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Meccanica delle rocce eMeccanica delle rocce eMeccanica delle rocce eMeccanica delle rocce edegli ammassi rocciosidegli ammassi rocciosidegli ammassi rocciosidegli ammassi rocciosi
Riccardo BERARDIDipartimento di Ingegneria delle Costruzioni, dellAmbientee del Territorio - Universit di Genova([email protected])

Meccanica delle rocce e degli ammassi rocciosi - R.Berardi 2
un uomo che costruendo una casa ha scavato molto profondo e
ha posto le fondamenta sulla roccia, venuta la piena il fiume
irruppe contro quella casa ma non riusc a smuoverla perch era
costruita bene
(Luca 6, 48-49)

Frane in roccia

Instabilit in scaviprofondi /superficiali

La La La La rocciarocciarocciaroccia come come come come materialematerialematerialemateriale dellingegneriadellingegneriadellingegneriadellingegneria
Come le terre ed il legno le rocce sono materiali naturali,estremamente pi antiche rispetto ad altri materiali; nei milionidi anni esse hanno sperimentato significative modificazionimeccaniche, termiche e chimiche.
Come conseguenza, la roccia si presenta come materialeusualmente molto variabile, nella sua struttura e nelle suepropriet e, quindi, nella sua risposta.
Tale risposta sar influenzata, inoltre, dal tipo di applicazioneingegneristica: una struttura potr essere costruita CONroccia, SULLA roccia, NELLA roccia. Spesso la roccia vieneeliminata per la realizzazione di scavi e sbancamenti, conconseguente necessit di valutazione di condizioni di stabilit edi spostamenti.

In ogni caso il materiale in esame naturale: quali ingegneriimpegnati nello studio del comportamento meccanico di talemateriale, in relazione allopera ingegneristica, dovremmovalutare:le propriet di questo materialelo stato tensionale esistente (che si va a disturbare)le modifiche apportatele conseguenze di tutto ci
La conoscenza degli aspetti geologici (litologia, struttura,stratificazioni, faglie, tettonica, regime idrogeologico, ecc..) diprimaria importanza e di grande aiuto per lattivitingegneristica.
Nel seguito alcuni di questi aspetti verranno approfonditinellottica di delineare i principi fondamentali.

Lopera ingegneristicasar inoltrefortemente influenzata dalla suaposizione (SULLA-NELLA roccia):generalmente le fratture governano lastabilit delle strutture superficiali mentregli stati tensionali naturali governano ilcomportamento delle strutture profonde.P.es:
Dighe > deformabilit e permeabilit sedimedi fondazione (dovute a natura ed assettofratture nella roccia.
Pendii, scavi e calotta gallerie superfic. >stabilit
Gallerie in rocce tenere e gallerie profonde >alterazione stato tensioni in sito

LinfluenzaLinfluenzaLinfluenzaLinfluenza didididi fattorifattorifattorifattori geologicigeologicigeologicigeologici sullasullasullasullameccanicameccanicameccanicameccanica delledelledelledelle roccerocceroccerocce e e e e deglideglideglidegli ammassiammassiammassiammassi
rocciosirocciosirocciosirocciosi
Nel contesto di problemi meccanici, si devono considerare ilmateriale in esame e le forze ad esso applicate.
Vengono presi in esame 5 fattori geologici :
1. La matrice lapidea ( o roccia intatta)2. Le discontinuit
3. Le tensioni in sito esistenti4. La circolazione idrica
5. Il fattore tempo

La La La La matricematricematricematrice lapidealapidealapidealapidea
Da un punto di vista ingegneristico si intende matrice lapidea(roccia intatta ) la roccia che non contiene fratture significative.
Tuttavia, a scala microscopica, la matrice costituita da granie la microstruttura governata dai processi che ne hannoportato alla formazione . Eventi geologici successivi possonoaver alterato le caratteristiche meccaniche della roccia, coscome la sua suscettivit allalterazione ed alla infiltrazione diacqua.
Un efficace modo per visualizzare la risposta, ad azionemeccanica esterna, della matrice lapidea intatta, analizzare una curva tensione -deformazione in prova dicompressione monoassiale.

