Cenni teorici sulle barriere paramassi

Le barriere paramassi sono opere di difesa la cui funzione è quella di arrestare un blocco di roccia che cade lungo un versante grazie alla compartecipazione di tutti gli elementi che la compongono (Figura 7.2, Figura 7.3). Tutti gli elementi costituenti si combinano tra di loro formando quattro strutture:

• Struttura di intercettazione, costituita da una rete metallica con maglie di forma romboidale, quadrata o circolare e ha la funzione di intercettare il blocco, deformandosi in maniera elastica e/o plastica, e trasmettere le forze di impatto alle strutture di connessione, supporto e fondazione;

• Struttura di sostegno, costituita da montati in metallo che hanno la funzione di mantenere l’intera struttura in posizione;

• Struttura di connessione, usualmente fatta di cavi metallici disposti in maniera perpendicolare alla struttura di intercettazione e ha il compito di trasmettere le forze agenti alle fondazioni; sui cavi possono essere montati dei freni o dissipatori di energia che, tramite deformazione plastica e attrito, riducono l’energia cinetica di impatto;

• Struttura di fondazione, generalmente costituita da tiranti o plinti in calcestruzzo, che ha il compito di trasmettere al terreno le azioni che il blocco di roccia impattante esercita sulla barriera. La sua progettazione è responsabilità del progettista che è tenuto a seguire le norme nazionali.

Figura 7.2 – Elementi costitutivi della barriera paramassi, vista laterale (ETAG027, 2008)

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Figura 7.3 - Elementi costitutivi della barriera paramassi, vista frontale (ETAG027, 2008)

In Europa le linee guida di riferimento sono le l’ETAG027 che descrivono quali procedure e prove in vera grandezza devono essere realizzate per poter ottenere la marcatura CE dei prodotti. Le prove in campo sono realizzate con una barriera costituita da tre moduli allineati che quindi costituiscono la minima lunghezza raccomandata.

Figura 7.4 – Configurazione del crash test per ottenere la marcatura CE (Maccaferri)

Esistono una serie di parametri geometrici e di funzionamento che caratterizzano le barriere paramassi. A seguire viene data una breve descrizione di ciascuno di essi:

• Geometria e schema di montaggio della barriera per le condizioni di prova e in sito, in quanto le caratteristiche del terreno potrebbero richiedere variazioni nello schema di montaggio;

• Altezza della barriera in sito, misurata ortogonalmente al pendio e corrisponde alla massima altezza di intercettazione;

• L’energia massima del blocco che può essere dissipata dalla barriera. Sono definiti due livelli di energia cinetica che prendono il nome di MEL “maximum

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Energy Level” e SEL “Service Energy Level” che è uguale ad 1/3 del livello energetico MEL. In entrambi i casi, per calcolare l’energia cinetica, si fa riferimento a un masso omogeno e regolare che impatta la barriera con una velocità superiore a 25 m/s. Per il livello energetico SEL si eseguono due lanci consecutivi e, a seguito del primo impatto, l’altezza della barriera dev’essere uguale o superiore al 70% della sua altezza nominale e tra un evento e l’altro non ci devono essere importanti interventi di ripristino o manutenzione;

• Altezza residua a seguito dell’impatto: misurata come differenza di altezza tra la fune longitudinale superiore e inferiore e definisce la categoria della barriera:

A) altezza residua ≥ 50% dell’altezza nominale;

B) altezza residua compresa tra il 30% e il 50% dell’altezza nominale;

C) altezza residua ≤ 30% dell’altezza nominale;

• Elongazione della barriera a causa di un impatto con livello energetico MEL.

In funzione dei due livelli energetici MEL e SEL sopra descritti, le barriere paramassi vengono classificate in 9 classi (Tabella 7.2).

