La falesia delle «acque dolci» di Monte Argentario: modellazione cinematica di caduta massi e progettazione delle opere di difesa

7) Blocco di progetto e barriere paramassi

7.1. Il blocco di progetto
La progettazione di qualunque siste­ma di difesa passiva atto ad intercetta­re, frenare ed arrestare dei blocchi in moto su di un pendio richiede la valu­tazione preliminare di un blocco di ri­ferimento che può essere definito "bloc­co di progetto".
I parametri caratteristici del "blocco di progetto" sono:

1. 
   l'energia d'impatto che dipende dalla massa e dalla velocità;
   
2. 
   l'altezza massima delle traiettorie di discesa, con particolare riferimento ai rimbalzi.
   

La valutazione della velocità di traslazione e delle traiettorie dei bloc­chi è affidata a modelli numerici di simulazione che utilizzano algoritmi di propagazione cinematici analoghi a quelli utilizzati per le simulazioni della falesia delle Acque Dolci.

La massa M del blocco di progetto è funzione del volume V e del peso di volume  del blocco. Il volume dipende a sua volta da diversi fattori, tra i quali è utile ricordare: il volume totale mobilitato dal dissesto (crollo di progetto), le con­dizioni geostrutturali e la resistenza propria dell'ammasso roccioso, le ca­ratteristiche litologiche e topografico-­geomorfologiche del versante.

La va­lutazione preliminare del volume tota­le mobilizzabile dal potenziale evento franoso è fondamentale (Paronuzzi e Coccolo, 1995b), in quanto le barriere paramassi mostrano un certo grado di efficacia limitatamente a volumi com­plessivi franati compresi tra 0.01 m³ e 10000 m³.

Nel caso di volumi totali coinvolti molto modesti (0.01 m³   10 m³) si assiste in genere al distacco di blocchi isolati messi in moto da proces­si di crollo o di ribaltamento, con feno­meni analoghi a quelli presenti sulla falesia delle Acque Dolci.

Per poter operare una stima della massa M del blocco di progetto risulta fon­damentale definire la classe di appartenenza del "volume roccioso unitario residuo", inteso come massimo elemen­to volumetrico mobilizzabile sul pen­dio. Tale volume dipende dallo stato di suddivisione dell'ammasso roccioso, dai caratteri geomeccanici della matri­ce rocciosa, dall'entità della caduta li­bera e dalla deformabilità del materiale soggetto all'impatto. La stima del volume residuo può essere effettuata sulla base dell'analisi dei dati strutturali e topografici desunti da una ricognizione accurata della zona di probabile distacco. Tuttavia ciò non è sempre possibile in quanto le zone potenzialmente interessate da crolli litoidi sono generalmente localizzate in luoghi impervi, spesso accessibili soltanto alpinisticamente. E' preferibile allora effettuare una valutazione statistica delle masse già franate e presenti lungo il versante o alla base di questo.

Una procedura di questo tipo, che ha anche il vantaggio di evidenziare gli effetti della frantumazione secondaria dei volumi rocciosi durante la propagazione sul versante, è stata seguita nello studio dei crolli della falesia delle Acque Dolci.

La distribuzione caratteristica delle volumetrie misurate, espressa per classi di volumi, è riportata in fig. 12. La distribuzione dei volumi rocciosi presenta un massimo di frequenza molto accentuato in corrispondenza delle volumetrie minori (V < 0.2 m³) mentre tende rapidamente a decrescere per i volumi maggiori. I volumi variano da un minimo di 0.05 m³ ad un massimo di 1.35 m³ e sono costituiti quasi esclusivamente dalle brecce calcare.

