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Nell'aprile 2009 si sono verificati molteplici eventi ca-lamitosi dovuti a piogge insistenti e di notevole inten-sità che hanno causato frane e smottamenti in diverselocalità del basso Piemonte. Nel Comune di Verduno inprovincia di Cuneo a 6 km da Alba, il 26 aprile 2009 si èverificata una frana stimata in un movimento terra di circa250 m3 in prossimità delle ultime case nel versante sud - est.

Questa frana, pur non avendo provocato danni immediati alle abitazioni di per-tinenza del terreno interessato, ha creato una situazione di rischio che ha resonecessario un rapido intervento allo scopo di mettere in sicurezza le abitazionia monte e la scarpata sottostante che confina con una strada provinciale S.P.358. Gli interventi, perlopiù costituiti da opere di contenimento realizzate incalcestruzzo, sono stati progettati ed eseguiti in accordo alla recente normativatecnica per le costruzioni (NTC 14 genn. 2008), con particolare riferimento al ri-spetto dei requisiti imposti dai criteri di durabilità, espressi dalle classi di espo-sizione ambientale. Particolare attenzione è stata posta alla corretta formulazione delle prescrizione dicapitolato relative al calcestruzzo, rivolte al produttore del conglomerato cemen-tizio, e quelle che attengono la struttura destinate invece all’impresa esecutrice.

CONSOLIDAMENTO DI UN VERSANTE FRANOSOMEDIANTE OPERE IN C.A.

Cataldo Matteo Corcella[mcorcella@addimentitalia.it]

Marco Coalova[mcoalova@addimentitalia.it]

Salvatore Tavano[stavano@addimentitalia.it]

www.addiment.it

L’intervento di Addiment Italiain terreni chimicamente aggressivi

1 - Vista aerea dell’area(fonte Visual PG).

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le Cause del dissesto

Prima di decidere come e dove intervenire si è resa necessaria una accurata inda-gine geologica per accertare la natura del terreno e la consistenza del sistemaroccioso su cui posa l'immobile. L’indagine ha rivelato che i fabbricati, a valle deiquali si è innescato il fronte di frana, sorgono nella parte sommitale di un versan-te molto acclive caratterizzato da una giacitura degli strati geologici detta “a reggi-poggio”. Da un punto di vista stratigrafico il substrato geologico è rappresentatodalla formazione denominata “Gessoso-Solfifera”. Questa è costituita nell’area inesame da due diverse litofacies: dei corpi gessosi cristallini, variamente fratturati einteressati da fenomeni di pseudo-carsismo, costituenti la parte sommitale delversante, e delle marne-argillose fittamente stratificate che costituiscono il sotto-suolo del tratto di pendio immediatamente a valle della scarpata ove è avvenutoil movimento franoso.Stante la suddetta situazione litostratigrafica i fattori idrogeologici hanno avutocertamente un peso rilevante nell’evoluzione del dissesto. La continua erosioneselettiva al contatto tra i blocchi gessosi fratturati e le sottostanti marne argillose,ha infatti determinato l’assetto a sbalzo dei primi e favorito il fenome-no di ribaltamento/crollo dei cunei rocciosi e mobilitazione delle co-perture detritiche. Il fattore scatenante che ha determinato il movi-mento franoso sono state le abbondanti precipitazioni piovoso/nevo-se che si sono concentrate nell’arco dell’inverno-primavera2008/2009. Queste hanno impedito il naturale drenaggio dei primistrati del sottosuolo, rendendo critico l’equilibrio lungo i versanti, co-me testimoniato ampiamente dal grande numero di movimenti frano-si che si sono verificati a partire da Aprile ’09 nell’area delle Langhe.

2 - Aspetto attuale della scarpata a valle del dissesto.

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opere di Consolidamento

L’opera di consolidamento è consistita nella realizzazione di un muro di conteni-mento in c.a. (spessore 50 cm, alla base 90 cm) vincolato ad un sistema di palitrivellati del diametro di 30 cm. La lunghezza dei pali è stata fissata in modo taleche questi fossero immorsati per almeno 3÷4 m di profondità all’interno del sub-strato geologicamente più competente (marne argillose). Sulla base della sezioneGeologico-Tecnica del versante, ricavata con dettaglio grazie all’esecuzione di in-dagini penetrometriche, la lunghezza media dei pali trivellati è stata fissata a 8÷10m a seconda della posizione del pali relativamente al substrato.

