3-1

CARATTERISTICHE DESCRITTIVE, QUALITATIVE E QUANTITATIVE DEGLI AMMASSIROCCIOSI, CON PARTICOLARE RIGUARDO ALLE DISCONTINUITÀ NATURALI

LUCIANO BROILIGeologo, libero professionista, Tricesimo (UD)

Lo studio del comportamento geomeccanico degli ammassi rocciosi e la progettazione di interventinel campo dell'Ingegneria delle rocce richiedono una corretta e dettagliata conoscenza dei parametriqualitativi e quantitativi che caratterizzano, sotto l'aspetto geologico e geomeccanico, detti ammassi. In questa memoria, premessi alcuni concetti fondamentali sulle peculiarità fisico-meccaniche delle masse rocciose, si richiamano in forma essenziale i passi dello studio geologico e geostrutturaleper la descrizione della "roccia" intesa come matrice rocciosa e dell'"ammasso roccioso" inteso strutturalmente e meccanicamente discontinuo e anisotropo.

Lo studio di.un problema di Ingegneria dellerocce prevede, come primo passo,la parametrizzazione geologica e geomeccanica dell'ammasso roccioso. L'obiettivo non è sempre di facile rag-giungimento, in quanto richiede l'acquisizionedi dati qualitativi e quantitativi attendibilie sufficienti a preconfigurare un modello sche-matizzato, che sia congruamente rappresentativodella situazione alla scala reale e sia tale,quindi, da consentire ogni successiva, attendi-bile analisi di comportamento geomeccanico.

La descrizione di un ammasso roccioso compor;ta tecniche e procedimenti molto diversi e spesiso più complessi rispetto a quelli di norma ap-plicati in Geotecnica (Meccanica delle terre),procedimenti che trovano fondamento e giustifi-cazione nelle seguenti considerazioni di princ^pio:

1. L'ammasso roccioso è costituito da matri-ci lapidee in vario grado separate per la pre-senza di un complesso reticolo di strutture didisgiunzione geologica, spesso sede di adunamenti idrici (fase liquida).

2. Il comportamento di un ammasso rocciosova riferito quindi alla Meccanica di un discon-tinuo.

Nello studio della massa rocciosa è fonda-mentale distinguere tra la risposta meccanicadella "roccia" e quella della "massa rocciosa".

Con esclusione di alcuni casi-limite, neiquali le proprietà meccaniche della "roccia" intesa come materiale e quelle della "massa roc-ciosa" più o meno si identificano, in tutti gli

altri casi le proprietà meccaniche di una massarocciosa si basano più sulle proprietà meccani-che delle superfici piane di discontinuità geo-logica, che sulle proprietà della roccia intesacome materiale roccioso.

La Meccanica della roccia è essenzialmenteMeccanica delle strutture e, rispettivamente,una Meccanica del discontinuo.

Resistenza e deformazione della massaroccijosa dipendono dalle caratteristiche di "legame strutturale".

La resistenza di una massa rocciosa è infat-ti una resistenza residua di un insieme più omeno anisotropo (Verband), formato da una moltitudine di corpi rocciosi, legati fra loro indifferente grado (Verband-Festigkeit)Mtiller (63) .

Le proprietà di deformazione di una massarocciosa dipendono più dalla mobilità parzialedei singoli corpi dai quali è costituita, chedalla deformabilità intrinseca di tali corpi,dovuta alle caratteristiche meccaniche del mate•riale.

Anche sotto questo aspetto si ripropone ilconcetto di anisotropia della massa rocciosa.

Al pari della resistenza meccanica e delleproprietà di deformabilità, anche la distribu-zione delle tensioni all'interno della massarocciosa dipende dalle condizioni e dalle caratteristiche strutturali del complesso roccioso.

L'anisotropia delle proprietà geomeccanichedi una massa rocciosa suddivisa può essere derivata, con validità di tipo statistico, dall'anisotropia morfologica delle strutture piane che

3-2

la intersecano. Le proprietà tecnologiche diuna tale massa possono essere determinate soloa condizione che le esperimentazioni si appli-chino a masse rocciose rappresentative della situazione geostrutturale in un contesto statisti^co.

L'acqua influisce sulle proprietà geomeccani^che di una massa rocciosa, sia sotto forma diacqua contenuta nei pori della roccia e nei ma-teriali di riempimento, sia come acqua liberacontenuta o circolante nel reticolo delle di-scontinuità.

Il rapporto tra le dimensioni globali del"volume significativo" di un ammasso rocciosocoinvolto in un problema geomeccanico e le "di^mensioni" caratteristiche del reticolo di di-scontinuità geologiche (frequenza, estensione,continuità) assume un peso determinante nellarisposta dell'ammasso alle sollecitazioni appM.cate agli interventi tecnici (effetto scala).

La descrizione dell'ammasso roccioso, daquanto sopra esposto, si presenta quindi comeuna procedura relativamente complessa, nel cor-so della quale devono essere acquisiti informa-zioni e parametri singoli e globali sui seguen-ti principali aspetti:

a) storia geologica dell'ammasso roccioso;

b) genesi ed evoluzione morfologica;

e) caratteristiche geolitologiche e geomeccaniche delle matrici lapidee;

d) descrizione qualitativa e quantitativadel reticolo strutturale e di ogni altra strut-tura di discontinuità geologica significativa;

e) descrizione delle condizioni idrologichedell'ammasso;

f) determinazione delle caratteristiche fis_iche e meccaniche in -sito ed in laboratorio.

Dati e parametri raccolti confluiranno infi-ne nella classificazione dell'ammasso rocciosoe nella schematizzazione di un modello di sintesi e di riferimento che, per quanto semplifica-to, dovrà risultare sufficientemente rappresen-tativo delle reali caratteristiche dell'ammassoroccioso per ogni successivo calcolo e per ogniprogettazione tecnica.

In questa memoria verranno illustrati i pas-si fondamentali dello studio descrittivo delloammasso rocciose, contenendo le osservazioni agli aspetti essenziali necessari all'inquadra-mento generale della materia e rimandando per ogni dettaglio ed approfondimento alle numerosepubblicazióni disponibili sull'argomento.

1. ELEMENTI GEOLOGICI.

Le caratteristiche di un ammasso roccioso,

così come si presentano nel sito oggetto di studio, dipendono dalla storia geologica della formazione lapidea, storia che si estende dai pro-cessi genetici alle modificazioni successivamente intervenute sull'assetto originario, perintervento della tettogenesi, di fenomeni diagenatici di processi di alterazione endogena ed esogena.

L'inquadramento dell'ammasso roccioso nellasua storia geologica è di fondamentale importar!za in ogni studio di Geomeccanica.

Il geologo dovrà fornire informazioni e parametri sui seguenti principali aspetti:

1.1 Riconoscimento delle facies litologichepresenti nel sito e loro distribuzione; rappor-ti genetici e giaciturali;

1.2 descrizione mineralogica e petrograficagenerale dei litotipi e loro classificazione;

1.3 storia tettonica del sito ed interpreta-zione strutturale locale, con particolare attenzione per i processi tettonici in atto, per lecondizioni di sollecitazione naturale, per lastoria sismica della regione, per la presenza ele caratteristiche di eventuali strutture sismogenetiche;

1.4 caratteristiche idrologiche epigee ed i-pogee dell'ammasso roccioso (presenza e modali-tà di circolazione delle acque nell'ammasso);

1 . 5 riconoscimento e perimetrazione delle zone di omogeneità geologica.

2. ELEMENTI TOPOGRAFICI E MORFOLOGICI.

L'assetto topografico e, in particolare, morfologico raggiunto da un ammasso roccioso attraverso i processi evolutivi delle forme naturalisi collega direttamente alla natura geologicadei terreni ed alle loro caratteristiche fisi,co-meccaniche.

