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Capitolo V
“Il Vetro Espanso come Aggregato Leggero”
Come è stato già ampiamente spiegato nei capitoli precedenti gli aggregati in vetro cellulare derivano da processi termici di cottura del vetro riciclato unito a piccole quantità di additivi schiumogeni.
Il risultato è un aggregato composto per circa il 98% da vetro e per il restante 2% da minerali e costituito da elementi con elevata porosità e bassi valori di massa volumica apparente.
Lo studio che viene presentato nei capitoli successivi analizza in maniera più dettagliata quelle che sono le caratteristiche prestazionali degli aggregati in vetro cellulare al fine di valutare un loro possibile impiego nella realizzazione di rilevati e riempimenti nelle opere stradali e aeroportuali. I risultati delle prove condotte in laboratorio e in sito hanno ampiamente dimostrato come le molteplici proprietà del glassfoam lo rendano perfettamente idoneo a questo genere di applicazioni.
Sulla base di studi condotti sul comportamento del vetro cellulare sottoposto a cicli di carico ripetuti, è possibile inoltre asserire che il materiale si mantiene stabile fino a valori di tensione verticale massima compatibili con lo strato in cui viene collocato, senza che si verifichino fenomeni di frantumazione o di cedimenti. La tensione massima, che dovrebbe rappresentare il massimo carico che durante la fase di costruzione ed esercizio dell’infrastruttura lo strato di glassfoam deve essere in grado di sopportare, si assume pari a circa 100 kN/m2.
Nel seguito vengono esposti due casi di applicazione pratica che prevedono l’impiego del glassfoam nell’ambito di interventi relativi alle infrastrutture viarie, il primo realizzato in Germania e il secondo in Norvegia, in entrambi i casi analizzati il vetro cellulare viene impiegato come materiale di alleggerimento.
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V.1 “Autobhan A8 Monaco-Salisburgo”
Il tratto dell'Autobahn (BAB) A8, che collega Monaco a Salisburgo, è stato costruita tra il 1934 e il 1939.
La sezione stradale, priva di corsie di emergenza, con i suoi 17 metri di larghezza per un totale di 4 corsie, presentava delle dimensioni insufficienti a contenere l’incremento del traffico presente nella zona, questo ha condotto alla necessità di ampliare l’infrastruttura con la costruzione di tre corsie per senso di marcia nel tratto che da Rosenheim porta a Salisburgo.
Figura 5.1 Inquadramento dell’area di intervento.
Per realizzare il progetto è stato necessario intervenire anche sul Ponte ferroviario situato tra le uscite di Bernau e Rheinfelden, vicino alla punta sud-est della lago Chiemsee. Questa struttura in circa 70 anni di esercizio aveva sviluppato cedimenti fino a 1,8 metri, è chiaro come un fenomeno di simili dimensioni abbia reso assolutamente necessaria la sua completa ricostruzione.
La causa dello sviluppo di una subsidenza di tale entità è da ricercare principalmente nelle condizioni estremamente sfavorevoli che caratterizzano il sottosuolo e che si estendono per strati ad elevata profondità che raggiungono i cinquanta metri, questa condizione risulta strettamente connesse alla presenza, a sud del sottopasso ferroviario, del Lago di Chiemsee.
98 La nuova costruzione, la cui messa in opere è stata prevista in una posizione più a nord della vecchia struttura esistente, prevede la realizzazione di un ponte a cinque campate con una lunghezza complessiva di 90 m e fondato su pali trivellati profondi 63 metri. Realizzata in attesa del previsto ampliamento a sei corsie, la carreggiata avrebbe dovuto ospitare esclusivamente il traffico che conduce da Salisburgo a Monaco di Baviera, attualmente, invece, l’opera è interessata dal traffico in entrambi i sensi di marcia.
La realizzazione del progetto di ampliamento dell’infrastruttura prevede oltre alla costruzione del ponte ferroviario di Bernau anche quella di un rilevato che raggiunge gli 8 metri di altezza. A causa delle caratteristiche di alta compressibilità del terreno, è stato necessario prevedere misure speciali per garantire condizioni di sicurezza e di stabilità per la messa in opera del terrapieno.
Figura 5.2 Ponte ferroviario di Bernau dopo l’intervento di ricostruzione.
