8) ANALISI DI STABILITA’ DEI FRONTI DI SCAVO DELLA CAVA
Il sistema di coltivazione adottato per la cava “Serramontone” prevede l'estrazione del calcare "a fossa", fino a quota media di 427,00-428,00m slm e poi fino a quota 418,00m slm con il metodo delle fette orizzontali discendenti, preceduta negli anni passati con l’esercizio vigente, da un ribasso plano-altimetrico della cava autorizzata dalla quota massima del terreno di 451,50m slm fino alla quota di attacco della stradella aziendale lungo il lato Sud e del gradone a quota media di 434,00-438,00m slm.
Fig. 20 –Planimetria progetto di ampliamento Stato di fatto della cava con le sezioni di verifiche
La cava nello stato di fatto si presenta con un ampio scavo a fossa, caratterizzato da un fronte, con alzata massima di 14,00-15,00m e angolo di scarpa media di circa 65°(Fronte Nord), e poi da fronti parziali minori con alzata massima del 1° gradone variabile di 13,00 (fronte Sud) a 11,00m (fronte Est e Ovest) e da 0,50 a 3,50 m del 2° gradone.
Nel fronte Ovest l’altezza massima e frazionata dalla presenza della pista di arroccamento con altezza da 7,00m dal limite di coltivazione fino a 4,00m dalla pista fino alla base della cava, mentre tutti gli altri fronti sono frazionati dalla presenza del gradone posto a quota 427,00-428,00m slm. I lavori attuali prevedono la coltivazione del calcare con progressivo approfondimento del piano di scavo fino alle quote previste con i programmi annuali. Pertanto la stabilità complessiva del sito è determinata dalle caratteristiche geotecniche dei materiali ivi affioranti e dalla geometria degli scavi in lavorazione.
La valutazione delle condizioni di stabilità dei versanti di cava sono state riferite ai fronti di scavo residuali e in lavorazione in direzione E-W e N-S.
Il calcolo è stato eseguito secondo quanto previsto dalla nuova normativa sismica (N.T.C.
2018) con lo scopo di accertare i cinematismi di collasso effettivi e potenziali.
8.1 Analisi di stabilità e teoria dei blocchi
L’analisi di stabilità di un fronte di scavo in roccia è basata sulla caratterizzazione dell’ammasso litoide inteso come un volume lapideo suddiviso in blocchi da superfici di discontinuità. A partire quindi dalla posizione e la giacitura delle discontinuità (direzione ed immersione) è possibile rappresentare l’ammasso roccioso in un insieme di blocchi indipendenti tra loro; individuando i blocchi soggetti a uno spostamento cinematicamente ammissibile. L’analisi di stabilità, considerando i movimenti di blocchi discreti senza tener conto delle forze che lo determinano, viene eseguita per uno o più delle tre seguenti modalità:
Scivolamento su un piano. Uno scivolamento di un blocco avviene solo quando questo poggia su un piano di discontinuità inclinato che viene a giorno lungo il pendio (franapoggio) e l’inclinazione del piano di scivolamento è maggiore dell’angolo di attrito dell’ammasso roccioso.
Scivolamento su un cuneo. Lo scivolamento di un cuneo avviene solo quando i piani di debolezza che lo determinano si intersecano delimitando una linea che viene a giorno sul pendio e l’inclinazione di questa è maggiore dell’angolo di attrito dell’ammasso roccioso.
Ribaltamento. Il cedimento per ribaltamento può avere luogo in rocce interessate da superfici di discontinuità planari e parallele tra loro: si ha quando i piani di debolezza sono fortemente inclinati, hanno direzione circa parallela a quella del versante e sono disposti a reggipoggio rispetto al pendio.
8.2 - procedimento di calcolo secondo le NTC 2018
Secondo le NTC, il livello di sicurezza di un versante è espresso, in generale, come rapporto tra resistenza al taglio disponibile, presa con il suo valore caratteristico e sforzo di taglio mobilitato lungo la superficie di scorrimento effettiva o potenziale.
La verifica, viene condotta agli stati limite ultimi e in condizioni statiche, tenendo conto dei prescritti coefficienti parziali di sicurezza per le azioni (γF), per i parametri geotecnici (γM # 1 per le condizioni statiche), e per le resistenze (γR) specifiche per i fronti di scavo (R2= 1,1).