Lo studio morfologico fornisce quindi elementi preliminari utilissimi per la caratterizza-zione dell'ammasso roccioso. Esso dovrà fornireelementi esaurienti almeno sui seguenti, principali aspetti:

2.1 natura, distribuzione e genesi dei pro-cessi erosivi e di disfacimento;

2.2 natura, distribuzione e genesi dei prct- -cessi di trasporto e di accumulo;

2.3 individuazione, ubicazione e caratteriz-zazione dei fenomeni di instabilità dinamica

del suolo e del sottosuolo,-pregressi o in atto;

2.4 descrizione e quantificazione dei processi legati all'azione delle acque di superficieed ipogee (ruscellamento, percolazione, accumu-lo, drenaggio, ecc.);

2.5 riconoscimento, descrizione ed ubicazio-ne delle forme morfologiche legate ai processi

3-3

tettonici e sismotettonici.

3. ZONE DI OMOGENEITÀ'.

Lo studio geologico e geomorfologico di unammasso roccioso consente una perimetrazionepreliminare di porzioni dello stesso avente ca-ratteri di omogeneità rispetto ad uno o più eiementi descrittivi (caratteri litologici e lito-meccanici, di facies strutturale, di alterazio-ne, ecc.).

L'approfondimento dell'indagine, così comeverrà illustrata nel seguito, consentirà succes_sivamente di migliorare, o anche in parte di modificare, la perimetrazione iniziale delle zonedi omogeneità. •

Va comunque osservato che il riconoscimentoe la perimetrazione delle zone di omogeneitàrappresenta un passo fondamentale nello studiodescrittivo dell'ammasso, in quanto solo al-l'interno di dette zone hanno validità l'estra-polazione e l'elaborazione statistica dei datistrutturali e degli altri parametri geomeccani-ci (resistenza, deformabilità, ecc.) determina-ti ed attribuiti all'ammasso roccioso.

4. CARATTERISTICHE DELLE MATRICI LAPIDEE.

Il materiale che costituisce la matrice lapi^dea dell'ammasso roccioso si definisce come"roccia".

La "roccia" alla scala delle applicazionitecniche si assume come macroscopicamente inte-gra e si identifica con un campione rappresentativo enucleabile dell'ammasso nell'ambito dellazona di omogeneità di pertinenza.

Le caratteristiche meccaniche della "roccia"dipendono dalle sue caratteristiche genetiche,mineralogiche, petrografiche, microstrutturalie tessiturali dei processi di trasformazione subiti (diagenetici, alterazione, decomposizione).

La descrizione geologica della "roccia" siconsegue esaurientemente utilizzando i classicimetodi di studio della mineralogia e della pe-trografia. La descrizione e la parametrizzazio-ne geomeccanica si realizzano invece medianteprove di laboratorio.

Nel primo caso i principali elementi descrittivi sono:

- composizione chimica e grado di alterazio-

FIG. 1 Perimetrazione delle zone di omogeneità (H) e principalistazioni di rilevamento dei dati qeomeccanlci (S).

3-4

- composizione mineralogica;- caratteristiche petrografiene; struttura

cristallina;- dimensioni e conformazione dei cristalli;- microstrutture;- granulometria;- peso specifico;- peso di volume naturale e secco;- permeabilità;- contenuto d'acqua naturale;- porosità;- grado di saturazione;

Nel secondo caso, invece, i parametri geomeccanici più comuni da determinarsi (di resisten-za, di deformabilità, di permeabilità), sono:

- velocità di propagazione delle onde elast_iche longitudinali;

- resistenza alla compressione monoassiale;- resistenza alla trazione monoassiale diret

ta ed indiretta;- resistenza alla compressione triassiale in

condizioni drenate e non drenate;- resistenza alla compressione poliassiale;- resistenza alla compressione diametrale;- resistenza al taglio.

I risultati ottenuti dall'insieme delle de-terminazioni eseguite tenendo presenti le condiizioni di isotropia od anisotropia del materialesopraelencate (caratteri petrografie!, fisici emeccanici), consentono di definire alcuni utiliindici di qualità della roccia e dell'ammasso edi stabilire correlazioni tra parametri diversi(ad es. fisici e meccanici).

In generale, nello studio della matrice roc-ciosa, bisogna attentamente considerare:

1) Per quanto la "roccia", intesa come mate-riale, alla scala del problema ingegneristicovenga convenzionalmente considerata come matri-ce dotata di omogeneità ed isotropia, il mate-riale roccioso in realtà è un aggregato di mi-

PROVINODEFORMAZIONE

IDEALE

FIG. 2 Prova di compressione monoassiale(Barla, 1983).

FIG. 3 Prova di compressione triassiale(Rossi, 1986).

nerali che, alla scala del reticolo cristalli-no, non presenta caratteristiche di omogeneitàed isotropia di comportamento meccanico.

2) L'ordinamento cristallino e l'assetto mi-crostrutturale (ad es.: strutture preferenzial-mente orientate) possono influire sulle caratteristiche di resistenza in relazione alla dire-zione di applicazione delle sollecitazioni.

3) La struttura interna del materiale può subire riassetti o modificazioni sotto l'azionedi elevati carichi (creep-fluage), qualora ap-plicati per lunghi periodi.

4) Nei processi genetici (ad es. durante ilraffreddamento di rocce ignee) si possono orig_inare stati tensionali e modificazioni strutturali di rilevante importanza.

5) II contenuto in acqua e le modificazionidi detto contenuto hanno decisivo significatonello studio geomeccanico delle matrici lapi-dee.

6) Dette matrici, nel corso della loro sto-ria geologica, hanno subito generalmente pro-cessi deformativi di natura anelastica e proce^si di fratturazione, fasi di compressione e didecompressione associate con.la loro storia ge-netica, geotettonica e geomorfologica: la rico-struzione della storia geologica e tensionaledella litofacies (in sito ed in laboratorio) ri.sulta sempre di determinante interesse.

Lo studio geologico e geomeccanico della ma-

3-5

manometro

martinetto

pompa

CLASSE DESCRIZIONE I (Kg/cm2)s

A Resistenza molto alta 80B Resistenza alta 40 « 80C Resistenza media 20 * 40D Resistenza bassa 10 * 20E Resistenza molto bassa 10

FIG. 4 Prova di carico puntuale e rela-tiva classifica del materialeroccioso (da A. Lembo-Fazio e R.Ribacchi).

gegneristico rappresenta la matrice lapidea in-tegra dell'ammasso, può essere definito come"sistema monocorpo" (" EinkSrpersystem" - MUller,1963),la massa rocciosa va invece normalmenteriferita ad un "sistema multicorpo" (Mehr-Viel-korpersystem) Fig. 9, "b" e "e".

Qualora il grado di separazione strutturaledi un ammasso raggiunga livelli molto elevati oaddirittura estremi, le caratteristiche del si-stema roccioso "multicorpo" si identificano conquelle di un materiale granulare "sciolto" (ved.Fig. 9,"d").

In qualche caso, in presenza di un reticolodi discontiruità geologica carattezizzato da modesta frequenza e continuità delle strutture,porzioni di ammasso anche di discrete dimensio-ni possono avvicinarsi al modello del "sistemamonocorpo" (ved. Fio. 9,"a").

Da queste considerazioni si può derivare ilconcetto di "volume roccioso unitario" (Vu) ovolume "integro" di riferimento.

Il volume roccioso unitario può essere defi-nito come il più piccolo volume lapideo macro-scopicamente integro, geometricamente definitoda superfici di discontinuità geologica.

Il grado di effettiva definizione struttura-le del volume roccioso unitario è variabile edipende dal qrado di continuità strutturale del.le superfici geologiche che lo definiscono.

Qualora il volume roccioso unitario non ri-sulti completamente definito,si determinano condizioni di legame litostrutturale residuo tra

trice lapidea di un ammasso roccioso viene ese-guito di norma su campioni di ridotte dimensio-ni. Si utilizzano:

- campioni geologici enucleati da affiorameliti, o da superfici esposte in scavi superficia-li o sotterranei;

- campioni ricavati da sondaggi (carote) concampionatori semplici o speciali (doppi,tripli,ecc. ) .

Nel prelievo del materiale roccioso deve sempre essere individuata e riportata l'orientazione originale nello spazio del campione, così come devono essere conservate con la massima accuratezza le caratteristiche litoloqiche e fisi,co-meccaniche proprie della facies in sito.