Il Chiemsee, come molti bacini prealpini, è un lago di origine glaciale. Proprio l’avanzamento del ghiacciaio, l’azione di trascinamento prodotto dall’acqua e derivante dalla fusione dei ghiacci, ha causato nei secoli il trasporto e il deposito di materiale roccioso, allo stato di detrito fine o grossolano, conducendo alla formazione di una morena di fondo.
Si può presumere che all’accumulo di questi depositi rocciosi si sia sovrapposto con il tempo uno strato di ghiaccio di circa 200 m, con il suo scioglimento si è avuta
99 l’ulteriore sedimentazione di materiale prevalentemente a grana fine che nella zone del ponte ferroviario di Bernauer raggiungere spessori fino a circa 50 m.
In seguito ad analisi geologiche e alla realizzazione di pozzi perforati è stato possibile individuare la conformazione stratigrafica del terreno in esame, esso, dall’alto verso il basso, risulta costituito dai seguenti strati:
• Strato di riempimento artificiale, formato da elementi prevalentemente ghiaiosi, derivanti in larga parte dalla costruzione dell’autostrada originale e dalla realizzazione della viabilità di cantiere negli anni trenta. Lo strato in esame presenta una profondità da 0 a 6 metri sotto il livello del suolo;
• Torba (in parte mescolata con sabbia, ghiaia e sedimenti lacustri) con spessore fino a 5 metri;
• Strato limo-sabbioso con spessore compreso tra 0 e 3 metri;
• Sabbie e ghiaie (da depositi fluviali quaternari) con spessore da 0 a 6 metri; • Sedimenti lacustri, con spessore da 30 a 45 m, fino a una profondità di 50 m; • Formazione morenica, costituita da sedimenti lacustri mescolati a sabbia e
ghiaia per uno spessore fino a 10 metri;
• Strato roccioso di origine terziaria, a partire da una profondità di circa 40-50 metri dalla superficie;
Si evidenzia come gli strati di torba si trovino oltre che in superficie anche a differenti profondità negli strati sottostanti. Il terreno è prevalentemente costituito da argille plastiche e la presenza di sottili stratificazioni orizzontali di sabbia fine conferiscono al suolo caratteristiche di anisotropia per quanto riguarda la permeabilità all’acqua.
Infatti, mentre la permeabilità verticale risulta pari a 10-7-10-8 m/s, quella orizzontale viene generalmente considerata molto più elevata, tanto da produrre un consolidamento nettamente più favorevole in termini di tempo.
Le acque sotterranee, come rilevato mediante l’impiego di pozzi esplorativi, si trovano tra 0,5 e 5,0 metri sotto il livello del suolo.
Il nuovo rilevato è stato costruito prevedendo che la sua realizzazione arrivasse a produrre cedimenti dell’ordine di 0,84-1,25 metri.
I sedimenti lacustri per la loro bassa capacità portante e per la loro grande comprimibilità non risultano idonei alla realizzazione di opere portanti, per questa ragione le formazioni rocciose del Terziario, sebbene presenti ad elevate profondità, sono state utilizzate come basamento del nuovo ponte ferroviario di Bernau.
100 E’ presumibile attendersi, viste le condizioni, che le fondazioni molto stabili sulle quali la struttura del cavalcavia è stata poggiata conducano a un cedimento molto inferiore rispetto a quello indotto dal rilevato sugli strati più superficiali, questo rende di fondamentale importanza il fatto di prevedere misure particolari per quanto concerne le problematiche innescate dai cedimenti differenziali prodotti da i due elementi analizzati, con una particolare attenzione costruttiva rivolta alla zona di transizione che li collega, al fine di uniformare i movimenti verticali tra le due opere. Come già è stato sottolineato in precedenza, per il rilevato sono stati previsti cedimenti fino a 125 cm prima del termine della realizzazione dell’opera e, considerando un loro sviluppo a lungo termine, sono ancora da attendersi ulteriori abbassamenti dell’ordine di alcuni decimetri una volta che la struttura è stata messa in esercizio. La forte differenza tra gli spostamenti verticali tra impalcato e rilevato conduce all’assoluta necessità di far in modo che la più alta quantità di deformazioni si produca nel minor tempo possibile, al fine di ridurre gli oneri di manutenzione una volta completata la realizzazione della sovrastruttura .
Differenti interventi sono stati compiuti al fine di accelerare i cedimenti dei rilevati e consentire quindi uno sviluppo più rapido delle deformazioni.
