La terra rinforzata è un rilevato di terreno naturale rinforzato con elementi sintetici o metallici (rinforzi) dotati di elevata resistenza a trazione. Le terre rinforzate trovano applicazione come opere di sostegno, opere di contenimento e opere in rilevato. Esse assolvono quindi la funzione di opere di sostegno del pendio (funzione generalmente assolta da muri di contenimento, di controripa o di sottoscarpa) o di rilevati stabilizzati (ad esempio un rilevato paramassi, antirumore, rilevati stradali e ferroviari, rialzi arginali di canali e fiumi etc.).
Terra armata in fase di ultimazione
Lo scopo dell’utilizzo di tale opera è quella di sopperire all’incapacità del terreno a contrastare la spinta attiva applicata sulla scarpata dal terreno retrostante, migliorando le caratteristiche meccaniche del terreno, conferendogli resistenza a trazione. La resistenza a trazione richiesta è generalmente fornita da rinforzi, quali ad esempio le geogriglie che vengono interposte orizzontalmente tra i diversi strati di terreno e sono caratterizzate da una certa lunghezza di ancoraggio (alla base dello strato) e da una certa lunghezza del risvolto (alla sommità dello strato). In altre parole, i rinforzi sono in grado di assorbire gli sforzi di taglio che i terreni non sono in grado di sostenere.
In base al criterio di rottura Mohr –Coulomb il sistema terreno-rinforzo, ovvero il terreno rinforzato, viene rappresentato il piano come un terreno dotato di coesione efficace C’r.
Inviluppi di rottura a confronto di un terreno non rinforzato e di un terreno rinforzato
Ogni materiale di rinforzo ha delle caratteristiche meccaniche di resistenza e deformazione proprie e interagisce con il terreno in modo differente. Ad esempio i geotessili tessuti hanno coefficienti di riduzione peggiori rispetto alle geogriglie e pertanto richiedono lunghezze di ancoraggio maggiori e resistenze a trazioni maggiori. La Normativa Europea di riferimento, recepita in Italia, è la UNI EN ISO10318:2005 “Geosintetici – Termini e definizioni”. Attualmente sono disponibili rinforzi in grado di erogare una resistenza a trazione compresa nell’intervallo 30-1600 kN/m, nelle terre rinforzate si adottano rinforzi da 50 a 400 kN/m.
I dati preliminari necessari al dimensionamento di una terra rinforzata sono:
- caratteristiche geologiche, idrogeologiche e geotecniche del sottosuolo;
- classificazione sismica dell’area e caratterizzazione sismica dei terreni;
- rilievi topografici dell’area con sezioni sullo stato di fatto;
- definizione della geometria della struttura in progetto (inclinazione del fronte, altezza etc.);
- carichi esterni applicati alla struttura.
Dal punto di vista geotecnico per dimensionare correttamente una terra rinforzata occorre:
- Verificare le caratteristiche meccaniche del terreno di fondazione;
La verifica del terreno di fondazione è generalmente effettuata attraverso l’esecuzione di sondaggi e da prove in situ quali prove penetrometriche per verificare lo stato di addensamento dei terreni. Tali prove metteranno in luce la necessità di una eventuale bonifica geotecnica del terreno di fondazione.
Nel caso di bonifica del terreno di fondazione, il piano di posa potrà essere realizzato utilizzando terreni appartenenti ai gruppi A1 e A3 in accordo alla classificazione delle terre CNR-UNI 10006, disposti in strati si spessore massimo di 30 cm. Il piano di posa così realizzato dovrà essere verificato con prove di carico su piastra attraverso la determinazione del modulo di deformazione Md. Secondo la norma CNR B.U. n. 146/92 è richiesto che tale modulo al primo ciclo di carico e nell’intervallo 0,05 – 0,15 MPa non sia inferiore a 15 MPa.
Classificazione dei terreni HRB-AASHTO (CNR-UNI 10006)
- Verificare le caratteristiche meccaniche dei terreni di riempimento per la costruzione del rilevato strutturale;
Il terreno di riempimento dovrebbe essere di natura granulare, drenante e con elevato angolo di attrito.
La verifica delle caratteristiche dei materiali da riempimento è generalmente rappresentata da prove di classificazione delle terre attraverso una caratterizzazione granulometrica per vagliatura e/o sedimentazione, e se sono presenti dei materiali fini, essi devono essere caratterizzati con i Limiti di Atterberg.