5. CARATTERISTICHE STRUTTURALI DELL ' AMMAS_SO ROCCIOSO.

Come si è detto, l'ammasso roccioso si confjLgura come un sistema costituito da un'associa-zione ideale di elementi rocciosi variamente e-teromorfi per dimensione e geometria, delimita-ta spazialmente da cuperfici di discontinuitàgeologica più o meno continue ed in reciprococontatto.

Se il campione roccioso, che nel problema in

~Piano dirottura

FIG. 5 a) Schema della prova di trazione(brasi l iana).

carico normalemateriale di inglobamento

piano di tagliocarico di taglio

FIG. 6 b) Prova di taalio in laboratorio.

i singoli volumi rocciosi unitari che compongo-no l'ammasso e si riduce il grado di separazio-ne strutturale globale dell'ammasso.

Il concetto è di importanza fondamentale nel.la parametrizzazione del volume roccioso signi-ficativo in tutti i problemi di Geomeccanica edi Ingegneria delle rocce, in quanto fornisce icriteri per l'applicazione alla massa rocciosadei parametri di resistenza ricavati sperimen-talmente in sito ed in laboratorio o da ricalcolo delle situazioni naturali.

Esso inoltre è la guida fondamentale nellacomprensione del comportamento deformativo del-l'ammasso roccioso.

La descrizione e la parametrizzazione del volume roccioso unitario si pongono pertanto allabase di qualsiasi analisi e, sopratutto, classificazione dell'ammasso roccioso.

5.1 Descrizione delle caratteristichestrutturali.

Premesso che la "Meccanica della roccia" siapplica alla risposta di un mezzo discontinuo eche questa condizione di discontinuità è princi^palmente dovuta alla presenza di un reticolo disuperfici di separazione geologiche variamenteorientato nello spazio, risulta evidente la ne-cessità di pervenire ad una adeguata conoscenzaqualitativa e quantitativa della geometria edelle caratteristiche delle strutture geologi-che singole o raggruppate in sistemi o famiglie.

Lo studio delle strutture deve portare preferibilmente a quantificazioni di tipo statistico,la cui validità si esplicita nell'ambito dellesingole zone di omogeneità.

Le discontinuità geologiche si identifica-no con le fratture che, per cause genetiche d_iverse, si sono manifestate nell'ammasso roccio-so e lo caratterizzano.

Nella successione dei "passi" che caratteri^zano lo studio dell'ammasso roccioso (Fig. 13),l'analisi delle strutture viene attuata al pun-to "E".

Nella Fig. 14 sono elencati i principali eiementi descrittivi della struttura geologica,che verranno richiamati, in forma necessariamente essenziale, nel seguito.

- Genesi e classificazione relativa dellestrutture.

Le discontinuità geologiche che si rilevanoin un ammasso roccioso possono essersi sviluppate per varie cause non sempre completamentechiare (A.E. Scheidegger, 1978):

a) processi di tensione dovuti sia a proces-si tettonici, sia a fasi di raffreddamento sia,infine, a decompressione;

b) processi di compressione dovuto^ ancora aprocessi tettonici plicativi, tali da originarefessurazioni normali alle direzioni di massimacompressione e fessure di taglio variamente in-

clinate rispetto alle direzioni dette;

e) processi di sedimentazione (giunti distrato);

d) processi di metamorfismo;

e) processi tettonici dislocativi (faglie,sovrascorrimenti, ecc.), da collegarsi ancora aquanto specificato ai punti a) e b), ma riportati ad una scala più propriamente geologica;

f) processi di "creep".

Per discontinuità geologica comunque s'intende (Stini, J; Mailer, L; Sander, B.) ogni superficie di separazione determinatasi nella matri-ce lapidea, tale da generare in essa una condi-zione strutturale di non continuità del materiale.

fiottoALTA

; 100

100 200 300 SOO 1000 2000 4000R e s i s t e n z a a compresitene v m l à i s L a l * ( k g / c m * )

FIG. 7 Rapporti tra la resistenza allacompressione monoassiale ed ilmodulo elastico: metodi classi-ficativi (Deere, 1968).

In questa definizione viene sottolineato eprivilegiato il concetto geomeccanico di non_continuità e di disomogeneità del mezzo a scap_ito del riferimento genetico, del resto in prati,ca spesso di difficile definizione per la so-vrapposizione -di cause e modificazioni interve-nute nel corso della storia^geologica dell'am-masso. -

Per quanto riguarda la classificazione dellediscontinuità, si fa spesso riferimento alle di.mensioni lineari o areali della struttura. Vaosservato che, in ogni caso, una simile classi-ficazione va strettamente correlata alle dimen-sioni effettive del volume significativo di ri-

3-7

ferimento geomeccanico, cioè alle dimensioni diquella parte dell'ammasso roccioso che vienecoinvolta in termini di risposta geomeccanicanel problema ingegneristico in discussione.

Si distinguono:

- discontinuità maggiori, il cui sviluppo a-reale interessa tutto il volume significativo ograndi porzioni di esso;

- discontinuità medie;

- discontinuità minori, il cui sviluppo areale è modesto rispetto alle dimensioni del volu-me significativo, ma la cui diffusione e fre-quenza possono essere determinanti per quantoriguarda gli indici globali di separazionestrutturale della massa rocciosa.

E j

11000-

•000-

7000

SU»

3000-

1OOO-

/•

i

1

/*

i

A**

x

'* /

•"

/

•*

4 • 7

'•« Z

.••

<

* w .,•

FIG. 8 Correlazione tra modello elasti,co e quadrato della velocità sonica nelle arenarie (da P.P. Itossi, 1986).

Si definisce faglia una discontinuità geolo-gica, in cui corrispondenza si siano determina-ti movimenti dislocativi.

Rispetto alla loro orientazione nello spaziole discontinuità geologiche si raggruppano spesso in "sistemi" o "famiglie" aventi caratteri-stiche giaciturali analoghe.

- Giacitura e rappresentazione grafica deidati giaciturali.

La giacitura di ogni singola discontinuitàgeologica viene definita dall'"immersione" (azi.mut rispetto al nord geografico della linea dimassima pendenza del piano) e dall'"inclinazio-ne" (angolo che la predetta linea di massimapendenza fa con l'orizzontale).

Le misure possono essere eseguite con una

bussola geologica negli affioramenti e nelle e-sposizioni accessibili. Esse possono essere an-che eseguite su campioni orientati,nei fori disondaggio meccanico, tramite apposite sonde ot-tiche o televisive o, in zone inaccessibili, mediante procedimenti di fotogrammetria terrestre.

Le misure di giacitura si riferiranno a di-scontinuità singole o a discontinuità apparte-nenti a raggruppamenti strutturali nell'ambitodi zone di omogeneità preconfigurabili.

I dati, rilevati con criterio statistico,vengono di norma rappresentati utilizzando proie-zioni stereografiche, tra le quali la più usataè la proiezione equiareale di Schmidt riferitaall'emisfero inferiore (Fig. 15-16).

I poli rappresentativi di tutti i piani didiscontinuità vengono introdotti in diagrammipolari (Fig. 18), che consentono di individuarenon solo la posizione nello spazio della strut-tura singola, ma anche le caratteristiche di di^stribuzione e gli ambiti di giacitura preferen-ziali (famiglie) con i massimi di frequenza(Fig. 19), i rapporti geometrici intercorrentitra dette famiglie, i rapporti che si stabili-scono tra le direzioni di applicazione deglisforzi ed i piani di discontinuità singoli ofra loro intersecantisi (Fig. 20).

L'uso dei diagrammi polari e l'applicazionedell'elaborazione stereografica dei dati giaciturali sono quindi di determinante significato edimportanza in ogni fase dell'analisi di un pro-blema di Ingegneria geotecnica, in quanto forai

FIG. 9 a) sistema monocorpo

b) e e) sistemi multicor'po a diverso grado di separazione"Vu" volume roccioso unitario completamente definito

d) sistema multicorpo: facies gra:nulari sciolte (secondo L.M01.ler)

3-8

FIG. 10 Condizioni di'definizione strutturale e di effettiva separazionedel volume roccioso unitario.