Attraverso calcoli di stabilità, infatti, è stato possibile dimostrare come, senza l’impiego di misure aggiuntive per migliorare le caratteristiche del piano di posa del terrapieno e ridurre l’eccesso di pressioni interstiziali presenti nel suolo, anche nel caso di rilevati di altezza contenuta di circa 1,5 - 2,5 metri, e quindi per bassi valori di carico trasmesso, non risulti possibile ottenere per la struttura condizioni di stabilità sufficienti.
E’ stato quindi necessario agire a questo proposito operando una serie di interventi, tra i quali:
• Bonifica e impiego di geotessuti e geogriglie. E’ facile immaginare come all’operazione di bonifica sia riconosciuta, viste le condizioni stratigrafiche del terreno, un’importanza trascurabile. Per questione di carattere pratico ed economico sono stati interessati da tale intervento esclusivamente strati torbosi ad una profondità di 1-2 m sotto il livello del suolo. Il miglioramento del piano di posa del rilevato ha previsto l’impiego di materassi di geosintetici di rinforzo che sono stati posizionati per tutta la larghezza del nuovo terrapieno allo scopo di ottenere una migliore distribuzione del carico. Ancora, al fine di aumentarne la rigidezza di fondazione, sono state
101 posizionate delle geogriglie all’interno dei letti in geotessuto, il tutto è stato quindi ricoperto con uno strato di ghiaia di circa 50 cm;
• Accelerazione dei cedimenti mediante la dissipazione della pressione interstiziale. Questo intervento è stato realizzato con lo scopo di accelerare i cedimenti e ovviamente migliorare la stabilità dell’opera, prevedendo l’installazione di dreni verticali fino alla profondità di 25 m sotto il piano d’appoggio del rilevato;
La realizzazione dei dreni verticali, unita alla forte permeabilità orizzontale che caratterizza lo strato limo-sabbioso del terreno d’appoggio, consente un relativamente rapido drenaggio del suolo che conduce a una riduzione dell’ eccesso di pressione dell'acqua presente nei pori e migliora quindi la stabilità dello strato. I risultati di questo intervento sono stati amplificati incrementando l’altezza del rilevato, rispetto a quella prevista in sede di progetto, di 1,5 metri al fine di accelerare la realizzazione delle deformazioni verticali applicando un sovraccarico sulla struttura in esame.
Figura 5.3 Sezione longitudinale nella zona di riempimento leggero.
102 Prima di questi interventi di ampliamento eseguiti sull’A8 , in Germania non è stato riscontrato nessun altro esempio dell’utilizzo, in ambito autostradale, degli aggregati di schiuma di vetro. Non avendo a disposizione adeguate conoscenze ed esperienze, anche per quanto concerne la messa in opera, il tipo e l’entità della compattazione cui il materiale deve essere soggetto, è stato necessario realizzare a riguardo una serie di studi sia sul campo che in laboratorio.
Sono inoltre sono state eseguite differenti prove atte a caratterizzare il materiale e a definirne le proprietà (resistenza, omogeneità, ecc ). La verifica di omogeneità è stata effettuata attraverso il controllo della densità apparente (aggregato sciolto) e della resistenza a compressione dei singoli grani, realizzata come prova di compressione non confinata (secondo DIN 18136) su campioni di dimensioni orizzontali di 2 cm x 2 cm e un'altezza di 4 cm.
Inoltre, la capacità di carico e il comportamento deformativo del materiale analizzato come aggregato nel suo insieme, che si sviluppano in particolar modo una volta che il glassfoam viene messo in opera, sono stati testati mediante prova di resistenza a compressione che prevedono l’impiego di provini da 25 cm di diametro, altezza pari a 25 - 30 cm e un fattore di addensamento di circa 1,3:1.
Particolare interesse è stato attribuito ai risultati della prova a compressione ottenuti in seguito all’applicazione di un carico pari a circa 100 kN/m2, che rappresenta il valore di carico massimo atteso sullo strato di vetro cellulare durante la realizzazione e l’esercizio della sovrastruttura.
Il controllo della compattazione sul posto è stata effettuata mediante l'esecuzione di prove di carico con piastra dinamica, i moduli ottenuti sono stati opportunamente confrontati con valori ricavati in seguito alla costruzione di un campo prova prima dell’inizio del processo costruttivo. Sono state inoltre attuate prove di valutazione di densità in sito secondo la DIN 18125.
