainesiCOMI

Officine Maccaferri BolognaVia degli Agresti 6 - 40123 Bologna – Italy

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RINFORZO DEI TERRENI CON ELEMENTI IN RETEMETALLICA A DOPPIA TORSIONE AD ELEVATA

DURABILITÀ

MASSIMO COMEDINI- UTP- OFFICINE MACCAFERRI SPALUCA DAINESI – COMI – OFFICINE MACCAFERRI SPA

SOMMARIOIl rinforzo dei terreni è una tecnica che è entrata nell’uso comune nel campo dellecostruzioni stradali . Le applicazioni sono molteplici: opere di sostegno, opere direinserimento ambientale, barriere antirumore e barriere visive, opere di difesa dallacaduta massi, rinforzo di rilevati su terreni a bassa portanza e rinforzo di sovrastrutturestradali. La presente memoria descrive una tecnologia di rinforzo dei terreni, usatanella stabilizzazione delle scarpate ripide, che si caratterizza per l’impiego di retimetalliche a doppia torsione come elementi di rinforzo. Saranno descritte le modalità diprova ed i risultati ottenuti nella valutazione di: comportamento sforzi-deformazioni,resistenza al danneggiamento, interazione con il terreno, resistenza all’aggressionechimico-fisica in ambienti diversi.

ABSTRACTSoil reinforcement is a popular technology in road construction. The applications aredifferents: gravity walls, enviromental works, noise barriers, rockfall protection. Thefollowing paper descirbes a particular technology of reinforcement soil, fabricated froman hexagonal double twist wire mesh as a reinforcement used for stabilizing steepslopes. In order to determine the mechanical, geothecnical and the durability data, aseries of tests were carried out in laboratories all over the world.From these tests it waspossible to determine the anchoring and breaking capacities peculiar of the technology.

We will show the various tests and the results for evaluating: behaviour ofstrain/deformation, resistence to the damage, interlocking in the soil, resistance to thechemical-phisical factors in different environments.

1. INTRODUZIONENel campo della geotecnica è definita come opera in terra rinforzata o pendio

rinforzato, una struttura atta al contenimento o alla stabilizzazione di una scarpatacostituita, essa stessa, da terreno e da elementi di rinforzo di forma e materialeopportuno, capaci di assorbire sforzi di trazione. Tali elementi vengono di solitodisposti lungo piani di posa orizzontali durante il riempimento e la compattazione delrilevato di terra, che avviene per strati successivi.

Così facendo, il regime di sollecitazioni che s’instaura nel rilevato strutturale conl'aumentare dei carichi, è tale da mobilitare la resistenza a trazione del rinforzo in virtùdella sua aderenza per attrito con il terreno.

Il terreno che costituisce il rilevato strutturale, invece, offrirà il suo contributo diresistenza alla compressione per effetto dei carichi verticali.

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Figura 1 - Comportamento sforzi-deformazionia breve termine per alcuni polimeri

Fibre poliaramidiche

Fibre di poliestere

Nastri dipolipropilene

Griglie inHDPE

Nella progettazione di queste strutture è pertanto necessario individuarecorrettamente i meccanismi di rotturapotenziali nel terreno, al fine divalutare il contributo di stabilitàofferto dalla presenza dei rinforzi.

Un corretto dimensionamento diuna struttura in terra rinforzataimplica pertanto, noti i parametrigeotecnici del rilevato strutturale e lecaratteristiche meccaniche dei rinforzi(carico di lavoro, coeff. interazionecol terreno ecc.), una scelta correttadella lunghezza e della spaziaturaverticale dei rinforzi necessarie agarantire la stabilità.

I meccanismi di rotturaschematizzati nel calcolo saranno ingenerale diversi secondo lecaratteristiche dei rinforzi esoprattutto della geometria e dellastratigrafia della scarpata.

Nel dimensionamento il criterio piùgenerale per assicurare la stabilità diun pendio rinforzato è che tutte lesuperfici di forma curvilinea che rappresentino possibili meccanismi di scivolamento,sia attraverso il rilevato strutturale sia più esternamente nel terreno circostante,presentino fattore di sicurezza maggiore di un valore minimo (1.3, secondo DM 11-03-88).

Per le opere che geometricamente sono assimilabili ad un vero e proprio muro disostegno (inclinazione del paramento >70° sull’orizzontale), si dovranno anche fare leverifiche di stabilità allo scorrimento di base, al ribaltamento e delle pressioniammissibili (secondo DM 11-03-88).

La normativa Italiana non tratta in maniera approfondita le opere in terra rinforzataalle quali si accenna solamente nell’ambito del decreto citato, laddove si trattano imanufatti in materiali sciolti. Per tale ragione, al di là di una generica indicazione circala necessità di verifiche strutturali delle armature di rinforzo, non si danno prescrizionicirca le modalità con cui si deve definire la resistenza di lavoro dei rinforzi, i parametriche caratterizzano l’interazione con i terreni ed i possibili stati limite specifici deisistemi di rinforzo.