A - completamente definito (condizioni di separazione: 100%)B - mediamente definito (condizioni di separazione: 30% ca.)C - scarsamente definito (condizioni di separazione: <10%)

d1+d2+d3 superfici di discontinuità strutturale

scono un'immediata percezione dell'ordinamentostrutturale del sito, delle sue variazioni edanno indicazioni direttamente utilizzabili insede di analisi e di progetto.

- Morfologia delle superfici di discontinui-tà.

La morfologia delle superfici di discontinuità condiziona in modo determinante le caratteri,stiche di resistenza, che si mobilizzano in corrispondenza della struttura o del gruppo distrutture preso in esame e quindi condizionanola resistenza dell'ammasso globalmente, o in determinate direzioni preferenziali.

Le superfici di discontinuità rispetto adun'area relativamente vasta (scabrezza di primoordine) possono essere qualitativamente descrit^te come:

regolari;ondulate;discontinue.

Rispetto al dettaglio morfologico, cioè en-tro un ambito relativamente piccolo (scabrezzadi secondo ordine) le superfici, in termini discabrezza, possono essere:

liscie;ruvide;indentate.

Nella determinazione della scabrezza si ri-chiedono in particolare la descrizione e la quantificazione delle asperità, quali continuità, o.rientazione, periodo, inclinazione, larghezza

della base, profilo medio, ecc. (Fig. 21).

Le caratteristiche di scabrezza si determina^no sia sulle superfici di discontinuità presen-ti in sito, sia sui piani di frattura presen-ti nei campioni enucleati dall'ammasso, operan-do secondo varie procedure illustrate nelle fi-gure (Fig. 22,23 e 24).

La classificazione dei profili di scabrezzapuò essere eseguita con riferimento alla casi-stica proposta da Barton (Fig. 25), cui vengonoassociati gli indici JRC (joint roughness coef-ficient).

In relazione ai processi deformativi natura-li o indotti dell'ammasso roccioso, le caratte-ristiche di scabrezza non solo influiscono sul-le condizioni di resistenza al taglio mobilizzabile in corrispondenza delle discontinuità (Fig.26), ma possono incidere sui processi globalidi dilatanza e determinare l'incremento complej,sivo del volume dei vuoti (Fig. 27) con conse-guenze rilevanti, ad esempio, sulla ritenzionee sulla circolazione idrica dell'ammasso.

- Condizioni di apertura e didelle strutture geologiche.

riempimento

I labbìri opposti di una discontinuità geolo-gica in taluni casi risultano a stretto contat-to fra di loro; in molti altri casi, invece, sidetermina-una condizione di "apertura" il cuivalore può variare da qualche decimo di millimetro a qualche millimetro o a parecchi centime_tri ed anche a qualche metro.

La misurazione dell'apertura è un'ulteriore

3-9

FIG. 11 e 12 Volumi rocciosi unitari di variabile volume, conformazione geometrica e grado di definizione strutturale.

determinazione che si deve compiere con metodostatistico per completare la descrizione dellestrutture geologiche.

Il valore medio dell'apertura determinatodai valori rilevati' per ogni singola strutturaper i vari sistemi di discontinuità geologicaconsiderati nella massa rocciosa di una particolare zona di omogeneità, fornisce indicazioniutili per la determinazione del. valore globaledei vuoti che esistono in detta massa rocciosa.

Tale valore va collegato all'analisi dellecaratteristiche di compressibilità della massarocciosa e alla quantificazione della sua per-meabilità e, in definitiva, sulla capacità diritenzione e di circolazione delle acque.

In pratica il valore dell'apertura si deter-mina struttura per struttura, sistema per sistema, di pari passo con il rilevamento delle al-tre caratteristiche delle strutture geologiche.

Con riferimento al valore dell'apertura, le

discontinuità geologiche possonoclassificate :

essere così

APERTURADISCONTINUITÀ'

Molto serrata

Serrata

Parzialmente serrata

Aperta

Apertura ampia

Apertura molto ampia

Apertura estremamente ampia

Giunto cavernoso

Le discontinuità geologiche sono spesso in-teressate da riempimenti di materiali di varianatura, che occupano lo spazio libero tra i labbri della discontinuità stessa.

La determinazione della natura,della potenzae delle caratteristiche geotecniche di tali

^0,1 mm

0,

0,

0,2,1

10

1 -

25 -

5 -

5 ---

0

02

10

10

100>1

,25,5

,5

m

m m

rr.m

mr:<

min

eracin

3-10

riempimenti è un'ulteriore rilevazione di signi,ficativa importanza nello studio geomeccanicodella massa rocciosa.

E1 chiaro, infatti, che la presenza di dettimateriali, in genere soffici e dotati di carat-teristiche meccaniche generalmente modeste seconfrontate con le caratteristiche delle matri-ci lapidee, influenza la risposta geomeccanicadella massa rocciosa sia nei confronti dellasua compressibilità, sia nei confronti delle resistenze di taglio che si mobilizzano nel corsodei fenomeni di deformazione o di rottura.

Lo spessore del materiale di riferimento si-tuato in corrispondenza di una discontinuità.

A) NATURA TECNICA E GEOMECCANICA DEL PROBLEMA

B) DIMENSIONI DEL PROBLEMA O, MEGLIO, DIMEN-

SIONI E CONFIGURAZIONE DELL'AMMASSO ROCCIO

SO COINVOLTO NEL PROBLEMA TECNICO IN ESAME

IVI COMPRESE LE ZONE DI INFLUENZA DIRETTA

O INDIRETTA

C) DEFINIZIONE E DELIMITAZIONE DELLE ZONE DI

OMOGENEITÀ'

D) RICONOSCIMENTO, DESCRIZIONE, CLASS1FICAZIO

NE DEL "MATERIALE ROCCIA" (ASPETTI GEOLOGIA

CI E GEOMECCANICI)

E) CLASSIFICAZIONE DELLE STRUTTURE GEOLOGICHE

PIANE, LORO RILIEVO, DESCRIZIONE, SINTESI

INTERPRETATIVA

F) STUDIO DEL PROBLEMA IDROGEOLOGICO

FIG. 15 Procedure di rilevamento e dirappresentazione delle discon-tinuità geologiche .

FIG. 13 Principali "passi" dello studioqeomeccanico .

1 GENESI E CLASSIFICAZIONE RELATIVA DELLE

STRUTTURE

2 GIACITURA

3 MORFOLOGIA DELLE SUPERFICI PIANE

4 APERTURA

5 RIEMPIMENTO DELLA DISCONTINUITÀ1

6 DIMENSIONI DELLA STRUTTURA GEOLOGICA NEL

PIANO E NELLO SPAZIO

- INDICI DI ESTENSIONE PLANARE (MONO-BIDI-

MENSIONALE)

- INDICI DI INCIDENZA VOLUMETRICA

- INDICI DI RILASSAMENTO (AUFLOGHERUNGSGRAD)

- VOLUME ROCCIOSO UNITARIO

7 CARATTERISTICHE DI MOBILITA' DELL'AMMAS

SO

8 CARATTERISTICHE DI LEGAME STRUTTURALE

FIG. 16 Proiezione stereografica polareed equatoriale di Scnmidt e ragpresentazione di uno o più pia-ni di discontinuità geologica.

FIG. 14 Elencazione degli elementi de-scrittivi della struttura geo-logica .

FIG. 17 Diagramma polare e determinazione delle aree di densità dei pòli .

3-11

S O N D A G G I O TV1 M - l - . ì 1» i

LOtU*G CIMCLE KAOIUS M 3.6[NCHES.

aasE«»»TiONS,

ratteristiche meccaniche del materiale di riem-pimento, va abbinata la determinazione della resistenza a compressione delle pareti del giuntoche può essere eseguita, ad esempio, ricorrendoal martello di Schmidt (Fio. 30).