Per quanto riguarda l’installazione della schiuma di vetro e la quantità di materiale da utilizzare si sono dovute prendere in considerazione una serie di criteri e condizioni. Nella zona di transizione del rilevato più prossima al cavalcavia dovrebbero verificarsi solo piccoli cedimenti.
Lungo la direzione longitudinale dell'autostrada, man mano che ci si allontana dal ponte, dovrebbe essere realizzata una riduzione costante dello spessore dello strato di riempimento realizzato in vetro cellulare al fine di omogeneizzare, lungo l’intero tratto, i piccoli cedimenti che si sviluppano nella zona adiacente alla struttura rispetto
103 a quelli più marcati che caratterizzano il corpo del rilevato nelle sezioni prive di materiale alleggerito.
Il vetro cellulare messo in opera presenterà una sezione iniziale che si estende per una lunghezza pari a circa 20 metri, costituita da un pacchetto di altezza costante, e una sezione successiva, lunga circa 15 metri, che presenta un graduale incuneamento con conseguente progressivo restringimento del suo spessore.(fig 5.3 )
Per limitare gli effetti prodotti sul glassfoam dai carichi dinamici indotti dal traffico è stato prevista la realizzazione su di esso di uno strato protettivo di spessore adeguato e pari a circa 1,25 metri e costituito da materiale ghiaioso, al di sopra del quale è stato posizionato uno strato antigelo di spessore pari a circa 75 cm, in modo che l'intero pacchetto che riveste superiormente il materiale da costruzione leggero sia in totale di circa 2 m.
Si osserva che anche sul versante laterale inclinato del rilevato è stato previsto sul glassfoam uno strato protettivo dello spessore di circa un metro, il vetro cellulare viene inoltre interamente rivestito da geotessuto al fine di aumentarne la stabilità. Per quanto concerne la posa in opera sono stati creati dei campi prova allo scopo di individuare la migliore metodologia di installazione del materiale e stabilire i criteri e i metodi di compattazione più idonei.
In seguito all’esecuzione di una serie di test si è arrivati a stabilire che la condizione ottimale di addensamento dell’aggregato, ottenuta come compromesso tra il raggiungimento di un idoneo grado di compattazione e la limitazione dell’azione di frantumazione dei grani, viene individuata da un totale di 4 passaggi e realizzata mediante l’impiego di un rullo statico.
Risulta inoltre auspicabile che il modulo dinamico, ricavato mediante prove eseguite con Light Weight Deflectometer, tipo Impulse Plate Load Test Device, e utilizzato come metodo di controllo della stesa, non raggiunga valori superiori ai 12-15 MN/m², in quanto ciò comporterebbe esclusivamente la distruzione dei grani più grossi del materiale. Appare evidente come valori superiori ai 20 MN/m2 ,ottenuti come risultato di un maggiore addensamento, conducano invece ad un significativo aumento della frantumazione dell’intero aggregato.
104 Figura 5.5 Distribuzione del materiale ,compattazione e realizzazione di prove LWD
Figura 5.6 Distribuzione del materiale e compattazione.
Durante la realizzazione dello strato in vetro cellulare sono state eseguite un totale di 105 prove di carico su piastra dinamica su entrambi i rilevati, in corrispondenza della zona più prossima al ponte ferroviario. I risultati (valori medi per strato) ottenuti presentano una variazione tipica tra i 13 e i 17 MN/m².
105 Per quanto riguarda i singoli valori, i moduli dinamici oscillano tra un minimo di 11,0 MN/m2 ad un massimo di 20,5 MN/m².
Su entrambi i rilevati sono stati realizzati un totale di undici strati di vetro cellulare allo scopo di raggiungere la quota di materiale alleggerito stabilita in progetto. Bisogna sottolineare come non sia stata riscontrata nessuna variazione della deformazione dinamica, determinata in funzione delle prove di carico con piastra, al variare del livello del riempimento, questo consente di affermare che il materiale presenta caratteristiche relativamente omogenee .
Nel corso dello svolgimento dei lavori è stato inoltre portato avanti un vasto controllo della qualità del materiale, sono state eseguite analisi di campionamento mediante prove preliminari, i cui risultati e le frequenza sono sintetizzati nella tabella 5.2.
