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Introduzione

 

Nel campo della progettazione di infrastrutture di ingegneria civile, siano esse legate alla stabilità di un versante o alla stabilità di un opera in sotterraneo, difficilmente si possono avere informazioni dettagliate sulle caratteristiche di resistenza e di deformabilità dell’ammasso roccioso interessato alla progettazione. Allora diventa importante poter utilizzare uno schema che possa soddisfare le richieste, un metodo empirico che permetta di risolvere i problemi dovuti alla scarsa conoscenza o esperienza di una determinata area.

Le classificazioni di Beniawsky (1976) e Romana (1985) (la seconda è derivata dalla prima, che risultava troppo “conservativa”) consentono di soddisfare i quesiti richiesti e le problematiche che si presentano.

 

La classificazione di Beniawsky si basa sul rilievo, in campagna o in laboratorio, di sei parametri:

 

▪A1 = resistenza a compressione uniassiale;

 

▪A2 = Rock Quality Designation Index (Indice RQD);

 

▪A3 = spaziatura delle discontinuità;

 

▪A4 = condizioni delle discontinuità;

 

▪A5 = condizioni idrauliche;

 

▪A6 = orientamento delle discontinuità.

 

Da questi sei parametri si ricava il Rock Mass Rating (RMR, Beniawsky) e con le dovute correzioni apportate da Romana nel 1985 lo Slope Mass Rating (SMR).

 

L’RMR, nella pratica, viene differenziato come:

 

 

 

Valore di A1

 

A1 si può ricavare sia da prove di laboratorio (Point Load Test), sia da prove di campagna mediante sclerometro o da prove speditive (Standard ISRM), definendo la resistenza a compressione uniassiale Su.

 

 

▪La prova Point Load Test

 

La prova Point Load ha il vantaggio di essere portatile; da essa si deriva l’indice di carico puntuale Is che viene correlato alla resistenza alla compressione uniassiale Su mediante la relazione:

 

Su = K Is

 

K è un coefficiente moltiplicativo per il quale l’ISRM consiglia il valore 24, ma nella pratica si è evidenziato come tale valore non è univoco ma largamente variabile. Palmström suggerisce di variare K in funzione di Is secondo lo schema seguente:

 

 

 

 

▪Le prove sclerometriche

 

Il martello di Schmidt, noto come sclerometro, è ampiamente utilizzato come prova non distruttiva e volta a misurare la “durezza di rimbalzo” della roccia. Dalla prova si ricava l’indice di rimbalzo R che è possibile correlare alla resistenza alla compressione uniassiale mediante la relazione di Irfan e Dearman (1978):

 

Su = 0,775 R + 21,3

 

 

▪Standard ISRM

 

In una fase preliminare delle indagini, mancando prove di campagna o di laboratorio, il valore di Su può essere stimato osservando la risposta della roccia alla sua percussione con il martello da geologo.

Dalla risposta della roccia si possono ricavare i seguenti valori:

 

 

 

 

Definita la resistenza a compressione Su è possibile ricavare il valore del primo parametro A1.

 

Se si utilizzano prove Point Load o prove sclerometriche risulta più agevole, rispetto alle tabelle e ai grafici proposte da Beniawsky, ricavare il valore di A1 trasformando i grafici in forma di equazioni:

 

 

 

 

Qualora si utilizzi lo Standard ISRM si usa la tabella proposta da Beniawsky nell’ultima versione del sistema (1989):

 

 

 

 

 

Valore di A2

 

Se si effettuano sondaggi è possibile ricavare il valore di RQD, da cui si ottiene il coefficiente A2, dal recupero di percentuale di carotaggio riferito alla somma degli spezzoni di carota con lunghezza maggiore o uguale a 100 mm:

 

 

dove:

▪Lc = somma delle lunghezze degli spezzoni di carota > 100 mm;

▪Lt = lunghezza totale del tratto in cui si è misurata Lc.

 

In mancanza di carote di sondaggio, RQD si ricava dal numero di famiglie di discontinuità caratterizzanti l’ammasso roccioso e dalla misura della loro spaziatura. Dalla relazione di Palmström (1982) si ha:

 

RQD = 115 – 3,3 Jv

 

dove:

Jv è il numero di fratture per metro cubo di roccia.

 

In forma alternativa RQD si può ricavare dalla formula di Priest e Hudson (1981):

 

RQD = 100 e(0,1 n) (0,1 n + 1)

 

con n numero medio di giunti per metro.