In ogni caso occorre che sia sempre rispettata la condizione: Rd ≥ Ed
─ Rd resistenza al taglio disponibile lungo la superficie di scorrimento, valutata con parametri caratteristici
─ Ed sforzo di taglio mobilitato lungo la superficie di scorrimento, sotto l’azione dei carichi.
Il margine di sicurezza è inteso come rapporto Rd / Ed tra la resistenza e l’azione di progetto:
Fs = Rd/Ed ≥ 1
Per la verifica si utilizza:
-APPROCCIO 1 – Combinazione 2: (A2+M2+R2):
Tenendo conto dei valori dei coefficienti parziali calcolati, ai sensi delle NTC 2018.
Nella verifica in condizioni sismiche con metodo il pseudostatico l’azione sismica e rappresentata da un’azione statica equivalente, costante nello spazio e nel tempo, proporzionale al peso W del volume di terreno potenzialmente instabile. La verifica, viene condotta agli stati limite ultimi, tenendo conto dei prescritti coefficienti parziali di sicurezza per le azioni (γF), per i parametri geotecnici (γM = 1 – parametri caratteristici = parametri di progetto), e per le resistenze (γR) specifiche per i fronti di scavo (R2= 1,2).
La condizione di stato limite ultimo (SLU) viene riferita al cinematismo di collasso critico, caratterizzato dal più basso valore del coefficiente di sicurezza FS, definito come sopra.
Nelle verifiche allo stato limite ultimo (SLU dinamico ossia SLV) le componenti orizzontale e verticale dell’azione sismica si ricavano da:
Fh = Kh×W Fv = Kv×W
- Fh e Fv rispettivamente la componente orizzontale e verticale della forza d’inerzia applicata al baricentro del concio;
- W= peso concio
- Kh e Kv = coefficienti sismici orizzontale e verticale già definiti nei paragrafi precedenti (valutazione dell’azione sismica).
Nel caso del sito in esame per SLV sono pari a Kh = 0,083
Kv = ±0,041
Inoltre si è considerato che nei gradoni della cava possano transitare occasionalmente mezzi di lavoro, e quindi si è tenuto in debito conto della presenza di carichi variabili Q dovuti al loro transito, immettendo un valore di 300 Kn/mq in tutte le verifiche ad eccezione dei cunei che è stato ipotizzato sul bordo superiore del fronte un carico pari a quello di un automezzo di servizio pari a 100 tonn
8.3 – Analisi cinematica
Al fine di verificare di identificare possibili meccanismi di instabilità potenziale, i dati del rilievo sono stati elaborati e proiettati secondo quanto previsto da Markland (1972) cos’ da verificare se le superficie di discontinuità, intersecandosi, generano cunei rocciosi instabili e blocchi soggetti a scivolamento tridimensionale.
Il metodo permette la definizione di aree critiche, in funzione del cinematismo d'instabilità esaminato attraverso una pura analisi geometrica.
Nello specifico lo scivolamento planare su un piano, la verifica viene effettuata riportando in proiezione stereografica i vettori inclinazione che rappresentano i piani di frattura rilevati, la direzione e l’inclinazione del fronte di scavo ed il cerchio di raggio r=90°- φ dove φ è l’angolo di attrito dell’ammasso roccioso.
I poli che ricadono all’interno dell’area critica , rappresentata da un campo delimitato lateralmente da due linee radiali di ±20° rispetto all’immersione del versante e da due archi di cerchio: quello interno rappresenta l’angolo d’attrito dell’ammasso roccioso, pari a 30°, mentre quello esterno rappresenta l’inclinazione del pendio, costituiscono superfici di scorrimento piano.
Nel caso più generale, per i cinematismi che possono generare scivolamento di un cuneo di roccia, cioè lungo la linea di intersezione tra due discontinuità, si riportano in proiezione stereografica, le linee di intersezione dei piani di fratturazione”, seguendo esattamente la procedura precedentemente descritta per la verifica allo scivolamento su piano.
Un altro cinematismo preso in considerazione dal test, è il ribaltamento; la verifica viene eseguita riportando nelle proiezioni stereografiche i poli dei piani di frattura, la proiezione ciclografica del pendio, la linea ciclografica di direzione uguale al pendio e inclinata al di sotto del pendio di un angolo φ pari all’angolo di resistenza dell’ammasso roccioso e due piccoli cerchi perpendicolari alla direzione del pendio e a 30° dal centro dello stereogramma.
Nella figura che segue sono riportati i vari casi previsti dal Markland.
Figura 21 – Test di Markland-Cinematismi
Cuneo INSTABILE