Fig. 12 - Istogramma delle volumetrie caratteristiche dei blocchi, espresse per classi di volumi.
Sulla base di questi dati, assumendo un fattore di sicurezza Fs pari a 1.5 che tenga conto delle inevitabili incertezze legate alla previsione dei crolli potenziali, è stato assunto come blocco di progetto il seguente volume roccioso:

V_progr. = V_max* Fs = V_max * 1.5 = 1.35 * 1.5 = 2.025 m³

e di conseguenza, assumendo  = 2400 kg /m³ come peso di volume si ha:
M_progr. = 2400 * 2.025 = 4860 kg
Per quanto riguarda il calcolo dell'energia cinetica totale bisogna considerare la velocità del blocco di progetto. Il codice di calcolo utilizzato, ROTOMAP, consente l'inserimento sulla base topografica tridimensionale di eventuali barriere paramassi di progetto, al fine di confrontare i parametri geometrici (altezza) e di resistenza caratteristici della barriera con i parametri cinematici posseduti dal blocco di progetto in corrispondenza dell'opera di difesa passiva.
7.2. Le barriere paramassi: verifiche progettuali

La progettazione di qualunque tipologia di barriera paramassi, consistente nel dimensionamento strutturale delle opere di difesa e nella ricerca dell'ubicazione più idonea lungo il versante, deve considerarsi in genere limitata a situazioni di potenziale dissesto che coinvolgono volumi inferiori ai 10.000 m³. Per questo motivo devono essere tenuti sempre presenti i limiti progettuali connessi alle dimensioni totali ed alla cinematica del fenomeno franoso. Questo presupposto è particolarmente valido per la spiaggia delle Acque Dolci, dove mancano coni detritici molto sviluppati alla base della scarpata rocciosa in grado di accogliere eventuali cospicui volumi di frana.

L'adozione di barriere paramassi per la difesa delle aree esposte al rischio di caduta massi presuppone il conseguimento di due obiettivi fondamentali:

• 
  un adeguato grado di sicurezza nei confronti del collasso strutturale e/o del superamento della barriera, cui è collegato il rischio di perdita di vite umane;
  
• 
  la possibilità di ripristino dell'opera danneggiata, tale da consentire successivi interventi in economia.
  

L'approccio tridimensionale ha evidenziato la notevole influenza delle irregolarità topografiche del versante sui percorsi dei massi. In questo modo è stato ottenuto un campione probabilistico rappresentativo dei massimi percorsi potenziali di massi mobilizzabili dalle situazioni di distacco più pericolose.

Le verifiche progettuali fondamentali per una barriera paramassi sono (Paronuzzi, 1989c):

1. 
   verifica al superamento diretto per proiezione aerea (rimbalzi);
   
2. 
   verifica allo sfondamento.
   

Nel caso esaminato è stata verificata l'efficacia di una barriera paramassi di progetto, ubicata secondo la disposizione planimetrica rappresentata nelle figure 13 17. La barriera paramassi è stata posizionata, sulla base dei risultati delle simulazioni eseguite, nella posizione più idonea del versante: in prossimità del margine inferiore del terrazzamento mediano, grossomodo nell'intervallo altimetrico +14/ +22 m.

Q
uesta ubicazione della barriera consente innanzitutto di intercettare traiettorie più basse di potenziale rimbalzo, evitando la condizione di superamento diretto per proiezione aerea che può essere indotta da posizioni molto addossate rispetto al pendio soprastante. Nello stesso tempo tale ubicazione sfrutta la dissipazione di parte dell'energia dei massi per effetto dell'impatto di questi sul terrazzamento mediano.





Fig. 13 - Forma e dimensioni dei maggiori blocchi calcarei presenti sulla spiaggia.
La presenza del pianoro consente, infine, lo sfruttamento della fascia sub orizzontale per la messa in opera della barriera, facilitando le operazioni di costruzione dell'opera passiva.

Nell'ipotesi progettuale soprascritta è stata considerata una barriera paramassi di limitato ingombro costituita da pannelli di rete e montanti metallici. E' stata in particolare presa in esame una barriera ad elevata deformabilità formata da pannelli di rete singoli, a loro volta collegati, tramite funi metalliche, a dispositivi di dissipazione di energia (dispositivi di frenaggio) posti a monte e agli estremi della barriera. Per verificare l'efficacia delle diverse soluzioni progettuali sono state analizzate 16 distinte situazioni: altezza della barriera di 1, 2, 3 e 4 m ed energia dissipabile efficacemente dalla barriera (E_eff) corrispondente a 400.000, 800.000, 1.200.000 e 1.600.000 joule.