La soluzione dei pali immorsati al substrato è applicabile con successo a questasituazione in quanto il movimento franoso non presenta caratteri di “scivolamen-to planare profondo” in roccia. L’intervento ha quindi il solo scopo di consolidarela porzione di colonna stratigrafica di pertinenza dei materiali sciolti e dei blocchidi gesso cristallino che sono attualmente esposti lungo la scarpata.Al fine di fornire un ulteriore contributo strutturale al muro di contenimento, si èproceduto alla realizzazione di tiranti in acciaio annegati in calcestruzzo all’inter-no dei blocchi gessosi (diametro complessivo 12 cm, lunghezza 12 m).

3 - Sezione geologica dell'are interessata dalla frana4 - Vista frontale dell'opera5 - Tiranti di ancoraggio

3

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1 - Il ponte sul Tagoa Santarem,

Portogallo, isolatocon HDRB.

2 - Il complesso NATO AF SOUTH

presso Napoli utilizza399 isolatori di gran-

di dimensioni. E’ il più grande edifi-

cio sismicamente isolato con questa

tecnologia in Europa.

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sChema progettuale

Le opere di sostegno sono costituite da un muro di sostegno, fondato su palitrivellati e ancorato mediante tiranti al versante roccioso.Le fondazioni, scelte in funzione del terreno presente, sono pertanto di tipoprofondo.Il dimensionamento del muro, deriva da verifiche di stabilità dello stesso a ri-baltamento, scorrimento e schiacciamento, in funzione della spinta del terrapie-no a monte, calcolata secondo il metodo di Culmann e tenendo conto di so-vraccarichi permanenti, accidentali e sismici, in 18 combinazioni diverse, se-condo gli Stati Limite Ultimi e di Esercizio, così come previsto dagli Eurocodici.Dal punto di vista statico, il muro di sostegno viene considerato come una tra-ve a sbalzo, in cui gli elementi di struttura da verificare sono le solette a men-sola sporgenti dal nodo di attacco della parete di elevazione con la suola difondazione. I carichi da prendere in considerazione sono sulla parete, sullafondazione a valle e su quella a monte; pertanto le tre mensole sono sottopo-ste a sollecitazioni di flessione e taglio e, in funzione di queste, sono state cal-colate le relative percentuali di armatura.

6 - SCHEMA STRUTTURALE

Gli scarichi sui pali vengono determinati mediante il metodo delle rigidezze,secondo cui la piastra di fondazione viene considerata infinitamente rigida (3gradi di libertà) ed i pali vengono considerati incastrati o incernierati a tale pia-stra. Allora per ciascun palo viene effettuata un'analisi elastoplastica incremen-tale (tramite il metodo degli elementi finiti) che, tenendo conto della plasticiz-zazione del terreno, calcola le sollecitazioni in tutte le sezioni del palo e, infunzione di queste le relative armature.

durabilita delle opere in CalCestruzzo

Secondo quanto stabilito dalle NTC (D.M. 14.01.2008) le strutture, ricadenti inclasse 1 di vita utile (50 anni), sono state realizzate valutando preliminarmente lecondizioni di aggressività ambientale del sito (classe di esposizione) al fine diadottare tutti i provvedimenti atti a limitare gli effetti di degrado delle strutture siaper quanto attiene le parti in elevazione che le parti interrate. In particolare leprescrizioni hanno riguardato le caratteristiche del calcestruzzo da impiegare, ivalori del copriferro e le regole di maturazione. Per questa tipologia di struttura le fonti di degrado sono ascrivibili: alla corrosio-ne delle armature promosse della carbonatazione del calcestruzzo ad opera dellaCO2 presente nell’aria (cl. esp. XC), ed alla ben più seria e grave azione degra-dante dovuta alla presenza dei solfati nel terreno (cl. esp. XA). Le reazioni chimi-che promosse dal solfato, infatti, possono determinare fessurazioni, rigonfiamentie forti espulsioni di parti consistenti di calcestruzzo in tempi relativamente brevi.Per quanto non siano state eseguite delle misure dirette del contenuto di solfatipresenti nel terreno, il carattere litologico unitamente ai su citati aspetti idrogeolo-gici ha suggerito l’adozione di una classe di esposizione ambientale particolar-mente severa sia per le strutture interrrate (XC2+XA3), a diretto contatto con ilterreno solfatico, sia per le strutture di contenimento in elevazione, soggette al

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contatto diretto con acque solfatiche che permeano il terreno (XC4+XA3). La nor-mativa adottata per l’individuazione dei requisiti minimi composizionali del calce-struzzo è stata la norma UNI EN 11104:2004 (vedi tabelle 1 e 2).