Da quanto esposto sopra si deduce come esistono delle incertezze circa i criteri daseguire nel dimensionamento delle strutture in terra rinforzata, accentuate dal fatto chein commercio esistono numerosi tipi diversi di materiali per il rinforzo dei terreni,caratterizzati da comportamenti che possono anche essere profondamente diversi.

L’introduzione di un nuovo prodotto sul mercato richiede investimenti ingenti etempi relativamente lunghi per l’ingegnerizzazione e le scelte, circa la caratterizzazionedei materiali, dipendono anche dalle normative che regolano il loro impiego.

Negli anni ’70, quando la Officine Maccaferri Spa (una multinazionale presente constabilimenti di produzione in quattro diversi continenti) ha ideato un nuovo sistema per

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il rinforzo dei terreni, si è scontrata con questo problema amplificato tra l’altro dallanecessità di distribuire il nuovo prodotto sul mercato mondiale.

Dal 1979, quando in Malesia furono fatte le prime esperienze associando i gabbioni aterreno rinforzato meccanicamente, ad oggi sono stati installati più di 500.000 mq di infaccia a vista di terre rinforzate con il sistema Terramesh; questo è stato possibilesolamente attraverso l’investimento di centinaia di milioni per l’esecuzione di studi eprove presso innumerevoli Laboratori ed Università in tutto il mondo:• Facoltà di Ingegneria di Bologna• SAPABA, Bologna• University of New South Wales. Kensington (Australia)• Colorado Test Centre Inc., Denver (USA)• STS Consultant Ltd, Chicago (USA)• Laboratori del CERMET, Bologna• ISMES, Bergamo

A questi si aggiungono gli studi effettuati in maniera indipendente da parte di diversienti governativi come ad esempio:• FHA (Federal Highway Authority), USA• TRL, (Transport Research Laboratory), UK• Ministry of Transports, Canada.

2. CARATTERIZZAZIONE DEI MATERIALI PER IL RINFORZO DEITERRENI

Il rinforzo dei terreni tradizionalmente è realizzato con vari tipi di materiale:• geotessili• geogriglie• geocompositi• strisce metalliche

Il contributo che essi possono fornire nell’ambito di un sistema di rinforzo dipendeda vari fattori:

• dalle caratteristiche reologiche dei materiali che li costituiscono• dalla struttura (come sono organizzati gli elementi resistenti nel materiale di

rinforzo)• dal danneggiamento meccanico che subiscono in fase di posa• dal decadimento delle prestazioni meccaniche dovuto all’aggressione chimico-

biologica all’interno del terreno• dall’interazione meccanica che si sviluppa tra terreno e rinforzo.

Per dimensionare correttamente un’opera è necessario individuare questi parametriper tutte le condizioni che normalmente possono verificarsi nella applicazione delmateriale, definendone le variazioni nel tempo in modo da poter impiegare il materialein relazione alla vita di progetto dell’opera.

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Categoria di lavori Tipiche durate di progettoin anni

esempi

Opere provvisionali da 1 a 2 opere di servizioOpere di breve durata da 5 a 10 opere di servizio

rinforzo alla base di rilevatiOpere industriali da 10 a 50 strutture nell’ambito di miniere

Opere di lunga durata 60 opere marittime e rilevati auto stradali

Opere di lunga durata 70 opere di sostegnoOpere di lunga durata 120 opere di sostegno autostradali, spalle di

pontiTabella 1- Esempi di vita di progetto per alcune opere d’ingegneria

Il parametro che è più complicato da individuare è sicuramente la resistenza dilavoro, per la quale le diverse normative possono indicare metodologie differenti didefinizione. In questa memoria, mancando in Italia una qualsiasi indicazione in merito,faremo riferimento alla normativa Inglese e più precisamente alla British Standard 8006(1995) che è forse la più esaustiva e conservativa.

Con riferimento alla figura 2, possiamo constatare come dalla resistenza a trazionenominale del materiale (ricavata provando il materiale così come esce dallostabilimento) si passi alla resistenza di lavoro attraverso una serie complessa di fattori disicurezza parziali che, tenendo conto dell’affidabilità dei processi produttivi, del gradodi incertezza dei dati ricavati e degli stress meccanici, chimici e biologici, diminuisconoin diversa misura (a seconda delle specifiche condizioni progettuali) la resistenzainiziale.

