Introduzione
Sviluppata nel 1974 al Norwegian Geotechnical Institute essenzialmente per l’applicazione in campo sotterraneo, negli ultimi anni è stata estesa a diversi campi e di recente, lo stesso Barton (2002) ha proceduto ad una revisione totale del sistema.
Il valore di Q si calcola da:
in cui i vari indici sono:
▪RQD (Rock Quality Designation), che tiene conto della suddivisione della massa rocciosa
▪Jn (Joint Set Number), che dipende dal numero di famiglie di giunti presenti nell’ammasso roccioso
▪Jr (Joint Roughness Number), che dipende dalla rugosità della famiglia più sfavorevole
▪Ja (Joint Alteration Number), che dipende dal grado di alterazione delle fratture, dallo spessore e dalla natura del riempimento, e che viene ugualmente determinato sulla famiglia più sfavorevole
▪Jw (Joint Water Number), che dipende dalle condizioni idrogeologiche
▪SRF (Stress Reduction Factor), che è funzione dello stato tensionale in rocce massive o dal disturbo tettonico.
Di recente Q è stato normalizzato nei confronti della resistenza a compressione monoassiale della roccia:
Le tabelle che seguono indicano i coefficienti numerici che vengono assegnati ai vari parametri. Le ultime modifiche e suggerimenti di Barton vengono riportati sotto ogni tabella.
Parametri della classificazione di Barton
▪Parametro RQD (Rock Quality Designation, che tiene conto della suddivisione della massa rocciosa):
Prende il suo valore nominale; se RQD risulta < 10, si assume 10.
▪Parametro Jn (Joint Set Number, che dipende dal numero di famiglie di giunti presenti nell’ammasso roccioso):
DEFINIZIONE |
Jn |
Roccia massiva, nessuna o rare discontinuità |
0,5 - 1 |
Una serie di discontinuità |
2 |
Una serie di discontinuità + quelle random (casuali) |
3 |
Due serie di discontinuità |
4 |
Due serie di discontinuità + quelle random |
6 |
Tre serie di discontinuità |
9 |
Tre serie di discontinuità + quelle random |
12 |
Quattro o più serie di discontinuità |
15 |
Roccia completamente disgregata |
20 |
Nel caso di gallerie:
in zona di imbocco Jn va raddoppiato; in una zona di intersezione di due gallerie Jn va triplicato.
▪Parametro Jr (Joint Roughness Number, che dipende dalla rugosità della famiglia più sfavorevole):
DEFINIZIONE |
Jr |
Giunti discontinui |
4 |
Giunti scabri o irregolari, ondulati |
3 |
Giunti lisci, ondulati |
2 |
Giunti levigati, ondulati |
1,5 |
Giunti scabri o irregolari, piani |
1,5 |
Giunti lisci, piani |
1 |
Giunti levigati, piani |
0,5 |
Zone mineralizzate contenenti minerali argillosi a riempire la discontinuità |
1 |
Zone mineralizzate sabbia, ghiaia, zone disgregate, a riempire la discontinuità |
1 |
La descrizione si riferisce alle caratteristiche a piccola e a media scala. Se la spaziatura media della famiglia principale è superiore a 3 m aumentare Jr di 1. Nel caso di giunti piani, levigati, contenenti strie o lineazioni, se queste sono orientate nella direzione più sfavorevole si utilizza 0,5.
▪Parametro Ja (Joint Alteration Number, che dipende dal grado di alterazione delle fratture, dallo spessore e dalla natura del riempimento, che viene determinato sulla famiglia più sfavorevole):
Giunti sostanzialmente chiusi (apertura 1 – 3 mm) con pareti a contatto:
DEFINIZIONE |
Ja |
Giunti sigillati o mineralizzati |
0.75 |
Giunti non alterati o con lievi ossidazioni |
1 |
Giunti leggermente alterati o con spalmature di materiale non plastico |
2 |
Giunti con spalmature limose, frazione argillosa limitata non plastica |
3 |
Spalmature di minerali con bassa resistenza attritiva (argille, miche, talco, grafite, clorite, gesso) |
4 |
Giunti mediamente aperti (< 5 mm) e presenza di riempimento che permette ancora il contatto fra le pareti in caso di scorrimento:
DEFINIZIONE |
Ja |
Riempimento sabbioso |
4 |
Riempimento argilloso non plastico, molto sovraconsolidato |
6 |
Riempimento argilloso plastico, mediamente sovraconsolidato |
8 |
Riempimento argilloso rigonfiante |
8-12* |
* il valore da assegnare dipende dalla percentuale della frazione argillosa rigonfiante e dalla possibilità che la stessa venga in contatto con l’acqua.
Giunti aperti (> 5 mm) senza nessun contatto fra le pareti in caso di scorrimento:
DEFINIZIONE |
Ja |
Zone o fasce di argilla limosa o sabbiosa non plastica |
5 |
Zone o fasce di roccia disgregata |
6 |
Zone o fasce di argilla non plastica |
6 |
Zone o fasce di argilla plastica rigonfiante |
8 |
Zone o fasce di argilla rigonfiante |
12 |
Zone continue molto spesse di argilla non plastica |
10 |
Zone continue molto spesse di argilla plastica non rigonfiante |
13 |
Zone continue molto spesse di argilla plastica rigonfiante |
13-20* |
* il valore da assegnare dipende dalla percentuale della frazione argillosa rigonfiante e dalla possibilità che la stessa venga in contatto con l’acqua.