In base alla suddetta normativa i requisiti minimi imposti al calcestruzzo desti-nato alle opere di contenimento in elevazione sono:

Mentre i requisiti minimi per il calcestruzzo per le opere di fondazione interrate(pali in opera e tiranti) sono:

leganti ad alta resistenza ai solfati

Il processo degradante del calcestruzzo in presenza di solfati può essere ricon-dotto ad una serie di reazioni chimiche che avvengono tra i componenti del ce-mento idratato e i solfati presenti nelle acque o nel terreno che riescono a pene-trare all’interno della matrice cementizia.

Reazione 1Idrossido di calcio (nella pasta) + solfati + acqua Æ gesso (espansione nel cls)Reazione 2Alluminati idrati (nella pasta) + gesso Æ ettringite (espansione nel cls)

Queste reazioni portano alla formazione di composti (gesso ed ettringite), assaipiù voluminosi dei componenti originari che quindi possono causare fessurazio-ni, di espulsioni di parti di calcestruzzo e disallineamenti delle strutture, ecc..La salvaguardia delle strutture in c.a. da questo tipo di degrado, si consegue prin-cipalmente in due modi:n impiego di leganti chimicamente meno vulnerabili;n adozione di un basso rapporto acqua/legante al fine di ottenere una matrice ilmeno permeabile possibile.

La resistenza al solfato del cemento Portland è inversamente proporzionale alcontenuto di alluminato tricalcico. Tale componente è uno dei quattro princi-pali costituenti del clinker di cemento. La gran parte degli alluminati idrati chesi formano a seguito dell’idratazione del cemento, hanno origine proprio dall’i-dratazione dell’alluminato tricalcico. Riducendo quindi la percentuale di questocostituente mineralogico nel cemento, diminuiscono gli alluminati idrati chepossono essere coinvolti nella reazione deleteria con il solfato che porta allaformazione di ettringite.

In generale un cemento è tanto più resistenze ai solfati tanto meno è la percen-tuale di alluminato tricalcico che lo costituisce. La normativa italiana (UNI 9156)distingue tre differenti classi di cementi resistenti ai solfati denominate MRS, ARSe AARS rispettivamente a media, alta e altissima resistenza ai solfati. Per quantoanche per i cementi tipo III, IV e V valgano le suddette considerazioni, è impor-tante sottolineare che queste tipologie di cementi sono intrinsecamente più resi-stenti all’aggressione del solfato rispetto un comune cemento portland per la mi-nore percentuale di idrossido di calcio disponibile (reazione pozzolanica).La resistenza ai solfati del calcestruzzo può essere ulteriormente migliorata in-troducendo nella miscela una particolare tipologia di aggiunta pozzolanica de-nominata fumo di silice. Esso si presenta in forma di particelle sferiche circa100 volte più piccole di quelle del cemento. costituite quasi esclusivamente dasilice amorfa. Il fumo di silice aggiunto agli impasti in ragione del 7-12% per-mette il raggiungimento di prestazioni del calcestruzzo allo stato indurito digran lunga superiori rispetto quelle ottenibili con altre aggiunte altrettanto note,come le ceneri volanti. Grazie alle ridottissime dimensioni, le particelle di fumodi silice vanno ad occupare gli spazi liberi tra i granuli di cemento in corso diidratazione (azione fisica) creando una struttura estremamente compatta e po-co permeabile. La elevata pozzolanicità, e cioè la capacità di reagire con l’idros-sido di calcio a formare il C-S-H (il medesimo prodotto che si forma per reazio-ne del cemento con l’acqua, che causa l’indurimento del sistema) contribuisceulteriormente alla riduzione della porosità con il procedere del tempo (azionechimica). La sottrazione dell’idrossido di calcio proveniente dall’idratazione delcemento inoltre, così come avviene per i cementi tipo II, IV e V, ne riduce lasensibilità verso i solfati (vedi reazione 1). Il risultato è un calcestruzzo pratica-mente impermeabile capace di resistere ai più severi attacchi chimici.