I casi di superamento della barriera nelle 200 simulazioni eseguite, ciascuna per le 16 distinte ipotesi progettuali, sono riassunti nella Tab. 2. Nella tabella è riportato il valore teorico nominale (E_teor) della capacità di assorbimento energetico della barriera, così come indicato dalla ditta costruttrice. A questo valore (E_teor) è stata applicata una riduzione del 20 % (E_eff) che tiene conto di una parziale riduzione dell'efficacia del sistema causata da eventuali impatti sui montanti, da impatti nelle parti più alte dei pannelli di rete e/o da eventuali imperfezioni nell'assemblaggio dell'opera in sito.

Fig. 14   Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento (N = 118) per una barriera paramassi di progetto alta 4 m e capace di dissipare 400.000 J (blocco di progetto: m = 4860)

Fig. 15   Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento (N = 49) per una barriera paramassi di progetto alta 4 m e capace di dissipare 800.000 J.
I risultati delle simulazioni (Tab. 2) evidenziano la notevole influenza della capacità di assorbimento dell'energia ("resistenza") caratteristica della barriera utilizzata.

Infatti impiegando una barriera standard di 4 m di altezza si passa da valori di affidabilità del 41% (E_eff= 400.000 joule), al 75.5% (E_eff= 800.000 joule), per arrivare al 90.5 % (E_eff 1.200.000 joule) ed al 100 % del sistema a più alta resistenza (E_eff= 1.600.000 joule) (figg. 14, 15, 16 e 17).

Un approccio di questo tipo consente di valutare la reale affidabilità del sistema (Paronuzzi e Coccolo, 1995b), intesa come probabilità che l'opera intercetti ed arresti il blocco di progetto. Dal confronto tra i casi favorevoli (intercettazione) con quelli simulati è possibile operare una stima dell'affidabilità del sistema progettato, in relazione al blocco di progetto ed alla sua effettiva ubicazione sul versante.

Totale Casi	(Eteor.) Joule	(Eeff.) Joule	H = 1 m	H = 2 m	H = 3 m	H = 4 m
n=200	500.000	400.000	n= 118	n= 118	n= 118	n= 118
n=200	1.000.000	800.000	n= 49	n= 49	n= 49	n= 49
n=200	1.500.000	1.200.000	n= 28	n= 19	n= 19	n= 19
n=200	2.000.000	1.600.000	n= 23	n= 5	n= 1	n= 0

Tab. 2   Casi di superamento della barriera di progetto, in funzione delle diverse caratteristiche progettuali (H = 1,2,3,4 m; (E_eff)= 400.000, 800.000, 1.200.000 e 1.600.000 joule.)
Ad esempio nel caso esaminato l'adozione di una barriera alta 4 metri e con una capacità di assorbimento efficace di 1.600.000 joule fornisce un'affidabilità massima, molto elevata, prossima al 99   100 %, nei confronti del blocco di progetto.

Fig. 16 - Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento n=19) per una barriera paramassi di progetto alta 4 m e capace di dissipare 1.200.000 J
Questa affidabilità può ridursi talora nel caso, raro ma possibile, di propagazioni multiple (impatti successivi e/o coincidenti sulla barriera). Per evitare gli effetti di questa eventualità si renderebbe necessario l'impiego di un secondo filare di barriere paramassi.

Il criterio utilizzato consente dunque di stimare l'affidabilità del sistema di difesa adottato, intendendo con questa la probabilità che l'opera di arresto risulti efficace nei confronti di massi mobilizzati dai crolli litoidi, sempre con riferimento al crollo ed al blocco di progetto.

Fig. 17 - Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento (n=0) per una barriera paramassi di progetto alta 4 metri e capace di dissipare 1.600.000 J.