Classificazioni geomeccaniche — panoramica e parametri comuni¶
Nella progettazione geotecnica in roccia — sia per la stabilità di un versante sia per un'opera in sotterraneo — raramente si dispone di informazioni dettagliate sulle caratteristiche di resistenza e deformabilità dell'ammasso. Le classificazioni geomeccaniche sono metodi empirici che, a partire dal rilievo geostrutturale, restituiscono un indice di qualità dell'ammasso e i parametri caratteristici (coesione, angolo d'attrito, modulo di deformazione) necessari al calcolo.
Rock Mechanics NX implementa sei classificazioni, tutte alimentate dallo stesso rilievo di discontinuità (vedi Workflow):
| Classificazione | Indice | Campo d'applicazione tipico | Pagina |
|---|---|---|---|
| Barton (1974, rev. 2002) | Q | Opere in sotterraneo, caratterizzazione generale | Barton |
| Bieniawski (1976) + Romana (1985) | RMR · SMR | Gallerie, fondazioni, versanti (SMR) | Bieniawski & Romana |
| Jašarević & Kovačević (1996) | n → RMR | Ammassi carbonatici | Jašarević |
| Sen & Sadagah (2003) | RMR continuo | Versione semplificata di RMR | Sen |
| Robertson (1988) | SRMR | Solo versanti in roccia tenera (RMR < 40) | Robertson |
| Singh & Göel (1999) | N → RMR · Q | Gallerie | Singh & Goel |
Molti metodi condividono gli stessi parametri di input. Per evitare ripetizioni, le definizioni e le tabelle comuni sono raccolte qui: le pagine dei singoli metodi vi rimandano.
Resistenza a compressione uniassiale Su¶
Il parametro A1 di tutti i metodi derivati da RMR si ricava dalla resistenza a compressione uniassiale \(S_u\) della roccia intatta. La si può determinare in tre modi.
Prova Point Load Test¶
Portatile e di campo, fornisce l'indice di carico puntuale \(I_s\), correlato a \(S_u\) dalla:
L'ISRM consiglia \(K = 24\), ma nella pratica il valore è largamente variabile. Palmström suggerisce di legare \(K\) a \(I_s\):
| \(I_s\) (MPa) | K |
|---|---|
| < 3,5 | 14 |
| 3,5 – 6,0 | 16 |
| 6,0 – 10 | 20 |
| > 10 | 25 |
Prova sclerometrica (martello di Schmidt)¶
Prova non distruttiva che misura la durezza di rimbalzo della roccia. Dall'indice di rimbalzo \(R\) si ricava \(S_u\) con la relazione di Irfan e Dearman (1978):
Standard ISRM (stima speditiva)¶
In fase preliminare, in assenza di prove, \(S_u\) si stima dalla risposta della roccia alla percussione col martello da geologo:
| Risposta della roccia | \(S_u\) |
|---|---|
| Si incide con l'unghia o si sbriciola con le mani | 0,25 – 1 MPa |
| Si sbriciola sotto i colpi della punta; lastre sottili si rompono a mano | 1 – 5 MPa |
| La punta lascia deboli buchi; lastre sottili si rompono con forti pressioni | 5 – 25 MPa |
| La roccia si frattura con un colpo | 25 – 50 MPa |
| Si frattura dopo due-tre colpi | 50 – 100 MPa |
| Si scheggia solamente | > 200 MPa |
Quale metodo usare
Se disponi di prove Point Load o sclerometriche, conviene ricavare A1 dalle equazioni dei grafici di Bieniawski (riportate nella pagina di ciascun metodo) anziché dalle tabelle a gradini: il risultato è continuo e meno soggettivo.
RQD — Rock Quality Designation¶
Il Rock Quality Designation misura il grado di fratturazione dell'ammasso. Da sondaggio si calcola come percentuale di recupero riferita agli spezzoni di carota di lunghezza \(\geq 100\) mm:
dove \(L_c\) è la somma delle lunghezze degli spezzoni di carota > 100 mm e \(L_t\) la lunghezza totale del tratto misurato.
In mancanza di carote di sondaggio, RQD si ricava dal rilievo delle discontinuità con la relazione di Palmström (1982):
dove \(J_v\) è il numero di giunti per metro cubo di roccia (volumetric joint count).
In forma alternativa, dalla formula di Priest e Hudson (1981):
con \(\lambda\) numero medio di giunti per metro lineare.
Valore minimo
Nelle classificazioni di Barton e Singh & Goel, se \(RQD < 10\) si assume comunque \(RQD = 10\).