TprogettoTprogettoTprogettoTprogetto = = = = Tcreep Tcreep Tcreep Tcreep x x x x fmfmfmfm

Tcreep = T nominale / fcreep

fm111esistenza o meno

di specifiche standard controllo risultati

fm112tolleranza

caratteristichegeometriche rinforzo

fm11affidabilita' dati

processo produttivofm11=fm111 x fm112

fm121affidabilita ' nellavalutazione dati

parametri statistici

fm122estrapolazione

parametri statisticia lungo termine

fm12estrapolazione dati sperimentali

fm12=fm121 x fm122

proprieta' intrinsechedel materiale

fm1=fm11 x fm12

fm211effetti breve termine

prima e durantel'installazione

fm212effetti lungo termine

fm21installazione

fm21=fm211 x fm212

fm22effetti nocivi ambiente

sul rinforzo(alcalinita ', acidita ', pH)

installazione eeffetti ambiente

fm2=fm21 x fm22

fm=fm1 x fm2

Figura 2 – Definizione della resistenza di lavoro secondo la BS 8006 (T= resistenza atrazione)

/

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β

β

Figura 3 - Terramesh tipo Verde e Acqua

3. DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI RINFORZO TERRAMESHE’ una tecnologia di rinforzo del terreno che impiega elementi prefabbricati di

diversa altezza e dimensioni, in cui la funzione d’elemento resistente è svolta da unarete metallica a doppia torsione a maglie esagonali. A seconda delle tipologie dielemento quest’ultima viene associata a differenti materiali:♦ Terramesh verde: elemento di rinforzo in rete metallica trattata Galmac e rivestita

in PVC (comprensivo di ancoraggio e risvolto), paramento di irrigidimento in retemetallica elettrosaldata, elemento antierosivo (biostuoia in fibre di cocco nel tipoVerde Terra o geostuoia tridimensionale in fibre di polipropilene nel tipo VerdeAcqua), staffe di tenuta in sagoma (consentono pendenze 2:1 e 1:1); vedi figura 3

♦ Terramesh System: elemento in rete metallica trattata Galmac e rivestita inPVC che costituisce senza soluzione di continuità il paramento verticale scatolare dariempire in pietrame ed il telo di ancoraggio, diaframmi di irrigidimento eirrobustimento del cassero; vedi figura 4.

Con gli elementi di Terramesh verde (acqua o terra indifferentemente) è possibilerealizzare rilevati strutturali di altezze variabili (anche oltre i 10 m per ogni singolabancata) e pendenze prefissate (45°-65) a seconda dei singoli casi (tipo di terreno,eventuale presenza di una falda, di un’accelerazione sismica, di un sovraccarico, ecc.).

Vi è inoltre la possibilità di erigere opere a paramento verticale mediante l’impiegodel sistema Terramesh System, che consente inoltre l’impiego del sistema a direttocontatto con acqua presente in maniera permanente, con una capacità di resistere alletensioni tangenziali di trascinamento pari a quella dei tradizionali gabbioni.

Figura 4 - Terramesh System

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La combinazione di due sistemi consente di realizzare strutture complesse in grado diadattarsi pressoché a tutte le situazioni progettuali sotto il profilo geometrico,ambientale e delle sollecitazioni.

Il principio che sta alla base di questo prodotto è quello di disporre non tantosemplicemente di un materiale per il rinforzo dei terreni, ma di un vero e propriosistema, in cui tutti gli elementi necessari a realizzare una terra rinforzata siano presentie preassemblati.

Figura 5 - Esempio di terra rinforzata a pendenza variabile realizzata con elementiinerbiti inclinati e a paramento verticale

Figura 6 - Parte frontale di un elemento di rinforzo preassemblato Tipo Terramesh Verde che evidenzia le parti del sistema

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Questo è importante sia dal punto di vista della produttività in fase di posa, ma anchedella sicurezza. Con il Sistema Terramesh non esiste la possibilità di associare materialidiversi da quelli appositamente studiati per realizzarlo, ne’ esiste la possibilità di erroridi assemblaggio da parte degli operatori.

Gli elementi del sistema pervengono in cantiere già pronti per il montaggio, èsufficiente aprirli e connetterli l’uno con l’altro: tipo e posizionamento dell’elementoantierosivo, tipologia e geometria del cassero a perdere, resistenza dei rinforzi elunghezza degli ancoraggi, corrisponderanno a quanto previsto nelle specificheprogettuali senza possibilità di errori.

Associando la semplicità di montaggio, l’elevata industrializzazione del prodotto,un’esaustiva caratterizzazione fisico-meccanica e geotecnica si è cercato di renderedisponibile un prodotto molto affidabile e sicuro il cui comportamento sia prevedibile intutte le più diffuse condizioni di applicazione.