E' evidente quindi la necessità di procederead una esatta descrizione della potenza, dellanatura mineralogica e geotecnica dei riempimen-ti relativi a tutti i sistemi di discontinuitàconsiderati.

Le conclusioni che si trarranno circa la na-tura, le caratteristiche medie e la distribuzione dei riempimenti, consentiranno valutazionidi fondamentale importanza nell'interpretazionee nella scelta dei parametri di resistenza del-la massa rocciosa.

FIG. 18 Diagramma dei poli ottenuto conelaboratore (da G. Barla, 1983).

se in presenza di superfici delimitanti liscieo se, in certa misura, di valore eccedente l'ampiazza media delle asperità, può influire in mo-do determinante sulla resistenza allo scorrimento ed al taglio, che si mobilizza in corrispondenza di uno o più piani di separazione geologica, annullando o riducendo le condizioni di contatto reciproco tra i labbri lapidei della struttura o annullando l'influenza della rugosità deipiani (Fig. 29).

I materiali di riempimento sono di varia na-tura mineralogica. Si tratta spesso di materia-li silicei o carboriatici o di materiali argillesi, argille-limosi, limo-sabbiosi grossolani odetritici, specialmente in presenza di processicataclastici.

La loro presenza nelle discontinuità geolog^che può essere dovuta a soluzioni' minerali cir-colanti nel reticolo strutturale, o essere col-legata a materiali trasportati (specie in set-tori superficiali), o a materiali di alterazio-ne, o può corrispondere a materiali di sedimen-tazione (interstrati o intercalazioni).

In presenza di processi alterativi spinti odi fenomeni di tettonizzazlone (cataclasi-milonisi) della discontinuità, gli stessi labbri or>posti della struttura possono essere stati interestati in diversa misura da un decadimento del.le caratteristiche meccaniche della roccia.

In questi casi, alla determinazione delle ca

- Spaziatura.

La "spaziatura" corrisponde alla distanza intercorrente tra due discontinuità geologiche a£partenenti al medesimo raggruppamento (o fami-glia) misurata ortogonalmente al piano della discontinuita stessa (Fig. 31).

La spaziatura si esprime con il simbolo "d";il suo valore medio rappresenta il valore reci-proco della "frequenza"

d = I

La spaziatura viene espressa in metri e vie-ne riferita ai valori massimi, minimi e medi attribùibili ad ogni famiglia di discontinuità in

soNomeia m F A M I G L I * 3

.PLOTTI1C C l t C L E OAOI'JS, ---------- LEVÉL PLOT

F R O J E C T I C W — - - -6IHOES.------------------COU1I l£ Si

222222

2 Z 2 * 3 3 1 1 3 0 3 1 ) 3 1 3 2 2 2 J

2 222222233 3131)31331221)11332222222

2222222223131333333222222222:22222221222222222322333322222222222222 Z

2 2 2 2 2 2 2 2 2 ? 2 2 2 2 3 2 Z Z 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

2222 22222222

FIG. 19 Diagramma dei massimi di frequenza ottenuto con elaboratore (daG. Barla, 1983).

3-12

30°

PST, PK| .POLES

TFCSAFUNSWA

"-ST/KI

Zo

. TALOBRES FRICTION COMES

-SAPE

-UNSAPE

- WEIGHT

- SUPPORTINO PORCE INTRODUCED BY

POST-TENSIONED ROCK TENDONS

-RESULTANT

• BLOCK SLÌDING ALONG JOINT ST

. BLOCK SLÌDING ALONG JOINT Kl

• WEDGE SLÌDING ALONG STAND Kl

-.'UNSEATING OF BOTH PLANES

FIG. 20 Ved. testo (da Oberti et. al.1986) .

dividuata nel sito.

- Frequenza.

Il valore della "frequenza" relativa allestrutture di un determinato raggruppamento didiscontinuità esprime il numero di superficiche ricorre per metro lineare, determinato inuna direzione ortogonale al piano delle discon-tinuità.

La frequenza si esprime con il simbolo "S",con riferimento ai valori massimi, medi e mini-mi'.

La determinazione statistica dei valori del-la spaziatura e della frequenza applicata a tut

ti i sistemi di discontinuità presenti fornisceuna significativa indicazione circa il grado disuddivisione dell'ammasso roccioso prodotto daciascun raggruppamento strutturale e consentedi determinare, in abbinamento con gli indicidi continuità strutturale, il grado di separa-zione globale della massa rocciosa in esame.

- Estensione delle discontinuità geologiche.

Ogni singola struttura di discontinuità geo-logica si sviluppa in una determinata direzioneall'interno del volume significativo dell'amma^so roccioso, intersecandolo (quindi suddivider!dolo) integralmente o parzialmente in relazione al valore della sua propria dimensione areale.

Un'associazione di strutture di discontinui-tà del medesimo raggruppamento della strutturasummenzionata riproduce la condizione soprade-scritta in corrispondenza di un numero ennesimodi ideali sezioni dell'ammasso fra loro parall£le, spaziate in ragione della frequenza propriadel sistema.

L'intervento di più di un raggruppamento distrutture in un quadro di mutue intersezioni pròduce l'assetto strutturale complessivo dell'am-masso e determina il suo grado globale di sepa-razione strutturale.

Se la continuità della struttura geologicanon raggiunge valori tali da produrre un'inter-sezione completa attraverso il volume significa^tivo dell'ammasso roccioso di riferimento, nelpiano ideale di potenziale prolungamento dellastruttura si determinano situazioni di non con-tinuità delle condizioni di separazione, che po^sono essere idealmente configurate come "ponti"o "setti" integri esistenti lungo il piano dipotenziale separazione considerato.

Il piano di potenziale separazione strutturale tracciato attraverso il volume significativodi riferimento può risultare dunque totalmenteseparato (continuità della struttura di separa-zione pari al 100%), oppure in parte separato ein parte ancora integro. Nelle parti separatele resistenze attivabili saranno resistenze "distruttura" (prevalentemente frizionali), negliambiti integri saranno invece attivabili resi-stenze di matrice lapidea o di legame strutturale.

Nei massicci rocciosi caratterizzati da ri-dotto grado di separazione globale (volumi roc-ciosi unitari-di dimensioni medio-grandi e scarsamente definiti) la resistenza di legame prevale nel bilancio delle resistenze attivabili inrapporto alle sollecitazioni applicate.

Negli ammassi rocciosi caratterizzati inveceda elevato -grado di separazione (volumi roccio-si unitari di piccole dimensioni ed altamentedefiniti), le resistenze residue mobilizzabilisi identificheranno sempre più con quelle disemplice attrito in corrispondenza dei piani didisgiunzione.

3-13

" ìfcwslÉFIG. 21 e 22 Caratteristiche di scabrezza di superfici di disconti-

nuità in sito.

S-14

Da queste considerazioni si capisce per qua-le motivo la determinazione delle caratteristi-che singole o, in un contesto statistico, diquelle dei raggruppamenti, risulti essere unodei parametri più importanti per la caratteriz-zazione geomeccanica dell'ammasso roccioso.

La quantificazione dei parametri in sito nonè sempre agevole, anzi spesso è difficile erichiede un adeguato addestramento dell'operatore e sufficienti condizioni di esposizione del-1'affioramento.

Queste difficoltà, che dovrebbero stimolarepiù adeguati sforzi nel campo della metodicageologica di rilevamento e di indicizzazionedelle caratteristiche, non giustificano in nes-sun caso lo scarso o nullo rilievo che a questoparametro viene riservato dalle più correnticlassificazioni dell'ammasso roccioso, classifiche che per questo motivo perdono gran parte disignificato nelle interpretazioni e nelle valu-tazione del comportamento meccanico dell'ammas-so roccioso e, in genere, nelle applicazioni nelcampo dell'Ingegneria delle rocce.

Nella pratica, l'estensione areale delle di-scontinuità geologiche determinata in sito peruna struttura o, come valore medio statistico,per raggruppamenti di strutture, va messa in relazione con le dimensioni dell'ammasso rocciososignificativo di riferimento nel problema teori.co o applicativo, rispetto al quale detta estensio

ne viene espressa in termini percentuali.