Esempio di frazioni granulometriche che caratterizzano un materiale granulare
In generale per quanto riguarda il materiale di riempimento per la realizzazione della terra rinforzata i terreni incoerenti rappresentano la soluzione ideale per la realizzazione del rilevato. Si possono adottare terreni appartenenti ai gruppi A1, A2, A3, A4 in accordo alla classificazione delle terre CRN-UNI 10006.
Per i materiali appartenenti al gruppo A1, essi sono generalmente messi in opera a strati di spessore non superiore a 60 cm (materiale sciolto) rullato e compattato fino a raggiungere il 95% della densità massima A.A.S.T.H.O. determinata in laboratorio con la prova Proctor (la prova fornisce i valori di umidità ottima a cui dovrà essere steso il materiale e la densità massima). Tale verifica verrà effettuata in situ sulla terra rinforzata con prove di densità.
Per i materiali appartenenti ai gruppi A2 e A4, essi sono generalmente messi in opera a strati di spessore di circa 30 cm, inumiditi, rullati e compattati fino a raggiungere il 95% della densità massima A.A.S.T.H.O. determinata in laboratorio con la prova Proctor (la prova fornisce i valori di umidità ottima a cui dovrà essere steso il materiale e la densità massima).
Esempio di Curva Proctor su materiale granulare di riempimento
La verifica a seguito della posa e rullatura dei singoli strati finiti verrà con diverse prove di densità in situ.
Prova di densità in situ su strato di terra rinforzata per valutare la densità secca in situ
Gli strati così realizzati dovranno essere verificati con prove di carico su piastra attraverso la determinazione del modulo di deformazione Md. Secondo la norma CNR B.U. n. 146/92 è richiesto che tale modulo al primo ciclo di carico e nell’intervallo 0,05 – 0,15 MPa, non deve risultare inferiore a 30 MPa su ogni strato finito.
Prova di carico su piastra su terra rinforzata
La compattazione a ridosso del paramento, circa 1 m, deve essere fatta con piastra vibrante o rullo manuale
- Verifiche di stabilità
Dal punto di vista geotecnico occorre effettuare poi tutta una serie di “verifiche interne” di stabilità che riguardano i possibili meccanismi di rottura della terra rinforzata che vanno verificati nel progetto di dimensionamento. La verifiche da eseguire sono: la verifica allo sfilamento, allo scorrimento e alla resistenza a trazione (ovvero a rottura) del rinforzo (ad es. geogriglie).
Vi sono poi le “verifiche globali” che riguardano: la verifica a ribaltamento, al collasso per carico limite e allo scorrimento sul piano di posa.
Secondo le Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni D.M. 17.01.2018 (NTC 2018), le terre rinforzate rientrano nella categoria delle opere di sostegno quali strutture miste. “Strutture miste che esplicano la funzione di sostegno anche per effetto di trattamenti di miglioramento e per la presenza di particolari elementi di rinforzo e collegamento”
Dovrà essere verificata la condizione Ed<Rd per ogni stato limite considerato. Le verifiche saranno quindi:
SLU di tipo geotecnico (GEO)
- stabilità del complesso opera di sostegno-terreno;
- scorrimento sul piano di posa;
- collasso per carico limite dell’insieme fondazione-terreno;
SLU di tipo strutturale (STR)
- raggiungimento della resistenza degli elementi strutturali,
La verifica di stabilità globale (del complesso opera di sostegno-terreno) va fatta secondo l’Approccio 1 – Combinazione 2 (A2+M2+R2). Tenendo conto dei coefficienti parziali riportati nelle Tabelle 6.2.I e 6.2.II per le azioni e i parametri geotecnici e nella Tabella 6.8.I per le verifiche di sicurezza di opere di materiali sciolti e fronti di scavo (γR=1.1).
Tutte le altre verifiche vanno fatte secondo l’Approccio 2 – Combinazione Unica (A1+M1+R3).Tenendo conto del valore dei coefficienti parziali riportati nelle Tabelle 6.2.I, 6.2.II e Tabella 6.5.I nella verifica a ribaltamento i coefficienti R3 della Tabella 6.5.I si applicano agli effetti delle azioni stabilizzanti.
Per le opere e i sistemi geotecnici (§7.11 NTC2018) le verifiche degli SLU in presenza di azioni sismiche devono essere eseguite ponendo pari a 1 i coefficienti parziali sulle azioni e sui parametri geotecnici e impiegando le resistenze di progetto, con i coefficienti parziali γR indicati in Tab.7.11.III, oppure con i γR indicati al Cap.6 laddove non espressamente specificato (Tab. 6.8.I).
Tabella riassuntiva delle verifiche in accordo alle NTC 2018