5. CARATTERISTICHE MECCANICHE DELL’ELEMENTO DI RINFORZOPer gli scopi di rinforzo dei terreni è necessario conoscere il comportamento sforzi

deformazioni di un materiale sia a breve sia a lungo termine, al fine di stabilire, incorrispondenza di una deformazione considerata ammissibile, qual è la resistenza atrazione che il materiale è in grado di mobilitare all’interno del sistema terreno-rinforzo.

L’elemento di rinforzo nel sistema Terramesh è costituito da una rete metallica adoppia torsione con maglia esagonale tipo 8x10, tessuta con trafilato in ferro aventediametro 2.70 mm esterno, rivestito in lega eutettica Zinco-Alluminio e con un’ulterioreprotezione costituita da una guaina di PVC spessa 0.50 mm; il filo di acciaio ha unaresistenza media di 45 kg/mmq. La rete così costituita risponde ai requisiti previsti danumerose norme tra le quali ad esempio: alla ASTM-975 “Rete a doppia torsione pergabbioni e materassi di rivestimento”, alla EN 10223 “Rete esagonale in filo di acciaioper utilizzi ingegneristici ed alla BS 1052/80: “filo di acciaio per usi ingegneristici”.

5.1 Comportamento sforzi deformazioni a breve termineLa rete metallica a doppia torsione ha un comportamento sforzi deformazioni molto

diverso a seconda che venga posta in trazione consentendo la contrazione laterale odimpedendola. Nel secondo caso la resistenza risulteràinfatti maggiore e le deformazioni saranno minori. Nellaboratorio indipendente CTC-GEOTEK (Colorado,USA), da anni vengono effettuate periodicamente provesulle reti a doppia torsione usate nel rinforzo utilizzandole prescrizioni della norma ASTM A-975 che prevede lacontrazione laterale impedita. Nonostante ladisponibilità di questi dati si è ritenuto di dover fareprove ad una scala maggiore e riproducendo in manierapiù realistica le condizioni che si verificano all’internodel terreno. Per tale ragione presso il laboratorio dellaUniversity of New South Wales, Kensington, è stataeffettuata una campagna di prove realizzando un’apposita apparecchiatura (split box) ingrado di portare a rottura campioni di dimensioni di circa 1 m x 1 m, immersi in terreno.

Il terreno utilizzato nella prova è una sabbia fine con un angolo di resistenza altaglio che a seconda del grado di compattazione risulta compreso tra 25.8° e 34.2°, perla prova è stato usato il grado di addensamento più basso.

Figura 7 – Rete metallica adoppia torsione

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F

Figura 8 – Split Box 1: Pannello di rete 2: Sabbia 3: Spit box 4: Valvola di

sicurezza 5: Diaframma in gomma 6: Generatore di pressione 7:Carico di trazione 8: Ancoraggio 9: Camicia in gomma

Considerando che per costruire le terre rinforzate generalmente si usano terrenigranulari fortemente addensati, le condizioni di prova sono da considerarsi decisamenteconservative.

Le curve carico allungamento sono riportate nella figura 9, si può vedere come sia laresistenza a trazione che la deformazione a rottura subiscano una variazione in funzionedella tensione normale al piano della rete.

Dalle prove così eseguite si ricava la seguente relazione per la resistenza a trazione:mkNT nu /4725.035 ≤+= σ

Per la maggior parte dei casi reali questo significa poter contare su un carico dirottura nominale della rete immersa nel terreno pari a 47 kN/m.

La deformazione a rottura risulta essere piuttosto contenuta, non superando mai il 5% e si è ricavata la seguente relazione per la rigidezza al 99 % della resistenza ultima:

20001910099 ≤+= nK σ con σ [kPa] e K [kN/m]

5.2 Comportamento sotto carico costanteIl comportamento sforzi

deformazioni dei materiali, com’ènoto, si modifica a seconda dellafase in cui si trovano e quest’ultimaè legata alla temperatura cui èsoggetto il materiale.

Si distinguono:FASE ELASTICA,caratterizzata da comportamentoelastico (o fragile) plasticoFASE VISCOELASTICA,

caratterizzata da deformazioneiniziale elastica e successivadeformazione variabile nel tempo al caratterizzata da deformazione anche in ass

Il passaggio da una fase all’altra avmateriali e dalla tabella si può vedere comsistema Terramesh, passa alla fase visco-esuperiore ai 500°C. Per tale ragione, co

igura 9 – Diagrammi carico-allungamento

E 2000 8

permanere del carico FASE LIQUIDA,enza di carico.

viene a temperature diverse a seconda deie l’acciaio, di cui è costituito il rinforzo del

lastica in corrispondenza di una temperaturam’è ben noto nel campo delle costruzioni,

possiamo considerare che l’acciaio non sia soggetto a creep (deformazioni a caricocostante) alle temperature che normalmente caratterizzano le condizioni d’esercizionelle applicazioni geotecniche: 10°<Te<30°.