7 - Getto dei pali di fondazione in calcestruzzo autocompattante.

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lavorabilita del CalCestruzzo

La scelta della lavorabilità dei cls è stata operata considerando i seguenti aspetti:n elevata percentuale di armaturan casseratura con casseforme in legno non a tenuta per le strutture in elevazionen compattazione con vibratore ad ago per il cls nelle strutture in elevazionen assenza di mezzi di vibrazione per i getti delle strutture di fondazionen tempo di percorrenza medio dall’impianto di betonaggio al cantiere 30’n tempo massimo presunto di attesa della betoniera in cantiere 10’-20’.

Sulla base di tali considerazioni, il progettista di concerto con l’impresa esecu-trice su suggerimento della D.L. hanno prescritto due differenti tipologie di cal-cestruzzo. Un calcestruzzo a consistenza S4 (slump compreso tra 160 e 210mm) per le strutture in elevazione (N-CA1) e un calcestruzzo a consistenza au-tocompattante per i pali di fondazione (SCC-CA2). Per tutti i calcestruzzi è statorichiesto un tempo di lavorabilità di 1 ora in condizioni estive (T = 30°C circa).

prequalifiCa delle riCette di CalCestruzzo

La prequalifica degli impasti di calcestruzzo, effettuatasi presso un laboratorioprescelto dalla D.L., si è resa necessaria in quanto, data la difficile reperibilità diun cemento tipo AARS ad altissima resistenza ai solfati, su proposta del serviziotecnico del produttore di calcestruzzo di concerto con il progettista e su approva-zione della D.L. e dello stesso committente si è fatto ricorso ad un cemento tipoARS ad alta resistenza a solfati (proveniente dalla cementeria di Cadola BuzziUnicem) unitamente all’impiego di un’aggiunta di tipo II ad altissima reattivitàpozzolanica (fumo di silice), ed un bassissimo rapporto a/c inferiore a 0,35. Il cal-cestruzzo fornito è stato quindi un calcestruzzo a composizione richiesta inaccordo alla UNI EN 206-1, previsto dalla norme tecniche.Le prove di prequalifica hanno permesso di trasformare i requisiti composizionali(rapporto a/c, dosaggio di cemento, dosaggio di additivo, etc.) in requisiti presta-zionali (resistenza caratteristica, lavorabilità al getto, etc.). In particolare avendointrodotto il requisito aggiuntivo di un più basso rapporto a/c (< 0.35) rispetto al-le indicazione di norma (tabb. 1,2), è stato necessario produrre una documenta-zione attestante una correlazione a/c-Rc al fine di definire il valore della resisten-za caratteristica del cls da utilizzarsi per i controlli di accettazione data la praticaimpossibilità di misurare il valore del rapporto a/c del cls allo stato indurito.Relativamente alla scelta del progettista e D.L. in merito alla composizione delcalcestruzzo, essa trova ampia giustificazione in base al principio di prestazioneequivalente richiamato dalle normative europee suffragato dalla vasta letteratura[4,5,6,7] che attesta come l’aggiunta di fumo di silice unitamente all’adozione diun basso rapporto a/c riduce drasticamente la permeabilità del calcestruzzo e diconseguenza la sua vulnerabilità nei confronti degli agenti aggressivi esogeni.Sulla base delle suddette considerazioni, di seguito vengono riportate le pre-scrizioni di capitolato relative alle materie prime, al calcestruzzo e alla struttura.

presCrizioni di Capitolato per

gli ingredienti utilizzati per il Confezionamento

dei Conglomerati

n Acqua di impasto conforme alla UNI EN 1008n Additivo superfluidificante (tipo ADDIMENT COMPACTCRETE 39/T75)conforme ai prospetti 3.1 e 3.2 della norma UNI EN 934-2n Aggregati provvisti di marcatura CE conformi alle norme UNI EN 12620 e8520-2 con massa volumica media del granulo non inferiore a 2600 kg/m3.n Tipo di cemento ARS conforme alla norma UNI EN 197-1 e alla UNI9156 (tipoCEM II/A-LL ARS classe 42,5 R proveniente dalla cementeria di Cadola (Buzzi Uni-cem spa)n Fumi di silice (tipo ADDIMENT STARKZEMENT 1/D) conformi alla norma UNIEN 13263 parte 1 e 2