Spaziatura delle discontinuità¶
La spaziatura media \(s\) è la distanza media fra due discontinuità adiacenti della stessa famiglia. Determina il parametro A3 di RMR (con equazioni specifiche per metodo) ed entra nelle tabelle di Robertson e Jašarević.
Parametri della classificazione di Barton (Q)¶
I quattro parametri che seguono (\(J_n\), \(J_r\), \(J_a\), \(J_w\)) e il fattore SRF sono comuni a Barton, Singh & Goel e, in forma derivata, alla utility Crollo per evento sismico. Le pagine relative rimandano alle tabelle qui sotto.
Parametro J~n~ (Joint Set Number)¶
Dipende dal numero di famiglie di giunti presenti nell'ammasso.
| Definizione | \(J_n\) |
|---|---|
| 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 |
Gallerie
In zona di imbocco \(J_n\) va raddoppiato; in una zona di intersezione di due gallerie va triplicato.
Parametro J~r~ (Joint Roughness Number)¶
Dipende dalla rugosità della famiglia più sfavorevole.
| Definizione | \(J_r\) |
|---|---|
| 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 | 1,0 |
| Giunti levigati, piani | 0,5 |
| Zone mineralizzate con minerali argillosi a riempire la discontinuità | 1,0 |
| Zone mineralizzate con sabbia, ghiaia, zone disgregate | 1,0 |
La descrizione si riferisce alle caratteristiche a piccola e media scala. Se la spaziatura media della famiglia principale supera 3 m, aumentare \(J_r\) di 1. Per giunti piani e levigati con strie orientate nella direzione più sfavorevole, usare 0,5.
Parametro J~a~ (Joint Alteration Number)¶
Dipende dal grado di alterazione delle fratture, dallo spessore e dalla natura del riempimento, determinato sulla famiglia più sfavorevole.
Giunti sostanzialmente chiusi (apertura 1–3 mm) con pareti a contatto:
| Definizione | \(J_a\) |
|---|---|
| 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 a bassa resistenza attritiva (argille, miche, talco, grafite, clorite, gesso) | 4 |
Giunti mediamente aperti (< 5 mm), riempimento che mantiene il contatto fra le pareti in caso di scorrimento:
| Definizione | \(J_a\) |
|---|---|
| Riempimento sabbioso | 4 |
| Riempimento argilloso non plastico, molto sovraconsolidato | 6 |
| Riempimento argilloso plastico, mediamente sovraconsolidato | 8 |
| Riempimento argilloso rigonfiante | 8 – 12 * |
Giunti aperti (> 5 mm), nessun contatto fra le pareti in caso di scorrimento:
| Definizione | \(J_a\) |
|---|---|
| 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 dipende dalla percentuale della frazione argillosa rigonfiante e dalla possibilità che venga a contatto con l'acqua.
Parametro J~w~ (Joint Water Number)¶
Dipende dalle condizioni idrogeologiche.
| Definizione | \(J_w\) |
|---|---|
| Acqua assente o scarsa, localmente < 5 l/min | 1 |
| Afflusso medio con occasionale dilavamento del riempimento | 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 | 0,33 |
| Venute eccezionalmente forti subito dopo l'avanzamento, a diminuire nel tempo | 0,2 – 0,1 |
| Venute eccezionalmente forti subito dopo l'avanzamento, costanti nel tempo | 0,1 – 0,05 |
Negli ultimi quattro casi, con sistemi di drenaggio efficaci \(J_w\) va riportato a 1 o 0,66. Per una caratterizzazione lontana dall'influenza dello scavo, con \(RQD/J_n\) sufficientemente basso (0,5 – 25), si possono assumere i valori di \(J_w\) (1,0 – 0,66 – 0,5 – 0,33) in funzione delle altezze di ricoprimento (0–5; 5–25; 25–250; > 250 m).
Fattore SRF (Stress Reduction Factor)¶
Funzione dello stato tensionale in rocce massive o del disturbo tettonico. Si veda la tabella completa nella pagina Barton, che ne distingue i quattro contesti (zone di debolezza, ammasso competente, ammasso spingente, ammasso rigonfiante).
Confronto fra le classificazioni¶
- Barton (Q) e Singh & Goel (N) muovono dagli stessi indici di giunto; N è Q privato dell'effetto tensionale (SRF = 1).
- Bieniawski (RMR) è il riferimento da cui derivano Romana (SMR), Jašarević (n) e Sen, legati da correlazioni empiriche del tipo \(RMR = f(\text{indice})\).
- Romana (SMR) e Robertson (SRMR) sono pensati per i versanti: il primo aggiunge a RMR fattori di orientamento fronte/giunto, il secondo è una scala dedicata a rocce tenere.
Per i legami fra Q e RMR la relazione di Bieniawski più usata è:
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