La stessa cosa non si può dire del Polipropilene nè tanto meno dell’HDPE che sitrovano normalmente in fase viscoelastica e sotto carico sono soggetti a deformazioniche aumentano nel tempo in maniera significativa.

Materiale Temperatura divetrificazione

(°C)

Temperatura difusione

(°C)

Fibre di poliestere 90 a 110 260Bandelle di polipropilene -20 170 a 180HDPE -120 a –90 130Acciaio >500 >1150

Tabella 1 – Temperature dei passaggi di fase per alcuni materiali

F

Fase elastica Fase visco- elastica Fase liquida

Punto di vetrificazione

Punto di fusione

igura 10 – Passaggi di fase

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5.3 Interazione col terrenoIl contributo di resistenza al taglio che deriva dalla presenza del rinforzo, dipende in

maniera significativa anche dalla sua capacità di trasferire le sollecitazioni cui èsoggetto nel terreno stabile, questo meccanismo risulta chiaramente illustrato nellafigura 11 .

Un altro tipo d’interazione che si verifica è quella di scivolamento del terreno sullasuperficie del rinforzo, illustrato in figura 12; in questo caso il terreno potenzialmente inmovimento scivola a contatto sia con il rinforzo sia con il terreno all’interno dellemaglie.

Le sperimentazioni furono condotte in due laboratori differenti: alla University ofNew South Wales di Kensington, con la stessa macchina usata per lo sfilamentoleggermente modificata ed alla STS Consultant a Chicago

Nelle prove è stata misurata la forza necessaria a sfilare il pannello di rete immorsatonel terreno e soggetto ad un carico normale uniformemente distribuito. Le macchine

Fig. 12 - Scivolamento

Tensioni di tagliotra terreno erinforzo

Spinta verso l’esternoSuperf.rottura

Rinforzo

Figura 11 – Resistenza a sfilamento

Rinforzo

Superf. di rottura

Immorsamentonel terrenostabile

Spinta verso l’esterno

X C

usate erano dotate di una serie di accorgimenti necessari a minimizzare il disturbolegato alle parti meccaniche e le prove, a Kensington, sono state eseguite da due teamdiversi per essere sicuri della riproducibilità dei risultati.

sec

quevar

ricavalattr

risu

sfilpar

cheda su pos

ϑtgdov

6.

suball’Pervie(asqua3),bar

Fig

. 13 – Macchina per i Test di sfilamento della STS Consultant a Chicago

ONVEGNO S.I.I.V. – CATANIA – 26/28 OTTOBRE 2000 10

Figura 14- Rivestimento protettivo

La forza misurata nelle prove è stata correlata alle tensioni normali al rinforzoondo la seguente formula:

δσ tan2 na AT = A= superficie del rinforzo, δ angolo di attrito rinforzo/terreno

Il terreno usato nelle prove realizzate in Australia aveva le stesse caratteristiche dilla usata per le prove di resistenza a trazione con angolo di resistenza al taglioiabile tra 25.8° e 34.2° a seconda del grado di addensamento.Considerando cautelativamente i valori ottenuti con la sabbia poco addensata, siva un valore del coefficiente di sfilamento 2* tanδ =0.91; a questo corrisponde un

ore di tanδ pari a 0.455, praticamente uguale a quello della tangente dell’angolo diito della sabbia.Negli Stati uniti si ottennero risultati superiori poiché il coefficiente di sfilamentoltò pari ad uno, un dato congruente con quello ottenuto in Australia.

Cautelativamente nel dimensionamento viene pertanto suggerito un coefficiente diamento pari a 0,91, che sicuramente per terreni granulari più addensati è unametro conservativo.Per quanto riguarda lo scivolamento il parametro può essere ricavato considerando in corrispondenza del piano del rinforzo meno del 10% della superficie è costituitofilo metallico, pertanto più del 90% della superficie di interazione è del tipo terrenoterreno, anche volendo trascurare l’attrito che comunque c’è tra terreno e metallo,siamo considerare un coefficiente di scivolamento fds almeno pari a 0,91 tale che:

φtgf ds ⋅=e φ =angolo di attr. del terreno, ϑ =angolo di attr. di scivolamento su rinforzo+terreno

DURABILITÀLa durabilità del materiale di rinforzo dipende dal grado di danneggiamento che puòire in fase di posa e dalla sua suscettibilitàattacco di agenti chimici, biologici e fisici . ottenere la massima durabilità prima di tuttone utilizzato un acciaio di elevata qualitàsicurate dalla rispondenza a norme severeli la EN 10218-2 ed ASTM-A641-82 classe

in secondo luogo si è adottata una doppiariera protettiva:

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OSSIGENO E ACQUA

RIVESTIMENTOIN GALFAN

ACCIAO

IONI ZINCO IONI ZINCO

Figura 15 – Corrosione sacrificale dello zinco

a) un rivestimento di lega di zinco, 5% di Alluminio, Cerio e Lantanio, in ragione dinon meno di 260 g/mq

b) un rivestimento in P.V.C. di spessore medio di 0.5 mm

6.1 Resistenza all’aggressione chimico-fisica e biologica Il rivestimento in lega di Zn-Al (Galfan o Galmac quando siano presenti anche terrerare) rappresenta l’evoluzione migliorativa della zincatura, è un sistema ormaiconosciuto e sottoposto a prove in tutto il mondo. Il suo comportamento unisce leproprietà di protezione sacrificale dello zinco a quelle di barriera passivantedell’alluminio. La protezione realizzata con questa lega attaccata dalla corrosioneproduce ossidi e carbonati che si oppongono ad ulteriori aggressioni chimiche. Inparticolare i prodotti della reazione con l’alluminio sono molto resistenti e laconcentrazione di questi aumenta sulla superficie a mano a mano che vengono asportatiquelli della reazione dello zinco. Qualora la protezione venisse scalfita in qualche puntoportando a nudo l’acciaio, s’innesca un processo che costituisce una protezione attiva diquest’ultimo.

Lo zinco avendo un potenziale elettrolitico più basso di quello dell’acciaio, vienecorroso al suo posto e gli ossidi che ne derivano si depositano su di esso proteggendolo.E’ stato dimostrato che la corrosione sacrificale del Galfan ha lo stesso potenziale diquella della galvanizzazione tradizionale ma una velocità del processo che è pari ad unquinto: offre una protezione per un tempo pari a 5 volte quello della semplice zincatura.Il risultato è quello di un rivestimento protettivo che sperimentato in diversi ambienti hadimostrato di durare almeno 3 volte più della zincatura forte tradizionale. Le prestazionidi del rivestimento in Galfan sono garantite dalla rispondenza a normative qualiEN/Euronorm 10244-2: Zinc or Alloy coatings on steel wire e ASTM A856 Zinc-5%:Alluminium-Mischmetal Coated Carbon Steel, che prevedono tra l’altro severi testd’invecchiamento artificiale.

La presenza della plasticatura in P.V.C. aumenta ulteriormente l’efficacia del sistemadi protezione dell’acciaio: il Polivinilcloruro è un prodotto che resiste in ambienti conPH variabile tra 2 e 13 senza mostrare segni di degrado ed è caratterizzato da un’elevatainerzia chimica. La rispondenza a numerose normative sulle prestazioni garantiscono ilmassimo di protezione meccanica ed aggressione da parte d’agenti esterni: ASTM D2240-75 (Durezza), ASTM D 2287-78 (Perdita di peso), ASTM D 412-75 (carico dirottura), ASTM D 1242-56 (75) (Abrasione), ASTM-B 117-73 (79) (invecchiamentoartificiale).

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Infine il P.V.C. è un isolante elettrico ed in virtù di ciò il rinforzo metallico, cosìprotetto, è esente da corrosione dovuta alle correnti vaganti presenti nei terreni.

6.2 Resistenza al danneggiamentoPer consentire di valutare l’entità della perdita di resistenza meccanica dovuta al

danneggiamento in fase di posa (copertura con materiale granulare e compattazione) larete metallica è stata sottoposta a prove in diversi laboratori: Transport ResearchLaboratories (UK, 1993), Federal Higway Authority’s Research Programme (1989,Chicago), SAPABA (Bologna, 1995).

Granulometria No. di punti didanneggiamento

Fattore di riduzione dellaresistenza a trazione

0-7 mm 0 1.000-50 mm 0-4 1.180-200 mm 2-11 E’ richiesta una protezione

Tabella 2 – Risultati dei test di danneggiamento

Dalle prove di resistenza meccanica sui materiali danneggiati risulta che fino ad unagranulometria di 50 mm possiamo assumere un fattore di riduzione per danneggiamentopari a 1.18 (Tnbl/1.18=Tl, Tnbl resistenza a trazione nominale, Tl= resistenza dopo ildanneggiamento).

6.3 Vita di progetto del materiale di rinforzo in rete metallica a doppia torsionecon sistema di protezione multiplo

La conoscenza circa il comportamento del materiale costituente i rinforzi in oggetto,è supportata da osservazioni protratte per ormai più di 100 anni per quanto riguarda ilprodotto zincato e più di quarant’anni per il plasticato con P.V.C.

L’esperienza così prolungata ed i test severi ed esaurienti cui vengono sottoposti talimateriali consentono di considerare una vita di progetto molto lunga per le strutture interra rinforzata realizzate con essi.

