LA PROGETTAZIONE DELLE GALLERIE:
LA MECCANICA DELLE ROCCE
I primi tentativi per comprendere ed interpretare il comportamento degli ammassi rocciosi (A.R.) risalgono a circa la prima metà del secolo scorso.
L'A.R. è costituito da una matrice lapidea attraversata da un insieme di sistemi di discontinuità geologiche, come i giunti o le faglie.
Con il termine generale di discontinuità si definisce una qualsiasi interruzione della continuità di una massa rocciosa avente resistenza a trazione bassa o molto bassa.
Il materiale costituente la matrice lapidea si definisce roccia.
In generale un A.R. si presenta come un sistema multicorpo a diverso grado di separazione che può essere inserito entro due casi limite: la roccia e il terreno granulare.
Dal punto di vista della loro genesi le rocce sono suddivise in tre grandi categorie: ignee, sedimentarie e metamorfiche.
Dal punto di vista ingegneristico la descrizione più significativa è basata sui valori di determinate proprietà meccaniche della roccia, quali
la resistenza a compressione monoassiale, il modulo di elasticità, la resistenza a trazione monoassiale, la resistenza nei confronti delle tensioni tangenziali (angolo d'attrito e coesione) e la velocità ultrasonica.
Non mi soffermerò sulla suddivisione geologica, che dovrebbe essere largamente nota.
È possibile definire ogni sistema di giunti mediante un insieme di parametri geometrici e morfologici: gli uni si riferiscono alla disposizione spaziale dei giunti nell'ambito di un dato sistema, gli altri alle proprietà più intrinseche dei giunti stessi.
Parametri geometrici: orientazione, spaziatura, frequenza dei giunti, numero volumetrico dei giunti, indice RQD.
Parametri morfologici: continuità o persistenza, scabrezza delle pareti, resistenza delle pareti, apertura, materiale di riempimento.
Ho prima detto che, in generale, la struttura dell'A.R. è assimilabile ad un sistema multicorpo a diverso grado di separazione.
In Italia, a scopo previsionale, ha trovato largo impiego la seguente formula:
cm / clab = 0.02 + 0.114 e-0.48(i-2)
ove cm è la coesione dell'A.R., clab quella del campione di roccia, i è la frequenza dei giunti che
attraversano la matrice lapidea.
A titolo esemplificativo, per clab = 100 kg/cmq e i = 2 , cm = 13.4 kg/cmq.
Oltre alla resistenza e alla deformabilità, rilevante è anche conoscere la permeabilità.
Per misurarla si può ricorrere, in sito, alla prova Lugeon per A.R. fratturato in cui K è quasi indipendente dalla direzione della filtrazione,
alla prova a carico costante quando la cavità di prova è sotto il livello di falda, ovvero quando l'A.R. è molto fratturato.
Tramite la prova di compressione monoassiale è possibile determinare in laboratorio sia il valore della resistenza a compressione monoassiale C0 sia quello del modulo di elasticità della roccia, sottoponendo i campioni ottenuti da operazioni di sondaggio a sollecitazioni di compressione in condizioni non confinate.
I provini devono essere cilindrici retti con particolari proporzioni.
Tramite la prova di trazione monoassiale su provini cilindrici con particolari proporzioni si possono ricavare la resistenza a trazione monoassiale T0, la curva sforzi-deformazioni s3, e3, la curva sforzi-deformazioni
s3, e1, il modulo di elasticità a trazione tangente, il coefficiente di Poisson a trazione.
Tramite il point load test si determina l'indice di resistenza al punzonamento Is50 dei provini di roccia.
A causa delle difficoltà di esecuzione della prova di trazione diretta, si può pervenire al medesimo risultato tramite prove di trazione indirette, come la prova cosiddetta brasiliana o quella di resistenza a flessione.
La prova di taglio diretto , infine, viene usata per valutare la resistenza di una discontinuità.
I criteri di resistenza esprimono relazioni analitiche capaci di fornire, in funzione dello stato tensionale, il manifestarsi della rottura, a partire dal risultato di prove semplici, come quelle di compressione o trazione monoassiale. I più importanti sono:
* CRITERIO DI GRIFFITH
* CRITERIO DI GRIFFITH MODIFICATO
* CRITERIO DI COULOMB
*CRITERIO DI MOHR-COULOMB
* CRITERIO DI HOEK-BROWN
I sistemi di classificazione degli A.R. costituiscono il principale approccio per la conoscenza del sito.
Fra questi due sistemi si sono affermati e diffusi internazionalmente: il sistema RMR (1973), sviluppato in Sud Africa e il sistema Q (1974), sviluppato in Norvegia.
Non mi soffermo su questi due metodi, del resto molto importanti.
Riporto solo le informazioni principali:
Per il sistema RMR la classificazione dell'A.R., entro una zona di uniformità, procede prendendo in considerazione i seguenti parametri fondamentali:
la resistenza a compressione monoassiale della roccia C0, l'indice di recupero percentuale modificato RQD, la spaziatura dei giunti,
le condizioni dei giunti, la presenza d'acqua nei giunti, l'orientazione dei giunti.
Il sistema Q esprime la qualità dell'A.R. tramite l'indice
Q = f (RQD, Jr, Jw,
Jn, Ja, SRF)
Esiste la seguente relazione approssimata:
RMR totale = 44 + 9 ln Q .
La risposta meccanica di qualsiasi materiale ad uno stato di sollecitazione ad esso applicato è condizionata dal suo comportamento resistivo e deformativo.
Per l'A.R. anche dallo stato di tensione naturale, completamente noto quando si conoscono l'intensità e la direzione delle singole tensioni principali. Per fare ciò si ricorre a prove in sito.
Le più diffuse sono la tecnica del martinetto piatto, del sovraccarotaggio, della fratturazione idraulica.
Le tecniche più diffuse per determinare le caratteristiche di deformabilità sono , tra quelle in sito, la prova di carico su piastra, la prova mediante cavi in trazione, quella mediante camera in pressione idraulica, mediante uno o più martinetti piatti, mediante le prove in foro.