Tipologia di prova Campionamento Intervallo di valore
Test di campionamento/Densità
apparente 1 ogni 100 m
3 170-230 kg/m3
Test di campionamento/Resistenza alla
compressione non confinata 1 ogni 250 m
3 ≥ 2000 kN/m2
≥ 1500 kN/ m2 con deformazione ≤ 4%
Test di campionamento/Resistenza alla compressione con deformazione laterale impedita
1 ogni 250 m2 ≈≥ 600 kN/m2 al 10 %
≈ Deformazione ≤ 1.5 % a 100 kN/m2
Test con piastra dinamica 5 per postazione ≥ MN/m2
Determinazione della densità 1 ogni 250 m3 ≥ 250 kg/m3 < 350 kg/m3
Determinazione del fattore di
compattazione 1 ogni 250 m
3 ≥ 1.3
Tabella 5.1
Tabella 5.2
In merito alla valutazione del rapporto di compattazione si è potuto rilevare in sito un valore leggermente maggiore rispetto a quello previsto in laboratorio e pari a 1,3:1,
106 nello specifico è stato possibile registrare un valore pari a 1,58:1 sul lato ovest della struttura e 1,61:1 per quanto riguarda il lato est. Questo si traduce ovviamente in un incremento del peso complessivo del riempimento, va tuttavia sottolineato come le densità misurate localmente rientrino comunque perfettamente all’interno dell’intervallo specificato in fase di progetto.
I rilevati alleggeriti sono stati dotati di strumenti di misura come inclinometri, allo scopo di misurare il comportamento dei cedimenti nel tempo, e geofoni, per valutare la profondità e l’entità delle vibrazioni indotte dai carichi dinamici prodotti dal traffico una volta che la struttura è stata posta in esercizio.
Se da un lato risulta importante valutare quali siano i cedimenti residui a lungo termine dell’intera struttura, dall’altro risulta fondamentale verificare che, in seguito alla completa realizzazione del rilevato, non si verifichino deformazioni all'interno del pacchetto di aggregato in vetro cellulare.
L’installazione di sistemi di misura come gli inclinometri orizzontali sono stati previsti sia sulla parte inferiore che su quella superiore dello strato di materiale alleggerito in modo da controllare le deformazioni verticali assolute nella regione tra di essi compresa.
Le eventuali deformazioni prodotte sul ponte sono state invece monitorate mediante una serie di punti di misura, opportunamente posizionati ad intervalli regolari allo scopo di ottenere un controllo pertinente dell’opera nel suo complesso.
Nella figura 5.7 vengono mostrati i risultati dei dati relativi alle misurazioni realizzate con gli inclinometri, superiore ed inferiore, sul lato orientale della struttura. Le tre curve sono relative a 189, 682 e 1459 giorni rispettivamente a partire dal primo giorno di misurazione (08.10.2007). Innanzitutto è possibile osservare come la subsidenza verificatasi dopo circa quattro anni sia pari a circa 5 cm e che i cedimenti si verificano in modo uniforme su tutta la sezione trasversale.
E’ stato inoltre possibile analizzare l’evoluzione dei cedimenti nel tempo in quattro differenti sezioni della struttura, rispettivamente: bordo esterno del ponte, parte centrale e bordo esterno dello strato realizzato in vetro espanso, zona del rilevato priva di alleggerimento, rispettivamente a 60 metri e a 180 metri dal bordo del ponte. Il grafico in fig.5.8 mostra come i cedimenti presentino una progressione piuttosto uniforme man mano che ci si allontana dalla struttura del ponte ferroviario.
107 Figura 5.7 Grafici dei risultati delle misurazioni relative agli inclinometri relativi al lato est della struttura
Figura 5.8 Variazione dei cedimenti nel tempo in differenti sezioni della struttura
Per quanto riguarda l’applicazione dei geofoni essi sono stati posizionati sui entrambi i rilevati al di sopra dello strato di glassfoam, rispettivamente alla profondità di 0,6 m, 1,2 m e 1,8 m sotto il livello del suolo. Dai dati ricavati dalle misurazioni è possibile affermare che lo strato di protezione di 2 m, che ricopre gli aggregati di vetro cellulare, risulta essere sufficiente per isolate il materiale dagli effetti indotti dai carichi dinamici, nonostante le condizioni di traffico particolarmente gravose cui
108 la A8 è soggetta. E’ quindi assolutamente ipotizzabile una eventuale riduzione dello spessore dello strato protettivo, l’entità di tale decremento dovrà però essere opportunamente valutata e studiata.
L’osservazione dell’evoluzione della struttura una volta messa in esercizio ha consentito di svolgere una serie di considerazioni.