 

Calcolato RQD con uno di questi metodi, si ricava il coefficiente A2 mediante le equazioni, che derivano sempre dai grafici di Beniawsky:

 

 

 

 

 

Valore di A3

 

Una volta calcolata la spaziatura media, cioè la distanza media tra due discontinuità adiacenti, è possibile ricavare il valore del coefficiente A3, mediante le seguenti relazioni:

 

 

 

 

 

Valore di A4

 

Determinare dalle tavole di classificazione di Beniawsky il valore numerico relativo alla condizione delle discontinuità, invece, risulta molto soggettivo.

Perciò per valutare correttamente A4 conviene procedere sommando alcuni parametri numerici attribuibili alla persistenza del giunto, all’apertura del giunto, alla rugosità dello stesso, all’alterazione delle pareti, e al materiale di riempimento:

 

A4 = v1 + v2 + v3 + v4 + v5

 

I valori da assegnare sono:

 

 

v1 – Persistenza del giunto

 

 

 

 

v2 – Apertura del giunto

 

 

 

 

v3 – Rugosità del giunto

 

 

 

 

v4 – Alterazione delle pareti

 

 

 

 

v5 – Riempimento delle discontinuità

 

 

 

 

 

Valore di A5

 

Questo valore viene derivato dalle condizioni idrauliche riferite ad un fronte di 10 m. Dalle tabelle fornite da Beniawsky si ottiene:

 

 

 

 

 

 

Valore di A6

 

Per l’orientamento delle discontinuità si applica un coefficiente di correzione A6, a seconda che si tratti di gallerie o fondazioni.

 

 

 

 

Per quanto riguarda i versanti il coefficiente A6 proposto da Beniawsky risulta troppo “conservativo” e pertanto nel calcolo di RMR si utilizza la metodologia proposta da Romana.

 

 

 

Valore di RMR (Rock Mass Rating) e parametri caratteristici dell'ammasso

 

Attribuiti tutti i coefficienti, sulla base del valore RMRc calcolato si identificano 5 intervalli a cui corrispondono 5 classi di ammasso roccioso e altrettante valutazioni di qualità della roccia:

 

 

 

 

Dal valore di RMRb si derivano i parametri caratteristici dell’ammasso, che secondo Beniawsky assumono il valore:

 

 

I valori della coesione residua e dell’angolo di attrito residuo si ricavano introducendo nelle formule sopra indicate un valore di RMRb modificato secondo la:

 

RMRb = RMRb(originario) – [0,2 × RMRb(originario)]         (Priest, 1983)

 

La formula di E è però da considerare valida per valori di RMR superiori di 50, mentre per valori inferiori si utilizza la formula di Serafim e Pereira (1983):

 

 

Il valore di GSI (Geological Strength Index) viene ricavato dalla:

 

GSI = RMR – 5

 

dove RMR viene calcolato tenendo conto dei punteggi assegnati ai primi quattro parametri e assumendo condizioni idrauliche asciutte (A5 = 15). Tale relazione è da ritenersi valida per RMR > 23.

 

 

 

Slope Mass Rating (SMR, Romana 1985)

 

Romana propone di aggiungere al valore di RMR (di base), alcuni fattori di aggiustamento sulla base dell’orientamento relativo fra discontinuità e fronte del versante e aggiungere un ulteriore fattore che tiene conto del metodo di scavo:

 

SMR = RMRb + (F1 x F2 x F3) + F4

 

Il primo fattore di aggiustamento è il prodotto di tre fattori:

 

▪F1 dipende dal parallelismo fra l’immersione del fronte e l’immersione dei giunti.

▪F2 è riferito all’inclinazione del giunto nell’ipotesi di rottura planare.

▪F3 mantiene le relazioni proposte da Beniawsky per l’inclinazione fra fronte e giunti.

 

F4 rappresenta un fattore di correzione legato al metodo di scavo ed è stato fissato empiricamente.

 

Le condizioni di stabilità verificate sono relative rotture planari e per ribaltamento (toppling); il metodo è stato esteso anche alle rotture a cuneo di recente da Anbalagan et al..

Sulla base della tabella che segue si attribuiscono i valori ai fattori:

 

 

 

 

dove:

αj = immersione del giunto;

αi = immersione della retta di intersezione di due piani per la rottura a cuneo;

αf = immersione del fronte del versante;

ßj = inclinazione del giunto;

ßi = inclinazione della retta di intersezione di due piani per la rottura a cuneo;

ßf = inclinazione del fronte.

 

Il fattore F4 vale invece:

 

 

 

 

Calcolato il valore di SMR, si possono avere indicazioni generali, fornite da Romana, sul grado di stabilità della scarpata, sul tipo di cinematismo di rottura che si può instaurare e su quanto possano pesare eventuali interventi di stabilizzazione:

 

 

 

 

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