▪Parametro Jw (Joint water Number, che dipende dalle condizioni idrogeologiche):
DEFINIZIONE |
Jw |
Acqua assente o scarsa, localmente < 5 lt/min |
1 |
Afflusso medio con occasionale dilavamento del riempimento del giunto |
0,66 |
Afflusso forte o ad alta pressione in rocce compatte con discontinuità aperte senza riempimento |
0,5 |
Venute forti o ad alta pressione con dilavamento del riempimento del giunto |
0,33 |
Venute eccezionalmente forti o a pressioni molto elevate subito dopo l’avanzamento, a diminuire nel tempo |
0,2-0,1 |
Venute eccezionalmente forti o a pressioni molto elevate subito dopo l’avanzamento, costanti nel tempo |
0,1-0,05 |
Negli ultimi quattro casi se sono installati sistemi efficaci di drenaggio Jw va portato a 1 o a 0,66. Per una caratterizzazione dell’ammasso lontano dall’influenza dello scavo e nel caso che RQD/Jn sia sufficientemente basso(0,5 - 25) in modo da assicurare una buona connettività idraulica, si possono assumere i valori di Jw (1,0 – 0,66 – 0,5 – 0,33) in funzione delle altezze di ricoprimento (0 – 5; 5 – 25; 25 – 250; > 250).
▪Parametro SRF (Stress Reduction Factor, che è funzione dello stato tensionale in rocce massive o dal disturbo tettonico:
Zone di debolezza intersecanti lo scavo:
DEFINIZIONE |
SRF |
Diverse zone di debolezza con argilla o roccia chimicamente disgregata, roccia circostante molto allentata |
10 |
Singole zone di debolezza con argilla o roccia chimicamente disgregata (altezze di copertura <= 50 m) |
5 |
Singole zone di debolezza con argilla o roccia chimicamente disgregata (altezze di copertura > 50 m) |
2,5 |
Fasce di taglio multiple in roccia competente, rilassamento della roccia circostante |
7,5 |
Fascia di taglio singola in roccia competente (altezze di copertura <= 50 m) |
5 |
Fascia di taglio singola in roccia competente (altezze di copertura > 50 m) |
2,5 |
Zone intensamente fratturate con intersezione di discontinuità aperte e continue |
5 |
Se le zone di debolezza o di fatturazione influenzano ma non intersecano direttamente lo scavo, SRF va ridotto del 25- 50%.
Ammasso competente con problemi di tensioni geostatiche:
DEFINIZIONE |
sc/s1 |
sU/sc |
SRF |
Basso campo tensionale in prossimità della superficie |
>200 |
< 0,01 |
2,5 |
Condizioni tensionali favorevoli |
200-10 |
0,01-0,3 |
1 |
Campo tensionale alto, favorevole alla stabilità in calotta, può essere sfavorevole per la stabilità dei piedritti |
10-5 |
0,3-0,5 |
0,5-0,2 |
Moderati colpi di tensione dopo più di un’ora in roccia massiva |
5-3 |
0,5-0,65 |
5-50 |
Colpi di tensione quasi immediati in roccia massiva |
3-2 |
0,65-1 |
50-400 |
σc = resistenza a compressione della roccia
σU = massima tensione tangenziale al contorno dello scavo
σ1 = tensione principale maggiore agente
σ3 = tensione principale minore agente
Se il rapporto fra le tensioni principali σ1/σ3 è compreso fra 5 e 10, ridurre σc a 0,75 σc, se il rapporto è > 10 ridurre a 0,5 σc.
Se la profondità della calotta dal piano campagna è inferiore alla larghezza dello scavo, Barton suggerisce di utilizzare SRF = 5.
Per una caratterizzazione dell’ammasso lontano dall’influenza dello scavo si possono assumere i valori di SRF (5 – 2,5 – 1,0 – 0,5) in funzione delle altezze di ricoprimento (0 – 5; 5 – 25; 25 – 250; > 250).
Le ultime tre righe nella tabella sono generalmente applicabili a rocce molto dure e massive, con valori di RQD/Jn compresi fra 50 e 200.
Ammasso spingente:
DEFINIZIONE |
SRF |
Ammasso moderatamente spingente |
5 -10 |
Ammasso fortemente spingente |
10-20 |
Ammasso rigonfiante:
DEFINIZIONE |
SRF |
Ammasso moderatamente rigonfiante |
5 -10 |
Ammasso fortemente rigonfiante |
10-15 |
L’indice Q (variabile da 0,001 a 1000), così calcolato, è diviso in 9 intervalli cui corrispondono altrettante classi di ammasso roccioso:
Q |
Classe |
Descrizione |
0,001-0,01 |
IX |
Eccezionalmente scadente |
0,01-0,1 |
VIII |
Estremamente scadente |
0,1-1 |
VII |
Molto scadente |
1-4 |
VI |
Scadente |
4-10 |
V |
Mediocre |
10-40 |
IV |
Buona |
40-100 |
III |
Molto buona |
100-400 |
II |
Estremamente buona |
400-1000 |
I |
Ottima |
Inoltre è possibile estrapolare due caratteristiche di resistenza dell’ammasso:
▪ Una componente attritiva, che può essere considerata come approssimazione dell’angolo di attrito dell’ammasso
▪ Una componente coesiva, che può essere considerata come approssimazione della coesione dell’ammasso
Invece il modulo di deformazione statico dell’ammasso può essere determinato mediante la:
in accordo con l’espressione di Serafim e Pereira (1983) derivata da RMR.
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