L. Energia 0 1 2 3 4 5 6 7 8

MEL [kJ] 100 2500 500 1000 1500 2000 3000 4500 > 4500

SEL [kJ] - 85 170 330 500 660 1000 1500 > 1500

Tabella 7.2 – Classi energetiche definite in funzione della capcacità di assorbimento MEL e SEL

La progettazione di una barriera paramassi si basa sulla definizione di 5 parametri di progetto che sono:

• Velocità di progetto, calcolata andando a moltiplicare il suo frattile al 95°

percentile, ottenuto dall’analisi di propagazione, per un coefficiente di sicurezza 𝛾_𝐹 che a sua volta è il prodotto di due coefficienti 𝛾_𝑇𝑟 e 𝛾_𝐷𝑝:

𝑣_𝑝 = 𝑣₉₅ ∙ 𝛾_𝐹 = 𝑣₉₅∙ 𝛾_𝑇𝑟∙ 𝛾_𝐷𝑝 (7.1) dove:

𝛾_𝑇𝑟 è un coefficiente che tiene conto dell’attendibilità delle traiettorie e vale 1.02 per analisi bidimensionali o tridimensionali i cui parametri sono stati tarati

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mediante back-analysis e 1.10 per analisi bidimensionali con coefficienti di restituzione determinati tramite bibliografia;

𝛾_𝐷𝑝 è un coefficiente che tiene conto della qualità di discretizzazione del pendio e vale 1.02 nel caso di rilievo accurato (DTM) e 1.1 se la qualità di discretizzazione è bassa.

• Massa di progetto, definita dalla seguente equazione:

𝑚_𝑝 = (𝑉_𝑝∙ 𝛾) ∙ 𝛾_𝑚 = (𝑉_𝑝∙ 𝛾) ∙ 𝛾_𝛾∙ 𝛾_𝑣𝑜𝑙 (7.2) dove:

𝛾 è la densità della roccia;

𝑉_𝑝 = volume del blocco di progetto utilizzato nell’analisi traiettografica;

𝛾_𝑚= è un fattore di sicurezza che viene espresso come prodotto di due coefficienti:

𝛾_𝛾 = coefficiente funzione del modo con il quale viene valutata la densità della roccia (assunto generalmente pari all’unità);

𝛾_𝑣𝑜𝑙 = coefficiente che tiene conto della precisione con la quale è stato definito il volume di progetto del blocco utilizzato per l’analisi traiettografica ed è pari a: 1.02 per rilievi accurati in situ, 1.10 in assenza di rilievi;

• Energia cinetica di progetto, calcolata attraverso la formula:

𝐸^𝑝 = 1

2𝑚_𝑝𝑣_𝑝² =1

2∙ ((𝑉_𝑝∙ 𝛾) ∙ 𝛾_𝛾∙ 𝛾_𝑣𝑜𝑙) ∙ (𝑣₉₅ ∙ 𝛾_𝑇𝑟∙ 𝛾_𝐷𝑝)² (7.3)

• Altezza di intercettazione, definita moltiplicando il frattile al 95° percentile per il coefficiente 𝛾_𝐹 e sommando un franco di sicurezza che sarà pari almeno al diametro di una sfera avente volume equivalente a quello di progetto.

ℎ_𝑃 = ℎ₉₅∙ 𝛾_𝐹+ 𝑓 = ℎ₉₅∙ 𝛾_𝑇𝑟∙ 𝛾_𝐷𝑝+ 𝑓 (7.4)

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Figura 7.5 – Schema per il calcolo dell’altezza di intercettazione (Barbero, 2016)

• Elongazione massima di progetto, definita dalla formula:

𝑑_𝐴 = 𝑑_{𝑀𝐸𝐿,𝑚𝑎𝑥}∙ 𝛾_𝐷 (7.5) dove:

𝑑_{𝑀𝐸𝐿,𝑚𝑎𝑥} = valore definito tramite prove in vera grandezza e relativo al livello energetico MEL;

𝛾_𝐷 = coefficiente di sicurezza che tiene conto della tipologia di impatto e vale:

o 1.3 se è disponibile solamente il valore della prova in vera grandezza con valore energetico MEL;

o 1.5 se le maglie terminali ricadono all’interno dell’area di invasione o la barriera ha meno di tre moduli;

o 1.0 se il dimensionamento avviene considerando il livello energetico SEL.

Il posizionamento della barriera dev’essere effettuato applicando i seguenti criteri:

• Nel rispetto degli elementi da proteggere, posizionare la barriera il più possibile a valle per motivi logistici, legati alla cantierizzazione, e per aumentare il numero di massi che si arrestano naturalmente;

• Individuazione di una zona di facile accesso alla cantierizzazione e preferire tratti pianeggianti o al più con pendenze modeste;

• Preferire tratti caratterizzati da valori di energie cinetiche e altezze di rimbalzo non elevati.

Scelto il valore energetico di progetto e la barriera da utilizzare, si dovranno eseguire le verifiche in termini di energia, altezza di intercettazione e massima elongazione.