Modulo di deformabilit E
Resistenza a compressione c
Comportamento post-picco

La forma della curva tensione deformazione dettata dalla microstruttura:
E; c; duttilit/fragilit ne sono la prova. Esempi:
basalto calcare chalk (calc. friabile) salgemma
resistenza, rigidezza duttilit

DiscontinuitDiscontinuitDiscontinuitDiscontinuit e e e e StrutturaStrutturaStrutturaStrutturaSe la roccia avesse un comportamento elastico, non si verificherebbero
problemi di stabilit, potendo sostenere qualunque livello tensionale.Sperimentalmente si osserva che la roccia raggiunge condizioni limiti eha caratteristiche post-picco.
La conseguenza di ci duplice:attraverso processi naturali la roccia in sito pu essere stata soggetta afenomeni di rottura, con la formazione di faglie e giunti;faglie e giunti possono costituire il punto debole della roccia.
Il risultato di questi fenomeni di fratturazione la formazione di unastruttura geometrica (spesso complessa) costituita da matrice lapidea efratture

In analisi ingegneristiche basate sulla meccanica, usuale ecomodo riferirsi alla meccanica del continuo, anche quando leevidenze dicono che il mezzo tutto meno che continuo (p.es.terreni).
Le formazioni geologiche quali faglie, giunti, piani di scistosit,ecc. prendono quindi operativamente il nome di
DISCONTINUITA
Tali discontinuit hanno
forme - dimensioni - orientazioni
resistenze - rigidezze
e quindi caratteristiche geometriche e meccaniche chegeneralmente governano il comportamento dinsieme.
La configurazione delle discontinuit pu essere definitaSTRUTTURA

MatriceMatriceMatriceMatrice lapidealapidealapidealapidea + + + + strutturastrutturastrutturastruttura ( ( ( (discontinuitdiscontinuitdiscontinuitdiscontinuit)))) = = = =
AMMASSO ROCCIOSOAMMASSO ROCCIOSOAMMASSO ROCCIOSOAMMASSO ROCCIOSO
In sintesi:

LA MATRICE LAPIDEALA MATRICE LAPIDEALA MATRICE LAPIDEALA MATRICE LAPIDEA
Lidentificazione e la classificazione della roccia che costituisce la matrice lapideaavviene sulla base delle osservazioni e dei risultati delle prove di laboratorio condottesu campioni di roccia enucleati dallammasso roccioso.
Dal punto di vista della loro genesi le rocce sono suddivise in tre grandicategorie: ignee, sedimentarie e metamorfiche.

Dal punto di vista geologico la descrizione della roccia condotta sullabase di considerazioni mineralogiche e petrografiche che coinvolgonoparametri quali la composizione chimica e mineralogica, il grado dialterazione, la struttura cristallina, la dimensione e la forma dei cristalli, lamicrostruttura e la granulometria.
Dal punto di vista ingegneristico la descrizione pi significativa quellabasata sui valori che le seguenti propriet meccaniche della rocciaassumono: la resistenza a compressione monoassiale ed il modulo dielasticit, la resistenza a trazione monoassiale, la resistenza nei confrontidelle tensioni tangenziali (angolo dattrito e coesione) e la velocitultrasonica.

Nota: d1, d2, d3 indicano le superfici didiscontinuit strutturale.
Lintersezione dei sistemi di giunti definisce una struttura dellammassoroccioso costituita da elementi eterogenei, per dimensioni e geometria,delimitati da superfici di discontinuit geologica pi o meno continue.
Lestensione delle superfici didiscontinuit geologica e la distanzamedia che le separa nellambito di unostesso sistema guidanoallidentificazione del volume rocciosounitario.Questo si pu definire come il pipiccolo volume lapideo,macroscopicamente integro,geometricamente definito da superficidi discontinuit geologica.

Si possono individuare, per lammasso roccioso, le due seguenti strutture limitedue seguenti strutture limite::Se il volume roccioso unitario molto grande e i sistemi di giunti sono caratterizzatida modesta frequenza e continuit lammasso roccioso si pu assimilare ad unsistema sistema monocorpomonocorpo le cui caratteristiche meccaniche sono simili a quelle della rocciache ne costituisce la matrice lapidea.
Se il volume roccioso unitario hadimensioni molto piccole ed i sistemi digiunti che interessano la matrice lapideasono caratterizzati da alta frequenza econtinuit lammasso roccioso assumelidentit di un terreno granul

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