Si definiranno:

a) Estensione monodimensionale o lineare[«,).

Si riferisce al valore, espresso in metri,dell'estensione dell'intersezione di una super-ficie di discontinuità con la superficie dellasezione di esposizione (naturale o artificiale)(Fig. 32 "a").

b) Estensione bidimensionale o piana e rela-tivo indice.

Corrisponde all'area della superficie espo-sta della discontinuità geologica, determinatautilizzando le misure di due lati della stessatra loro ortogonali.

L'indice di estensione bidimensionale è datodal rapporto tra l'area complessiva occupata dauna discontinuità o da un determinato numero didiscontinuità complanari e l'area totale dellasezione intersecante il volume di riferimentonella quale dette discontinuità giacciono (Fig.32 "b","c","d").

Ak +Ak +Ak1 , 1 _ 1 , i \ , 1 , nIc2 =

e) Estensione tridimensionale e relativo in-dice (io).

Esprime l'area totale delle discontinuità diuno stesso sistema, che intersecano il volumeroccioso di riferimento.

L'indice di estensione tridimensionale si ottiene moltiplicando il valore dell'indice di e-stensione bidimensionale per la frequenza pro-pria del raggruppamento.

le, = le,, • S

© ®

FIG. 23 Profilografo (N. Rengers, 1971).

3-15

- Grado di separazionemasso roccioso.

strutturale dell'am-

Conoscendo l'indice di estensione bidimensionaie ed il valore della spaziatura di ogni si-stema di discontinuità presente nell'ammassoroccioso che si considera, è possibile determi-nare l'area totale separata da discontinuità(e reciprocamente il valore della porzionestrutturale integra) rapportata al volume del-l'ammasso di riferimento.

La procedura consente una significativa classificazione dell'ammasso roccioso nella quale,nella scala decrescente di qualità, da una pai:te si raggruppano litofacies a bassissima fre-quenza di strutture ed a modesto indice di con-tinuità (le ), dall'altra litofacies ad altis-sima frequenza di strutture ed ad elevato indi-ce di continuità (al limite inferiore corrispondenti ad ammassi granulari incoerenti).

La diagrammazione delle relazioni esistentitra spaziature (o frequenza), indice di conti-nuità ed area totale separata per unità di volume dell'ammasso roccioso, fornisce immediate dj5duzioni sulla dimensione delle resistenze di legame strutturale disponibili (resistenze di ma-trice lapidea) sulla natura e sulle caratteri-stiche delle resistenze globali dell'ammasso àisponiblli, sulla deformabilità potenziale, sul-la possibile entità dei vuoti, sulla circolazio

ne e ritenzione d'acqua, ecc.

Alcune osservazioni si rendono a questopunto necessarie relativamente ad "altri indicidi qualità" dell'ammasso roccioso che vengonoattualmente utilizzati nelle classificazionicorrenti.

Il recupero di campioni rocciosi nel corsodelle terebrazioni geognostiche ha suggerito aDeere (1964) la determinazione del recupero peircentuale di carotaggio determinando la lunghez-za totale dei singoli spezzoni di carota aventilunghezza superiore a 1 O cm in rapporto con lalunghezza totale perforata: indice R.Q.D. %.

L'utilizzo di questo indice, sopratutto conriferimento ad estrapolazioni fondamentali ' intermini classificativi da applicare all'ammassoroccioso, deve essere fatto con molta cautela,non solo perché esso non è collegabile con unarealistica valutazione delle caratteristichedelle discontinuità in relazione alla loro di-stribuzione e continuità spaziale in sito, maperché il grado di suddivisione ricavabile dalcarotaggio è, nella maggior parte dei casi, di-pendente dal metodo di perforazione e di recupero, dalla direzione di sondaggio, dalla naturalitica dei materiali, dallo stato tensionale o-riginario, dai processi di detensione successi-vi all'enucleazione del materiale, dalla perdi-_ta in umidità, ecc.

FIG. 24 Rilievo della scabrezza con il metodo della piastra e descrizionegeometrica delle asperità (N. Rengers, 1971).

3-16

L'utilizzabilità di un tale indice,pertanto,deve essere attentamente valutata con riferimento a precise analisi geologiche e ai dati strutturali rilevati in sito.

Le stesse osservazioni possono essere esteseall'indice di separazione (If) che prevede ladeterminazione del numero di discontinuità com-prese in una lunghezza unitaria di carotaggio.

L'indice di resistenza (Is) proposto nel 1970da Frankin viene derivato da una prova meccani-ca di punzonamento (point load) eseguita suspezzoni di carota mediante coni esercitantiuna compressione diametrale.

L'indice può essere correlato con il valoredella resistenza a compressione monoassiale de^la "roccia". La sua validità è positiva nelladeterminazione delle caratteristiche meccanichedella matrice lapidea. Non è significativa invece per valutazioni legate ali'"ammasso roccio-so", se non nei termini già sottolineati in precedenza trattando della distinzione tra "roc-

l<

PROF1LI 01 S C A B R E Z Z A TIPICI J R C

FIG. 25 Classificazione dei profili discabrezza secondo Barton .

eia" e "ammasso roccioso".

L'indice di velocità infine (Iv) è definitodal quadrato del rapporto tra le velocità dipropagazione delle onde elastiche longitudinalideterminate, rispettivamente, in sito (Vs) edin laboratorio (VI).

Questo indice consente significative valuta-zioni sul grado di discontinuità litologico e

T —••L_sZ-4--.-_"..iV 1 = 0 tg ip,n.= 0.tg (ipiu«».»i)

FIG. 26 Condizioni di scivolamento e taglio in corrispondenza di stru^tture "indentate" (N. Rer.gers,1971).

FIG. 27 Relazioni tra "asperità" ezioni di scivolamento nel movi-mento relativo dei labbri di unadiscontinuità (N. Rengers, 1971).

strutturale dell'ammasso da correlare con l'in-sieme dei parametri strutturali acquisiti in sito.

- Rilevamento e rappresentazione dei datistrutturali^

Gli elementi strutturali da rilevare in sito(affioramenti naturali; esposizioni in superfi-cie o in sotterraneo) vanno raccolti preferen-zialmente con criterio statistico nella succes-sione indicata in Fig. 37.

3-17

I parametri attribuiti ad ogni struttura (oassociazione di strutture) andranno mediati conriferimento a ciascun singolo raggruppamentostrutturale, nell'ambito di ogni singola zonadi omogeneità.

L'ambito di distribuzione giaciturale delsingolo raggruppamento di discontinuità vienedeterminato utilizzando i diagrammi polari.

I dati strutturali vengono trasferiti utiliz^zando opportune simbologie in planimetrie e se-zioni dell'ammasso roccioso, nel cui ambito, concriteri geologici, verranno operate nella misu-ra possibile le necessarie interpolazieni ed e-strapolazioni.

Con riferimento alle finalità tecniche dellostudio, i dati strutturali dovranno consenti-re la definizione di un modello strutturale (invaria misura semplificato) della situazione reale da intendersi ed utilizzarsi quale modellodi riferimento per ogni successiva valutazioneprogettuale ed analisi ingegneristica (Fig. 37-38-39-40).

6. CARATTERISTICHE MECCANICHE DELL'AMMAS-SO ROCCIOSO.

Richiamando quanto specificato all'inizio,va osservato che la parametrizzazione delle ca-ratteristiche meccaniche dell'"ammasso roccio-so" deve essere eseguita "in sito" attraversoprove tecnologiche che restituiscano, nella mi-sura più aderente alla realtà, il comportamen-

to dell'insieme costituito dalla matrice lapi-dea ("roccia") e dal reticolo strutturale (Fig.41).

Per questo motivo le prove in sito devono ej>sere eseguite su volumi rocciosi sufficientemente rappresentativi delle caratteristiche lito-strutturali dell'ammasso roccioso di riferimen-to geomeccanico nel problema tecnico in esame.