Il British Board of Agreement, in Gran Bretagna ha il compito di certificare imateriali per costruzione. I certificati del BBA stabiliscono le caratteristicheprestazionali e gli impieghi ammessi nelle costruzioni.

Per quanto esposto sopra, la rete a doppia torsione a forte zincatura plasticata haottenuto un certificato BBA che attesta una vita di progetto di 120 anni per lacostruzione di opere di sostegno in gabbioni (certificato n° 95/3141), ed è in corso dirilascio un certificato analogo per il sistema Terramesh.

Considerando che i rinforzi del sistema Terramesh sono migliorati ulteriormenterispetto a quelli con zincatura forte grazie all’utilizzo di una protezione in Galfan,possiamo tranquillamente attribuire loro una vita di progetto per lo meno uguale aquella certificata da BBA per il secondo tipo di materiale.

7. CALCOLO DELLA RESISTENZA MECCANICA DEI RINFORZI DELSISTEMA TERRAMESH

Ricollegandoci a quanto detto inizialmente riguardo alla stima della resistenza dilavoro degli elementi di rinforzo e riferendoci a quanto illustrato in figura 2 di seguitoapplichiamo ai rinforzi del sistema Terramesh il criterio per il calcolo della resistenza dilavoro che la BS 8006 prescrive per i rinforzi in genere.

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La resistenza di lavoro è designata Td ed è tale che:Td=Tb/fm

fm è il fattore di sicurezza complessivo che consente di passa dalla resistenza atrazione nominale Tb a quella di lavoro. Tb è calcolato per una data deformazionemassima ammissibile durante la vita di progetto; per le opere in terra rinforzata ledeformazioni massime ammissibili nei rinforzi sono dell’ordine del 5.5-6.5 %, questosignifica che non subendo gli effetti del creep ed essendo la resistenza a rottura pari a 47kN/m con deformazioni inferiori al 5%, tale resistenza può essere assunta comeresistenza a trazione nominale.

7.1 Il fattore di sicurezza globale fmIl fattore di sicurezza fm è a sua volta costituito da una serie di fattori di sicurezza

parziali secondo quanto segue:fm=fm11 x fm12 x fm21 x fm22

Dove fm11 riguarda i processi di fabbricazione, fm12 è relativo all’estrapolazione deidati, fm21 è relativo è relativo ai danni da installazione e fm22 è relativo agli effettiprodotti dall’ambiente.

fm11= fm111 x fm112 fabbricazione fm111 : dipendente dall’esistenza o meno di standard per la fabbricazione e test di

controllo per il materiale di base; la produzione è conforme alla BS 1052 ed in baseall’analisi statistica dei test di controllo di produzione, si può individuare un valorecaratteristico di resistenza a trazione ultima pari a 47 kN/m cui si applicherà un valoredi fm111=1.05.

fm112: riguarda l’esistenza di standard o meno su dimensioni e tolleranze delprodotto; poiché sono definite delle tolleranze di produzione (garantite da certificazioneISO 9002) e la resistenza progetto è assunta sulla base di prove eseguite sulle maglie didimensione massima,

fm112= 1.0.fm11= fm111 x fm112=1.05 x 1.0= 1.05fm12= fm121 x fm122 estrapolazione

fm121: riguarda la disponibilità di dati attendibili per la derivazione di una curvad’inviluppo statistica, decine d’anni di test ed osservazioni (supportati dai dati ricavatinell’ambito delle procedure di controllo qualità certificate ISO 9002) permettono diassumere fm121=1.0

fm122: riguarda l’attendibilità d’estrapolazione dei dati ad un periodo pari alla vita diprogetto della struttura; gli oltre 100 anni d’esperienza sull’applicazione di prodotti inrete metallica a doppia torsione, consentono di assumere fm122=1.0

fm12= fm121 x fm122=1.0 x 1.0=1.0fm21= fm121 x fm122 installazione

fm121: danni a breve termine; utilizzando per la costruzione del rilevato materialirispondenti alle normative per tali opere si è verificato che il metallo non vieneinteressato da alcun danno a breve termine grazie alla protezione meccanica offerta dalP.V.C. ed alla propria resistenza meccanica; per tanto fm121:1.0

fm122: effetti di lungo termine del danneggiamento; il danneggiamento del P.V.C.mette a nudo il metallo sottostante, le prove di trazione eseguite tagliando i campioniriesumati nei punti danneggiati (per simulare in maniera conservativa un danno di lungotermine dovuto a corrosione), si è misurato un decadimento massimo , per inerti congranulometria < 5 mm, pari al 15 % cui corrisponde fm122= 1.18. Tenendo conto che da

