La frequente crescita e gravità degli eventi atmosferici richiede sempre maggior attenzione alla sostenibilità ambientale. I Progettisti impegnati nella realizzazione di infrastrutture iniziano a porre particolare attenzione all’utilizzo dei terreni disponibili localmente, da un lato per tenere sotto controllo i costi complessivi dell’opera e dall’altro per minimizzare lo sfruttamento delle risorse naturali e ridurre l’impatto ambientale.
Tradizionalmente, per i rilevati si preferiscono terreni di alta qualità – possibilmente drenanti – che spesso vengono approvvigionati da cave o da siti distanti rispetto al cantiere. L’utilizzo di terreni disponibili in loco, sebbene non sempre immediatamente adatti per applicazioni geotecniche a causa della loro natura coesiva e dell’alto indice di plasticità, può essere facilitato tramite tecniche di stabilizzazione chimica.
Stabilizzazione e rinforzi dei terreni: tecniche avanzate per ambienti ostili
Tra le tecniche di stabilizzazione più diffuse e conosciute vi sono la stabilizzazione con calce o cemento. Questo processo riduce l’indice di plasticità del materiale argilloso e migliora le caratteristiche di lavorabilità e di resistenza meccanica a lungo termine.
La stabilizzazione con calce e cemento innesca una reazione chimica nel terreno, creando un ambiente altamente alcalino con livelli di pH che possono superare il valore di 12. Col tempo, il pH diminuisce man mano che la reazione chimica si esaurisce. In queste condizioni, è fondamentale garantire la longevità delle strutture attraverso l’uso di materiali di alta qualità per il rinforzo. Nel corso degli anni, Maccaferri ha sviluppato una gamma diversificata di rinforzi per soddisfare condizioni estreme, come gli ambienti altamente alcalini.
La famiglia di geogriglie e geostrip ParaProducts è composta da prodotti realizzati con metodologia produttiva innovativa che li rende adatti all’utilizzo in ambienti aggressivi. I ParaProducts sono tra le geogriglie più testate al mondo, per quanto riguarda non solamente la certificazione delle prestazioni meccaniche ma anche di quelle ambientali. Essi sono stati i primi geosintetici specificamente ingegnerizzati per la funzione di rinforzo del terreno, sin dagli anni Settanta. La geostriscia Paraweb è stata utilizzata nel primo muro sperimentale in terra rinforzata – voluto dalle National Highways Inglesi – costruito nel 1977.
Studi disponibili sui meccanismi di degradazione dei geosintetici
Esistono numerose pubblicazioni e documenti relativi al degrado delle fibre di poliestere in ambienti fortemente alcalini. Secondo questi studi, le fibre di poliestere (PET) nei terreni alcalini (con pH > 9) degradano a seguito del fenomeno di idrolisi esterna, ossia il deterioramento chimico della superficie delle fibre, che riduce la resistenza a trazione delle fibre, proporzionalmente alla diminuzione dell’area trasversale [1].
Fin dal 1999, i Paraproducts sono stati sottoposti a numerosi test per valutare l’impatto di vari ambienti alcalini. A differenza di altri materiali di rivestimento come PVC, EVA e gomma SBR, il rivestimento in polietilene dei Paraproducts rimane chimicamente inerte a contatto con pH estremamente elevati non subendo alterazioni in ambienti alcalini anche quando esposto per lunghi periodi e ad elevate temperature. Inoltre, la configurazione geometrica dei rinforzi Paralink, Paragrid e Paraweb, grazie alla protezione mediante guaina in PE di ciascun fascio di fibre (Figura 1), è fondamentale per evitare la propagazione della soluzione alcalina all’interno della sezione del rinforzo.
Verifica sul campo: le prestazioni a lungo termine dei paraproducts
Negli ultimi anni, Maccaferri ha avviato un programma di ricerca sul campo per valutare lo stato dei suoi prodotti in vari progetti, confermando ancora una volta le ottime prestazioni a lungo termine dei ParaProducts in ambienti fortemente alcalini. Per questa ricerca sono stati selezionati alcuni progetti sufficientemente longevi da fornire un’ulteriore prova tangibile della natura non degradabile della famiglia dei ParaProducts. Tre siti sono stati identificati nel Regno Unito: tutti i progetti presentano strutture di contenimento in rete metallica a doppia torsione tipo Terramesh rinforzati con geogriglia Paragrid 50/05. I terreni di costruzione utilizzati variano a seconda del sito ma sono sempre terreni a prevalenza argillosa, stabilizzati a calce o cemento.
Le operazioni di estrazione delle geogriglie e raccolta del terreno sono state supervisionate da un Ispettore del British Board of Agreement (BBA), garantendo quindi una corretta esecuzione di tutte le fasi. I campioni sono stati inviati a laboratori indipendenti accreditati per verificare le caratteristiche al momento dell’estrazione, in conformità con la Norma ISO 17020 [2].