Non sempre questa condizione è sufficiente-mente raggiunta: tale circostanza, nello studiodel problema geomeccanico, genera spesso diffi-coltà ed incertezze nell'attribuzione all'animasiso dei parametri medi caratteristici di deformazione e di resistenza. Scelta tipologica, dimensionamento e procedure delle prove in sito sonostrettamente guidati dalle indicazioni fornitedallo studio di caratterizzazione geologica egeostrutturale dell'ammasso, che quindi deveprecedere 1'esperimentazione in sito.

6.1 Caratteristiche di deformabilità.

La deformabilità dell'ammasso roccioso dipende da vari fattori quali:

- il tempo di applicazione della sollecita-zione;

- le caratteristiche della matrice lapidea;- le caratteristiche del reticolo struttura

le;- la deformabilltà dei volumi rocciosi unit£

ri.

La determinazione delle caratteristiche dideformabilità richiede l'applicazione di un ca-rico ad una superficie rocciosa e la misurazio-

FIG. 28 Condizioni variabili di apertura delle discontinuità geologichein un affioramento naturale.

3-18

ne delle deformazioni.Sia l'applicazione del carico, sia la rileva

zione delle deformazioni possono essere esegui-te secondo schemi variabili: sull'argomento esiste una vasta bibliografia, che affronta i pro-blemi teorici ed applicativi della sperimenta-zione.

Ci limiteremo a ricordare i procedimenti piùusati :

- prova di carico su piastra flessibile, fat

AMPIEZZA DELLE ASPERITÀ

SPESSORE DEL RIEMPIMENTO

valore mad'O •

formazioni all'estradosso di una galleria a se-zione circolare soggetta ad un carico uniforme-mente distribuito (Fig. 44).

- Pressa radiale ad anello.

Le finalità della prova sono simili a quelledella camera idraulica.

Lo schema consente l'applicazione del caricosull'intera circonferenza del cunicolo di provae la contemporanea lettura della deformazionesecondo direzioni radiali.

La prova consente il rilevamento di condizioni di anisotropia deformativa correlablli allevariazioni litostrutturali e fisico-meccanichedell'ammasso (Fig. 45).

- Prove con martinetto piatto in parete.

Oltre che la misura delle caratteristiche dideformabilità, questa prova consente di determinare lo stato di sollecitazione superficiale e-sistente nell'ammasso roccioso.

Il procedimento si basi sulla misurazione delrilascio delle tensioni preesistenti nell'aroma^so, causato dall'esecuzione di un taglio in di-rezione normale alla parete ed alla quantifica-zione dello sforzo necessario per il recuperodella deformazione indotta dalla decompressione.

- Prove con dilatometro.

Vengono eseguite all'interno di fori di son-daggio mediante sonde dilatometriche.

Esse interessano un volume di roccia moltomodesto spesso non rappresentativo delle carat-teristiche litostrutturali significative dell'aramasso e possono fornire pertanto valori di modulo inferiori a quelli effettivi della massa rocciosa.

Le prove elencate consentono di pervenire a

FIG. 29 Influenza-del rapporto fra lospessore del riempimento e 1'ampiezza delle asperità sulle ca-ratteristiche di resistenza al-lo scorrimento (da P.P. Rossi,1986) .

ta in cunicolo o in superficie, con rilevazionedelle deformazioni eseguita nei vari cicli disollecitazione sia al contorno, sia all'internodell'ammasso roccioso {Fig. 42-43).

Questa prova può anche prevedere una prolun-gata applicazione del carico per indagare le caratteristiche deformative in funzione del tempo.

- Camera idraulica.

P«50 diDispersione media lMPa) volume.,-,-.

Questa prova consente la determinazionedelle caratteristiche di deformazione su volumidi roccia di grandi dimensioni.

Il procedimento consente la misura delle de-

Indice di Schmidt (martello L)

FIG. 30 Ved. testo (da P.P. Rossi, 1986).

3-19

curve tensione-deformazione dalle quali possonoessere determinati i seguenti moduli:

Et; Es moduli di elasticità tingente e secante;

EÌ modulo iniziale;E<3 modulo secante definito nel primo ci-

clo di carico;Ee modulo di ricarico;E modulo elastico allo scarico.

- Metodi dinamici.

L'utilizzo dei metodi sonici e sismici basa-ti sull'utilizzo delle caratteristiche di propagazione delle onde elastiche, consentono ulte-riormente di rilevare le caratteristiche di de-formabilità dell'ammasso roccioso.

Ci si limita a ricordare:

- metodo sismico a rifrazione (Fig. 46);- misure sismiche su percorsi diretti (down

hole; cross noie; up noie);- carotaggi sonici (Fig. 47).

6.2 Caratteristiche di resistenza.

Le prove di resistenza eseguibili sui campio

FIG. 31 Determinazione del valore dellaspaziatura.

ni rocciosi possono essere in certa misura ap-plicate alle condizioni in sito,naturalmente aduna scala superiore rappresentativa, nei limitidiscussi, dell'ammasso.

- Determinazione della resistenza a compres-sione.

La prova si esegue su prismi rocciosi appo-sitamente isolati in sito (Fig. 48), ai qualiil ricarico viene applicato mediante martinet-

ti (martinetti idraulici o piatti). Viene determinata di norma la resistenza di picco e quellaresidua.

- Determinazione della resistenza al taglio.

La resistenza al taglio viene determinata u-sualmente in corrispondenza di superfici di di-scontinuità geologica.

Si usano blocchi di roccia convenientementeisolati, contenenti la discontinuità in esame ocomunque il previsto piano di taglio. Gli sche-mi piO usuali della prova sono illustrati nelleFig. 49 e 50.

Anche in questo caso si punta alla determinazione delle resistenze di picco e residue ricorrendo preferibilmente a più prove eseguite sublocchi simili, o ad una prova nella quale Vie-ne incrementata la sollecitazione normale.

7. L'ACQUA E LA MASSA ROCCIOSA.

Il concetto di "permeabilità" o di impermea-bilità di una massa rocciosa è in generale al-quanto differente dal concetto di permeabilitàche si applica ai suoli.

Riferendoci all'ammasso roccioso, si applicail concetto di "transitabilità d'acqua", ("Was-serwegigkeit").

In altre parole, ci si riferirà alle possibilità, imposte all'acqua dalle condizioni strut-turali della massa rocciosa, di circolare o distabilirsi, in base a determinate modalità e secondo un particolare assetto, e quindi esercitare la sua influenza sul comportamento meccanicoglobale della massa rocciosa stessa (Fig. 51).

La "transitabilità dell'acqua", cioè la pos-sibilità offerta all'acqua di penetrare nella

a)

b) e)

discontinuità geologica "K..

b) Ic=l e) O

FIG. 32 Ved. testo .

3-20

massa rocciosa, di stabilirvisi e di muoversinel suo interno, si collega alle oramai più voi.te ricordate ed illustrate condizioni di separazione e di discontinuità, che caratterizzano la"massa rocciosa".

Poiché ogni sistema di separazione si di-stribuisce con differenti caratteristiche, quin .di con una netta anisotropia morfologica, al-l'interno di una massa rocciosa si determinanoin essa condizioni di permeabilità orientata tridimensionalmente.

Nel massiccio roccioso l'acqua può trovarsi:

1} sotto forma di acqua interstiziale, chein differente grado percentuale satura i poridel materiale roccioso;

2) sotto forma di acqua di riempimento delreticolo di discontinuità, entro il quale essaristagna o si muove nella misura consentita daJLle caratteristiche di quest'ultimo;

3) sotto forma di acqua interstiziale che,in differente grado percentuale, satura i poridei materiali di riempimento o di interstratopresenti spesso nelle discontinuità, o fra igiunti di stratificazione della massa rocciosa.

Tra i parametri idrologici più importanti sipossono ricordare:

a) le quantità, o meglio, i volumi che entrano nel problema;

b) le caratteristiche delle "vie di percola-zione" (vale a dire il loro assetto geometricotridimensionale, la continuità, l'apertura me-dia, il riempimento, le proprietà morfologichedei piani, ecc.);

e) la.velocità di movimento;

d) la pressione;

e) il chimismo.