Se si paragonano i cedimenti registrati prima del termine della costruzione dell’infrastruttura con quelli successivi alla sua messa in esercizio si constata che nella seconda fase si ha un rallentamento di quella che è l’entità e la velocità con le quali i cedimenti si realizzano.
Il continuo abbassamento del rilevato è dovuto alla presenza di strati più profondi d’argilla ancora influenzati dall’azione dei dreni e che continuano quindi sviluppare deformazioni verticali. Le entità di tali deformazioni presentano dei valori assoluti sensibilmente contenuti, al punto che il cedimento del rilevato nel tempo dovrebbe risultare compatibile con i lavori di manutenzione usualmente realizzati o causare al massimo qualche minimo intervento aggiuntivo.
Le fondazioni profonde del ponte, realizzate su pilastri in cemento armato, assicurano l’impossibilità dello sviluppo di spostamenti verticali della struttura, se anche qualche cedimento dovesse però svilupparsi la loro entità sarebbe minima. Le problematiche risultanti dal fatto che il rilevato, al contrario, continui ad assestarsi hanno trovare una valida soluzione negli interventi descritti sopra. Basti pensare infatti che dopo 4 anni e mezzo di esercizio non si è reso necessario per la struttura nessun tipo di intervento manutentivo, questo dimostra che le soluzioni adottate sono state ottimali.
Naturalmente bisogna prendere in considerazione quale sia la più opportuna quantità di materiale da impiegare dal punto di vista strutturale ed economico, visto che un certo valore del cedimento può essere tollerato.
L’impiego del vetro cellulare nell’ambito di questo intervento realizzativo è stato un successo, infatti nonostante l’autostrada presenti un elevato carico di traffico, se si guarda esclusivamente al comportamento tenuto dal materiale in esame si può constatare come le deformazioni ad esso relative possano essere considerate come assolutamente trascurabili.
Gli abbassamenti nell’area in cui il glassfoam è stato utilizzato sono esclusivamente di pochi centimetri, con un andamento uniforme tanto che neanche la parte della sovrastruttura realizzata in conglomerato bituminoso ha subito danni o modifiche.
109
V.2 “Superstrada 120 Østfold”
Le strade che presentano ripidi pendii sono spesso soggette a problematiche legate alla stabilità, alla capacità di assorbire i carichi e ai cedimenti.
L’impiego di materiali alleggeriti nella realizzazione dei riempimenti che costituiscono i rilevati delle infrastrutture in questione potrebbe consentire di ridurre, limitare o annullare tali inconvenienti.
Il vetro cellulare presenta un elevato potenziale come materiale da utilizzare in questo genere di interventi, il suo impiego può inoltre essere esteso anche a quelle strade pianeggianti che poggiano su terreni con ridotte capacità portanti.
Il criterio costruttivo di seguito descritto rappresenta un metodo relativamente nuovo e si differenzia da altri più consolidati.
In sintesi si può affermare che la ripida inclinazione dei versanti viene stabilizzata modificando opportunamente, secondo il principio dell’equilibrio delle masse, i carichi che gravano sul terreno sul lato della strada rivolta verso il pendio. Questa operazione può essere eseguita mediante la sostituzione di parte del materiale presente in sito con vetro cellulare che presenta notevoli caratteristiche di leggerezza. La sovrastruttura viene dunque ricostruita ottenendo una notevole riduzione del suo peso complessivo.
Questa metodo è stato utilizzato in differenti interventi eseguiti nella zona di Østfold (Norvegia), su strade in cui si sono verificati importanti fenomeni di cedimenti e deformazioni, in tutti i casi il glassfoam ha dimostrato di avere delle ottime caratteristiche atte a soddisfare le esigenze di un simile ambito applicativo.
I risultati ottenuti sono stati confrontati anche con materiali usualmente impiegati nella realizzazione di rilevati alleggeriti ,come l’argilla espansa e l’EPS ,ma il vetro cellulare, nel contesto di interventi analizzati, ha dimostrato di rappresentare la soluzione più idonea dal punto di vista prestazionale.
L’argilla espansa presenta un angolo di attrito interno pari a 35 gradi, il che comporta che la sua stabilità risulti messa in crisi qualora il pendio sia realizzato con pendenze uguali o superiori a tale valore.
Gli interventi realizzati con l’impiego di blocchi di EPS, invece presentano tempi di costruzione decisamente più lunghi rispetto a quelli attesi e ottenuti con l’utilizzo del glassfoam.