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test effettuati la propagazione della corrosione all’interfaccia P.V.C./metallo è moltoridotta a causa dell’aderenza perfetta, si può ritenere che il danno non si propaghi epertanto fm122= 1.18

fm21= fm111 x fm112=1.0 x 1.18= 1.18

fm22, relativo agli effetti dell’esposizione ambientale effetti, in considerazione deltipo di protezioni di cui è dotato il rinforzo: doppia barriera Galfan+P.V.C., dellacapacità di autocicatrizzazione del Galfan, della protezione meccanica offerta dal P.V.C.e dalla sua elevata inerzia chimica si può assumere un fattore di sicurezza pari afm22=1.0

Le considerazioni sopra esposte portano a concludere che:

fm=fm11 x fm12 x fm21 x fm22= 1.05 x 1.0 x 1.0 x 1.18 x 1.0= 1.24

Td=Tb/fm= 47 kN/m/1.24=37.9 kN/m

8. RESISTENZA AL FUOCOI rinforzi in rete metallica protetta da P.V.C. sono stati testati secondo la norma

ASTM D 470-82, il risultato è stato quello di un materiale autoestinguente, che nonmanifesta colamenti di materiale infiammato e che non risente della fiamma dal puntodi vista della resistenza meccanica. Questo comportamento differenzia nettamente ilsistema Terramesh dai rinforzi polimerici che invece sono soggetti a distruzione totale acontatto col fuoco.

9. GARANZIA DELLA QUALITA’ DEL PRODOTTO Le considerazioni esposte sopra hanno significato solamente se vengono offertegaranzie circa una costanza della qualità del prodotto che esce dagli stabilimenti,pertanto è necessario che vengano applicati rigorosi sistemi di controllo della qualitàche investono tutta la catena di produzione, dai materiali di base alla loro lavorazioneper ottenere il prodotto finito. Dal 1994 la Officine Maccaferri S.p.A. ha intrapreso unprogramma “Qualità” che ha portato ad ottenere il 04/10/1995 la certificazione delle treunità produttive e della sede centrale di Bologna. Tale certificazione, rilasciata dal“Bureau Veritas Quality International Italia Srl”, attesta che il Sistema Qualità dellaSocietà è stato stimato essere conforme ai requisiti della normativa UNI EN ISO 9002-1994 circa la produzione e la vendita dei derivati della vergella, l’assistenza tecnicasull’applicazione di tali manufatti, la commercializzazione di geosintetici, di materassiSARMAC, degli attrezzi di chiusura. Periodicamente vengono eseguite visite ispettiveallo scopo di confermare o meno tale certificazione.

10. CONCLUSIONIIl rinforzo dei terreni offre numerosi vantaggi: costi competitivi , basso impatto

ambientale e grande flessibilità di impiego; per queste ragioni questa tecnica trova unuso sempre più diffuso nel settore delle costruzioni. A fronte di questa diffusione inItalia non esistono però una normativa o dei criteri di progettazione che possano essereconsiderati un riferimento ufficiale per i progettisti. La memoria ha illustrato quali sonole caratteristiche che devono essere assolutamente definite per poter impiegare unmateriale di rinforzo ed un possibile criterio per la determinazione della resistenza di

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lavoro. Inoltre ha descritto il processo di ingegnerizzazione di un sistema di rinforzo deiterreni mostrando come siano necessarie lunghe ed articolate campagne sperimentali edi certificazione normativa per poter caratterizzare un materiale al fine di garantirne unimpiego veramente sicuro sia sotto il profilo delle prestazioni che dell’attendibilità deiparametri necessari al dimensionamento.

11. BIBLIOGRAFIA[1] Audora, H.J. “Gabion and Mattress works on main roads in NSW” , Sydney, 1978[2] Berg R.R., Anderson R.P., Race R.J., Chovery-Curtis V.E. “Reinforced soil

highway slopes, transportation research”, Record n.1288 Geotechnical Eng.,Washington DC, 1990

[3] Bolton M.D. and Pang P.L.R. “Collapse Limit states of reinforced earth retainingwalls”, Geotechnique, 1982

[4] Graig R.F. “Soil mechanic”, Van Nostrand Reinhal Co Ltd, 1983[5] Hostetler John L. “Basic Galfan training for steel wire”[6] Ingold T.S. “Laboratory pull-out testing of grid reinforcements in sand”, ASTM,

geotechnical testing journal , N.3, 1983[7] Lo S. C. Robert “Determination of design parameters of a mesh-type soil

reiforcement”, Geotechnical testing journal, N.4, 1990[8] Lo S.C. Robert “Behaviour of the Terramesh earth retaining system” , Australia,

1989[9] Mitchell J.K., Villet W.C.B. “Reinforcement of earth slopes and embankments” ,

Transportation Research Board, Washington DC, 1987[10] US Dept Transportation “Reinforced soil structures”, Vol I and II, 1990