Durante il processo di esumazione, in due casi su tre il livello del pH si è ridotto rispetto a quello iniziale, pur mantenendo comunque un valore superiore a 9, valore considerato come il massimo pH adatto ad un prodotto in PET secondo la Norma ISO TS 20432 [3]. In un caso, il livello di pH è rimasto particolarmente elevato e non è diminuito nel tempo. Le geogriglie hanno dimostrato una resistenza residua che ha costantemente superato il 96% della resistenza caratteristica certificata a breve termine e quindi sempre a favore di sicurezza rispetto alla resistenza di progetto. Il quarto progetto, nonché il più importante di questa campagna di prove, è la Tangenziale di Forlì.
Il progetto comprende 530 m di rilevati rinforzati con altezza massima di 10 m, e un viadotto lungo 320 m, su suolo alluvionale prevalentemente coesivo, caratterizzato da limo sabbioso e argilla compressibile, alternato a strati di sabbia e ghiaia. Per riutilizzare il terreno in sito è stata adottata la tecnica di stabilizzazione al 2% di calce. I rilevati sono fondati su pali nelle vicinanze del viadotto ed il distanziamento tra un palo e l’altro è stato massimizzato mediante la realizzazione di una piattaforma di trasmissione dei carichi realizzata con geogriglie Paralink ad alta resistenza e bassa deformazione.
Le sponde dei rilevati sono state realizzate in terra rinforzata, composta da elementi modulari di inclinazione variabile chiamati Green Terramesh, insieme a geogriglie di rinforzo Paragrid 150/05, che svolgono il ruolo di rinforzo primario. Infine, in questo progetto sono stati costruiti circa 5.000 m2 di facciata di muri a paramento verticale di tipo MacRes, con rinforzi polimerici ad alta resistenza sotto forma di geostrisce, chiamati Paraweb. L’installazione delle strutture in terra rinforzata è iniziata nel 2005 e si è conclusa nel 2008, quindi questo progetto ad oggi ha raggiunto quasi 20 anni di vita in un ambiente fortemente alcalino.
Si è optato per estrarre le geogriglie dalla base della scarpata del rilevato; quindi, è stato necessario progettare una struttura di supporto in acciaio per sor reggere lo scavo (Figura 3). La progettazione di questa struttura in acciaio è stata realizzata dalla Società di ingegneria E&G Srl, previa approvazione da parte dell’Autorità Stradale Italiana (ANAS). Dallo scavo sono stati raccolti diversi campioni di geogriglie (Figura 4) che sono stati inviati a un laboratorio accreditato che ha eseguito i test di resistenza a trazione secondo la Norma ISO 10319 [4]. Sono stati raccolti anche cinque campioni di terreno stabilizzato oltre a un campione di terreno naturale non stabilizzato (prelevato nei dintorni della struttura) al fine di verificare la quantità di calce necessaria per la stabilizzazione [5].
Dai risultati sui campioni di terreno si nota che i livelli residui di pH nei terreni stabilizzati con calce a contatto diretto con le geogriglie al momento dell’estrazione variavano tra 10,9 e 11,2, valori che testimoniano risultati in linea con le aspettative [6]. Le prove di trazione, condotte dal laboratorio indipendente accreditato UKAS sui campioni esumati dal cantiere, hanno fornito risultati ancora una volta eccellenti (Figura 7).
Conclusioni
In ambienti ad alto pH, l’idrolisi può avere un impatto significativo sulle geogriglie in PET, cosicché non tutte le geogriglie prodotte con questo polimero possono essere adatte. Maccaferri ha dimostrato come, tuttavia, con una struttura del rivestimento specifica, uno spessore adeguato e una tecnologia di produzione appropriata, sia possibile ottenere una notevole protezione per le fibre, riducendo al minimo la diffusione della soluzione alcalina nel rinforzo. Per le strutture progettate per una vita utile di 120 anni è essenziale porre particolare attenzione alle prestazioni del sistema o del rinforzo, affidandosi ad Aziende che possano provare, tramite esperienza e certificati di terze parti riconosciuti a livello internazionale, l’affidabilità delle proprie soluzioni nel tempo.
Dati tecnici
Contraente Generale in Italia: ANAS SpA
Project Manager: Officine Maccaferri SpA
Progetto definitivo e Direzione dei Lavori del cantiere di Forlì: E&G Srl
Esecutori dei Lavori in Italia: Carlucci Costruzioni
Data dei lavori: 2023
Bibliografia
[1]. J.H. Greenwood, H.F. Schroeder, W. Voskamp – “CUR Report 243. Durability of Geosynthetics”, Stichting Curnet, Gouda, The Netherlands, 2012.
[2]. UNI CEI EN ISO/IEC 17020:2012 – Valutazione della conformità – Requisiti per il funzionamento di vari tipi di organismi che eseguono ispezioni.
[3]. ISO TS 20432 – Guidelines for the determination of the long-term strength of geosynthetics for soil reinforcement.
[4]. UNI EN ISO 10319:2015 – Geosintetici – Prova di trazione a banda larga.
[5]. UNI EN ISO 10390:2022 – Suolo, biorifiuti trattati e fanghi – Determinazione del pH.
[6]. J.L. Eades, R.E. Grim – “A quick test to determine lime requirements for lime stabilization”, Highway Research Board, National Research Council, Washington DC, No. 139, 1996, pp. 61-72.