FIG. 33 Strutture di separazione subverticali e suborizzontali adelevato indice di continuità (IC2=1/0).

3-21

Lo studio dell'influenza dell'acqua stagnan-te o in movimento sulla risposta geomeccanicaglobale o locale dell'ammasso si collega quindiad una accurata descrizione litostrutturale neitermini fino ad ora descritti e deve impostarsisulla base di precisi fondamenti teorici rigua£danti le condizioni di flusso nelle discontinui^tà.

La determinazione della permeabilità in sitorichiede perciò una scelta delle procedure,chetenga accuratamente conto delle condizioni locali.

La "prova di permeabilità", che risulta spes^so di esecuzione ed interpretazione complessa,può essere eseguita utilizzando gli schemi illustrati in Fig. 52 all'interno di idonei fori disondaggio.

FIG. 34 Strutture di separazione geolo-gica dispontinue, prevalentemente a modesto indice di continu^tà .

- .?* .--•

/Sr*"- :'

.'' ), r___. ': :'.1r%fe 'i'hi-V ' I/:.;'••'.''?'• -;i

''~'• •:-'¥'

FIG. 35 Ved. Fig. 34.

CO

eC

•C

• 0

E ~— e"V "O

CJ£

_J

Eo

_ aS! -3 wr o3 ~k 04. C

* D

C_*:

_i

o

a>

_0

• o o

are

a

ds

tr u

ttu

rg

eo

log

ieo

C C•* . o>

_l _;

o

o

^^M

O7; ouCa

_j

Eo

C0)

-J

Ey

^

•

o e

i '• • °r» •- •?E *• »• Q.-3 >- «.— o o 0 — o c•o *• o. « a. a —

h'SA,e e

J< + 01

_I -1

Eo

L2NPH

C Cj<! + a

_i _i

EU

(N CO

ak3

eMaa•

(/)

"

aM

e3

«rek«•-

LL.

*\e

*T

§ -

e 221•° v

• s< I-°F>*- •• -o3>

(n

£!

i,

/:•'. / / 1 /#/ ' t i*// ///;

^// * / /U"Ufj.vy/; ! / /.#/-',

i;/

---A-

--o

'èC

O)oEo

•o

a

M

CM

a

•

«

o

jj

•k

ia.

Peb3

co

giaci tura

eCoM

•k

0

Ce•oC

a.

v

e lai sif icazionedelle

C

M

_

£

5

Jfc

1-

w

strutture

diyr<ok3*•

-J

2

C

Bk

34»3«•*

È

eCoN

_o

o«»o

-Js

eC0M0

0M

0

ta

E

a»«»-

u.B

m

proprietà geometrichemo rf ologi che

delle struttura

in generale

ek0

eDIek

a«-03

C0

03C•»gOV

••o

in dettaglio

0

w•_

0-o">3

0«•0

Ce

C

(D

O

Ce

"aEe

•o

e0

e«-aE

r-

k3

4-

eaa

E

. o

•Otu

3-23

FIG. 38 V&d. testo. FIG. 40 Ved. testo.

FIG. 39 Ved. testo. FIG. 41 Confronto tra le curve sforzo-deformazione ottenute in labo-ratorio sulla roccia intattaed in sltu sull'ammasso roccioso (da G. Barla, 1983).

3-24

FIG. 42 Prova su piastra (ISMES, 1973). FIG. 43 Prove su piastra (Oberti et al.1986).

BOREHOLE EXTENSOMETER

-\HUBBER INFLATABLE RING ROLLER

A-A B-B

FIG. 44 Camera idraulica (Oberti et al.,1986)

3-25

FIG. 45 Pressa radiale ad anello (Interfels).

FIG. 46 Misure sismiche in galleria.(ISMES, 1973)

FIG. 47 Misure di carotaggio sonico(ISMES, 1973).

3-26

FIG. 48 Schema della prova di compres-sione monoassiale (da P.P. Ros

si).

FIG. 49 Schema della prova di taglio

(da P.P. Rossi).

FIAT JACK PORNORMAL LOAD

TMPa

JACK PORSHEAR LOAD I

•\ TENDONS FORNOHMAL LOAO

V-

62

FIG. 51 Influenza della pressione idri-ca sulle condizioni di equili-brio di un aTiunasso roccioso in-tersecato da discontinuità diordine maggiore (L. Mailer , 1 963).

a)

!

ds

PEAK STRENGTH

RESIDUAL STRENGTH

O 1 2 3 . 4 5 6 MPa

FIG. 50 Prova di taglio in sito.

\

\

FIG. 52 Prova di permeabilità

in foro di sondaggio:a) prova a fondo foro;b) prova con doppio

packer .

BIBLIOGRAFIA.

BARLA G. (1983). Meccanica delle rocce teo-ria e applicazione. Parte seconda.Politecnico di Torino.

BARLA G. - ROSSI P.P. (1983). Stress Measure-ments in linings. International Symposium of field Measurements in Geomechanics. Zurich, 5-8 september.

BROILI L. (1974). 11° Corso sulla Meccanicadelle Rocce. Consigliodelle Ricerche. Padova.

Nazionale

BROILI L. (1987). Corso sulla Meccanica del-le Rocce. Benevento.

FAIELLA D. - MANFREDINI G. - ROSSI P.P. (1983).(ISMES) . In situ fiat jack tests.ia-nalysis of results and criticai as-sesment. International Symposium Reconaissance des sols et des rochespar essais en piace. Paris.

FRASSONI A. - ROSSI P.P. (1986). Prove in si-to. Lo stato dell'arte. Nuovi svi-luppi applicativi. Primo ciclo diconferenze di Meccanica e Ingegne-ria delle Rocce. Politecnico di To-rino. Torino, 25-28 novembre.

JAEGER J.C. - COOK N.G.W. (1971). Fundamen-tals of Rock Mechanics. Science Pa-per backs.

LEMBO-FAZIO A. - RIBACCHI R. (1985). Descri-zione geotecnica e classifica dellerocce e degli ammassi rocciosi.

MULLER L. (1933). Untersuchungen iiber stati-stische Kluftmessung. Geologie undBauwesen, Jg. 5, Heft 4.

MULLER L. (1963). Per Felsbau. Erster Band:Theoretischer Teil Felsbau tiber Tag1 Teil. Ferdinand Enke Verlag. Stu_ttgart.

MULLER L. (1974). Festschrift Leopold MiillerSalzburg zum 65. Geburtstag. Karls-ruhe.

MULLER L. (1974). Rock Mechanics. International Centre for Mechanical Sciences.

SUMMARY.

3-27

OBERTI G. - BAVEST^ELLO F. - ROSSI P.P.- FLAMIGLI F. (1986). Rock Mechanics In-vestigation, Design and Constructionof thè Ridracoli dam. Rock Mecha-nics and Rock Engineering XIX,july-september.

3,

RENGERS N. (1971). Unebenheit und Reibungs-widerstand von Gesteinstrennflachen.Veroffentlichungen des Institutesfiir Bodenmechanik und Felsmechanikder UniversitSt Fridericiana inKarlsruhe.

ROSSI P.P. (1986). Le indagini sperimentaliper la caratterizzazione degli am-massi rocciosi. Geologia tecnica n.2: aprile/giugno.

ROSSI P.P. (1986). Le indagini sperimentaliper la caratterizzazione degli am-massi rocciosi. Geologia tecnica n.4: ottobre/ dicembre.

SANDER B. (1948). Einfuhrung in die Gefuge-kunde der geologischen Korper,Springer, Wien.

SCHEIDEGGER A.E. (1978-79). The enigma ofjointing. Rivista Italiana di GSofisica. Voi. V.

The geomechanical study of rock masses and thè elaboration of projects in rock engineering requi^re an accurate and detailed knowledge of qualitative and quantitative parameters which characterizetheir geological and mechanical properties.

This paper, deals initially with thè generai principles which govern rock masses behaviour, andwith thè most significant steps of thè geological, structural and geomechanical qualitative and quantitative description, considering both thè rock defined as "rock material", and thè "rock mass" tobe assumed like a discontinuous and anysitropic medium.