110 Sopra i blocchi di polistirene espanso è infatti pratica diffusa quella di realizzare una lastra di cemento di 10 cm di spessore al fine di permettere una migliore ridistribuzione dei carichi sugli elementi ed evitare che eventuali perdite di carburante, cui l’EPS potrebbe essere esposto, possano intaccare le proprietà e l’integrità del materiale. Le lastre di cemento sono collegate tra loro e contribuiscono ad incrementare in termini di tempo la durata della struttura.
Sono inoltre richiesti degli alti livelli di accuratezza nel livellare il terreno prima della messa in opera dei blocchi, al fine di evitare asperità che potrebbero creare delle difficoltà nel posizionamento e nel collegamento tra i vari elementi. Tutto ciò evidentemente contribuisce ad allungare i tempi di intervento e di realizzazione. Il metodo costruttivo che prevede la compensazione dei carichi e l’impiego del vetro cellulare come materiale alleggerito fa riferimento principalmente ad interventi di manutenzione su opere già esistenti, anche se il suo utilizzo potrebbe essere interessante anche per la costruzione di nuove strade con stabilità dei pendii ridotta. Tra i vantaggi che caratterizzano questa metodologia costruttiva ricordiamo :
• Chiusura di una sola corsia di marcia, che consente di evitare di interrompere completamente la circolazione nel tratto di strada interessato;
• Semplicità di fornitura e posa in opera del materiale; • Rapidi tempi di esecuzione del lavoro;
• Ridotta necessità di manutenzione del manto stradale;
111 In Norvegia un’alta percentuale dei collegamenti che costituiscono la rete stradale attuale era originariamente costituita da strade rurali. Con il tempo molte di esse sono state oggetto di interventi di miglioramento volti ad incrementarne la capacità e a consentire il transito anche ai veicoli moderni, le strade sono quindi state allargate ed asfaltate.
Prima della realizzazione di simili migliorie non solo non sono stati compiuti sul terreno gli opportuni interventi necessari alla realizzazione di un’ infrastruttura viaria ma in molti casi non è stata compiuta alcun tipo di indagine geologica, questo ha portato in molte circostanze allo sviluppo di conseguenti fenomeni di cedimenti e di instabilità.
Nel caso in cui le deformazioni verticali osservate presentassero una modesta entità, la soluzione comunemente adottata prevedeva di riparare la strada semplicemente realizzando un nuovo strato di asfalto su quello deteriorato. Questo fatto conduceva tuttavia non solo ad un incremento dei costi di manutenzione, ma, cosa ancor più grave, ad un aumento del carico gravante sul terreno d’appoggio, provocando di anno in anno un peggiorando del problema. L’asfalto infatti presentando una densità di circa 20kN/m3, contribuisce notevolmente, nel caso in esame, ad accelerare e aggravare i fenomeni di instabilità e di cedimenti.
Calcoli eseguiti tenendo conto della densità e della massa dei materiali utilizzati mostrano che ipotizzando uno spessore della sovrastruttura pari a 50 cm e impiegando uno strato di 1 metro di glassfoam per la realizzazione del riempimento, il carico totale trasmesso al terreno viene ridotto quasi del 50%, mentre i cedimenti subiscono un decremento del 37 %.
Il vetro cellulare è stato utilizzato in Norvegia nell’ambito di differenti progetti, nel seguito verrà riportato un esempio che riguarda la superstrada 120 situata nella zona di Østfold.
Tale infrastruttura nel 2011 è stata oggetto di interventi manutentivi in seguito allo sviluppo di problemi connessi alla natura compressibile del terreno di posa, che aveva condotto a cedimenti e problemi di instabilità dovuti alla presenza di ripidi pendii.
Le ispezioni compiute in cantiere nel Novembre dello stesso anno hanno mostrato esiti negativi per quanto riguarda gli interventi realizzati, alcuni campioni di terreno sono stati quindi prelevati dal sito di costruzione e sono stati testati in laboratorio al
112 fine di individuarne le caratteristiche e prevedere un nuovo criterio di progettazione in grado di risolvere le problematiche relative alla stabilizzazione dei pendii.
Figura 5.10 Realizzazione del riempimento alleggerito con vetro cellulare
La nuova metodologia di intervento mette in pratica la realizzazione di un riempimento alleggerito realizzato usando tre differenti strati di vetro cellulare separati tra loro ma ancorati gli uni agli altri mediante una griglia di rinforzo allo scopo di aumentare la stabilità della struttura nel suo insieme, proprio questa procedura realizzativa differenzia questa metodologia da altre più comunemente diffuse.