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mix-design dei CalCestruzzi e dossier di

prequalifiCa

In considerazione delle esigenze strutturali e di durabilità si sono impiegate duedifferenti tipologie di miscele di calcestruzzo:

Sulla base dei risultati ottenuti dalle prove di prequalifica è possibile definire leprescrizioni di capitolato relativamente ai conglomerati cementizi come segue:

Tabella 3 - Dossier di prequalifica

Tabella 4 - Proporzionamento delle ricette di calcestruzzo

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ConClusioni

Il problema creato dall'evento calamitoso dell'aprile 2009 è stato affrontato congiusto riguardo ai vari passaggi che la situazione richiedeva. Lo studio geologicoha consentito di valutare la situazione del terreno e delle rocce coinvolte nel mo-vimento franoso e creare le premesse per un adeguato intervento di consolida-mento con particolare riguardo al numero di pali e di tiranti e alla posizione dellapalificata su cui erigere il muro di contenimento. Oltre alla progettazione inge-gneristica, particolare attenzione è stata data alla progettazione del materiale cal-cestruzzo in considerazione dei pericoli derivanti dall'attacco solfatico, operandosu due fronti: l’uso di cemento ad alta resistenza ai solfati e l’impiego di fumo disilice. Giusto peso si è dato, per avere una corretta messa in opera, anche allaclasse di consistenza del calcestruzzo, arrivando a formulare per i getti interrati laclasse SCC. E’ importate sottolineare che il ricorso alla prescrizione di un calce-struzzo a composizione richiesta facente uso di cemento tipo ARS in combinazio-ne a fumo di silice, in deroga all’impiego di cemento tipo AARS (indicato dallanormativa di riferimento UNI EN 11104), è stato possibile grazie alla competenzatecnica oltre che del progettista e D.L. anche dello stesso committente in gradoresponsabilmente di approvarne l’applicazione sulla base del concetto di presta-zione equivalente insito all’interno delle normative tecniche in tema di durabilitàdel calcestruzzo. E’ altresì chiaro che questo tipo di approccio trova giustificazio-ne solo in casi particolari come questo, in cui non era disponibile uno dei com-ponenti (il tipo di cemento) imposti dalla normativa di riferimento (UNI EN11104). Nella pratica comune assai più agevole è invece il ricorso alla prescrizio-ne di un calcestruzzo a prestazione garantita (in questo caso la durabilità) il cuimix design è affidato alla competenza del produttore di calcestruzzo.Infine un ringraziamento va dato a tutti quanti hanno collaborato alla buona riu-scita di questo intervento di consolidamento, sperando che questa sintesi possaessere utile per future esigenze.

Tabella 5 - Prescrizioni di capitolato

BiBliografia

[1] UNI EN 11104 – “Calce-struzzo: Specificazione,prestazione, produzione econformità, Istruzioni com-plementari per l’applicazio-ne della EN 206-1”, Marzo2004.[2] Linee guida per la pre-scrizione delle opera inc.a. – a cura di PROGET-TO CONCRETE, Settembre2007, edito da Il sole 24Ore.[3] L. Coppola, “ConcreteTender”, Bergamo 2008.[4] I. Pigni, “Impiego di fu-mi di silice nei calcestruz-zi. Aspetti tecnologici enormativi”: In Concreto,n. 17/1998.[5] S. Tavano, M. Berra“Proprietà di miscele ce-mentizie contenenti fumodi silice condensato”: , Ilcemento, n. 4/1986.[6] A. Borsoi, S. Collepardi,L. Coppola, R. Troli, andM. Collepardi, “Sulfate At-tack on Blended PortlandCements”, Proceedings delFifth CANMET/ACI Inter-national Conference on“Durability of Concrete”,Barcellona, Spain, 4-9 Giu-gno 2000, pp. 417-432.[7] M. Collepardi, “Ettrin-gite Formation and SulfateAttack on Concrete”, Pro-ceedings of Fifth CAN-MET/ACI InternationalSymposium on Recent Ad-vances in Concrete Tech-nology, Singapore, 29 July- 1 August 2001, SP 200,pp. 21-38.[8] Relazione tecnica – Stu-dio geotecnico - O. Costa-gli (2009).