Durante tutta la fase costruttiva la corsia di marcia più interna rispetto al versante rimane aperta al traffico, consentendo di mantenere inalterata la viabilità mediante l’utilizzo di un semaforo. Questo permette inoltre di semplificare in maniera estremamente vantaggiosa le condizioni di fornitura e messa in opera del materiale che mediante l’ausilio di un camion con cassone ribaltabile lateralmente può facilmente essere trasportato e scaricato direttamente nel luogo dove viene realizzato l’intervento.
113 Figura 5.11 Schema illustrativo dell'intervento realizzato con il Glassfoam sulla superstrada 120 in
Norvegia
Nel caso della superstrada 120 la pendenza del versante presenta un angolo di 40 gradi e tale valore è stato considerato anche per effettuare i calcoli che riguardano la densità.
Risulta opportuno sottolineare come però in altri cantieri sia stato possibile realizzare pendii con angoli significativamente più elevati, da 70 a 90 gradi. Non è ancora del tutto chiaro, allo stato delle conoscenze attuali, se una pendenza molto ripida del versante possa generare, a causa dal forte gradiente termico che si viene a creare tra il tratto di strada interessata dall’intervento e la parte restante dell’infrastruttura, dei problemi in caso di gelo intenso.
In generale il sistema d’intervento prevede una prima fase in cui vengono rimosse le masse del terreno a partire dal centro della strada fino al lato rivolto verso il pendio, una grande quantità di materiale viene quindi sostituita da aggregati in vetro cellulare che oltre a ridurre i carichi indotti consente di gestire in maniera migliore maggiori inclinazioni dei pendii.
Una volta che la massa di terreno è stata allontanata, viene posato il geotessile sul fondo della zona di scavo e quindi versato lo strato di glassfoam, il quale viene
114 uniformemente distribuito utilizzando un escavatore a cingoli da 15 tonnellate che produce sul terreno una pressione ben al di sotto di 50 KN\m2. Ogni strato di vetro cellulare viene compattato mediante l’impiego di una piastra vibrante di 60-70 kg. Lo spessore totale del pacchetto ottenuto è pari a un metro dopo l’operazione di compattazione, ed è costituito da strati sovrapposti di medesimo spessore.
La griglia di rinforzo viene avvolta intorno al singolo strato di vetro cellulare con una sovrapposizione di circa un metro su ogni strato.
Gli aggregati, prima di essere ricoperti con uno strato di circa 30 cm di pietrisco, vengono rivestiti con un geotessile al fine di evitare che i grani dei due inerti possano mescolarsi tra loro.
Lo strato di pietrisco viene quindi addensato con una piastra vibrate da 500 kg e su di esso viene realizzato uno strato di 20 cm di asfalto che viene adeguatamente compattato con l’impiego di un rullo.
Dopo che la sovrastruttura è stata completata viene effettuato un taglio di 0.5 m lungo la corsia della strada non interessata dall’intervento, allo scopo di creare un giunto poco profondo che impedisca all’acqua di penetrare negli strati inferiori. I pali dei guardrail hanno una lunghezza di circa 3.5 metri, una volta infissi nel terreno penetrano per una profondità di 1-1,5 m, andando ad interessare l’intero strato di glassfoam e permettendo di migliorne ulteriormente l’ancoraggio al terreno. Anche la griglia di rinforzo viene intercettata dal palo, questo tuttavia non sembra comprometterne la struttura.
Prima della conclusione dei lavori viene aggiunto uno strato di terra alto almeno 10 cm sopra la rete antierosione ,che è stata posizionata sul versante prima della realizzazione dello strato di pietrisco, in modo da favorire la crescita della vegetazione e prevenire l’erosione del pendio.
Lo spessore di terra che ricopre il vetro cellulare dovrebbe essere, secondo le prescrizioni d’impiego, di almeno 50 cm nel caso della costruzione di nuove infrastrutture, nel presente intervento non è stato possibile soddisfare tale requisito a causa dell’elevata pendenza del versante.
La protezione anti erosione viene combinata con l’idrosemina, che è un particolare processo che consente di ottenere un rapido inerbimento delle superfici soggette a dilavamento, per stabilizzare in maniera più profonda la massa di terreno che ricopre il glassfoam.
