9) VERIFCA STABILITA’ DEI FRONTI RESIDUALI (cava in esercizio)
L’analisi di stabilità che seguono sono effettuate per tutti i fronti in cui sono stati rilevati cinematismi d’instabilità. La geometria dei fronti che viene considerata ed inserita nelle verifiche, è quella relativa allo stato attuale della coltivazione (Settore A), così come visualizzato nel rilievo stato di fatto della cava Serramontone del giugno 2021 aggiornato nel novembre 2021 per il programma lavori della cava in esercizio, di seguito riportato nelle planimetrie e sezioni della cava.
Per quanto concerne lo scivolamento planare anche se in nessuno dei casi esaminati è stato rilevato un cinematismo compatibile, e ciò poiché non sussistono condizioni geometriche pendio/giunti di base, vale a dire che l’angolo di inclinazione delle discontinuità è sempre maggiore dell’angolo di inclinazione del fronte di scavo, le verifiche sono state comunque eseguite, ipotizzando uno cinematismo di scivolamento alla base dei fronti.
9.1 - Verifica di stabilità relativa al fronte Nord
Il fronte Nord ha una giacitura di 65/190°, ed una altezza globale dal p.c. al piazzale di estrazione attuale di circa 14,00 mt, con l’intercalazione di un gradone a 10,00m dal p.c., verificato negli anni passati. I parametri geotecnici inseriti sono quelli di progetto relativi alla stazione 1, che tengono conto dei coefficienti parziali delle NTC 2018.
Parametri Progetto (cond. Statiche Progetto=caratteristici(cond. Dinam.
Coesione C’d 70,4 kpa 88,0 kpa
Angolo di attrito interno φ’ d 25,4° 30,7°
Peso di volume G 2,25 Ton/mc 2,25 Ton/mc
I test di Markaland per questo fronte non hanno prodotto instabilità di alcun genere.
Dall’esame del diagramma si evidenzia che per quanto concerne la formazione di cunei e di ribaltamento nell’area critica non ricadono poli che rappresentano i piani di frattura, e di conseguenza il fenomeno teoricamente non ha luogo.
Per quanto riguarda lo scivolamento planare si è ipotizzato una superficie teorica di neoformazione.
Fig .22 – Ubicazione verifica fronte Nord (cava settore A)
Per lo stato di fatto dell’area dalle verifiche svolte è stato accertato che laddove si formano cunei di scivolamento, questi sono di dimensioni ridotte, si sviluppano a partire dall’alto e tali da non interessare l’attuale parte bassa del fronte.
Tuttavia per maggiore scrupolo nei confronti della sicurezza, si è voluto ipotizzare che sul fronte attuale, si possa innescare un meccanismo di scivolamento planare lungo una superficie di neoformazione passante nei pressi del piede dello scavo.
L’analisi di stabilità è stata condotta con il programma di calcolo SLIDE della Rocscience Inc, secondo il metodo dell’equilibrio limite (Bishop semplificato) e utilizzando il criterio di rottura di Mohr-Coulomb, assumendo la direzione dello scivolamento critico da destra verso sinistra o viceversa secondo l’andamento della superficie topografica e inputando, infine, i seguenti parametri geotecnici di progetto delle UG secondo l approccio 1 combinazione 2 delle NTC 18:
I dati inseriti nel programma sono :
profilo topografico, attraverso le coordinate dei segmenti costitutivi riferite ad un sistema di assi cartesiani;
litologia con i valori caratteristici (per analisi in condizioni dinamiche) o di progetto (per analisi in condizioni statiche) dei parametri geotecnici;
posizione dei carichi la cui intensità deve essere gia amplificata attraverso i coefficienti parziali;
coefficiente sismico orizzontale e verticale , Kh e Kv;
punto di emergenza delle superfici di scivolamento alla base e tratto sommitale da cui prendono origine.
Vengono così esaminate tutte le superfici di instabilità potenziale programmate, in questo caso 50, identificando tra tutte quella più sfavorevole in assoluto e visualizzando inoltre, in una successiva schermata, le venticinque con il fattore di sicurezza più basso.
Di ognuna di queste venticinque superfici viene definito il numero dei conci in cui è suddivisa la superfice, la loro base, l’altezza, le coordinate del centro del cerchio e l'angolo sotteso, oltre chiaramente al valore del coefficiente di sicurezza Fs.
Nella verifica in condizioni statiche, combinazione geotecnica, si è tenuto conto dei carichi variabili Q dovuti ai mezzi di trasporto che possono transitare nelle piste e nelle fasce di rispetto che si sviluppa lungo i confini della cava, immettendo un valore di Q= 200 kpa su una striscia di larghezza 1,0 mt per una lunghezza di 2,5 mt, caratterizzato attraverso il coefficiente di sicurezza parziale γQk = 1,3 ottenendo il valore da inserire nel calcolo di verifica e rispettivamente pari a:
Qk = 1,3 x 200=260 kpa.
In condizioni statiche il fattore di sicurezza ricavato dal calcolo, risulta già diviso per il coefficiente γR=1,1 e relativo a R2 della combinazione NTC 2018:
Fs = (Rd /Ed) / R2
Ciò significa che sono stabili e verificate tutte quelle superfici che dal tabulato del programma di calcolo presentano un Fs ≥1,1 poichè risulta Rd ≥Ed
In condizioni dinamiche il fattore di sicurezza ricavato dal calcolo, risulta già diviso per il coefficiente γR=1,2 e relativo a R2 della combinazione NTC 2018:
Fs = (Rd /Ed) / R2
Ciò significa che sono stabili e verificate tutte quelle superfici che dal tabulato del programma di calcolo presentano un Fs ≥1,2 poichè risulta Rd ≥Ed
La stabilità del fronte NORD è stata confermata dai valori del fattore di sicurezza:
Sezioni Condizioni statiche Condizioni dinamiche
Fattore di sicurezza Fs
(ridotto R2=1,1 (NTC 2018) scheda Fattore di sicurezza Fs
(ridotto R2=1,2 (NTC 2018) scheda
AN 1,282 1 1,553 2
I risultati grafici delle verifiche sono sintetizzati attraverso un grafico con i relativi report analitici nelle schede di seguito riportate:
Scheda grafica 1 FRONTE DI SCAVO (448,90mm – 429,00m slm) Parametri stazione geostrutturale 1 (UGA)
Condizioni STATICHE
SEZIONE “AN” (cava in esercizio) Verifica scivolamento fronte N0RD
Material Properties
Property Allternanza di calcareniti e marne a stratificazione regolare
Alternanza irregolarmente stratificata
Color __
_
__
_
Strength Type Mohr‐Coulomb Mohr‐Coulom
Unit Weight
[kN/m3] 22.5 22.
Cohesion [kPa] 70.4 60
Friction Angle
[deg] 25.4 24.
Water Surface None Non
Ru Value 0 0
Method: bishop simplified
FS: 1.281690
Center: ‐23.757, 21.874
Radius: 11.927
Left Slip Surface Endpoint: ‐34.114, 15.959
Right Slip Surface Endpoint: ‐29.403, 11.368
Resisting Moment=8755.28 kN‐m
Driving Moment=6831.07 kN‐m
Total Slice Area=7.2925 m2
Il calcolo del fattore di sicurezza di cui alla superiore ha fornito il seguente valore:
Fs= 1.282
Si tratta di un valore superiore a quello minimo () indicato dalla normativa vigente (NTC 2018) pari a 1.1.
Scheda grafica 2 FRONTE DI SCAVO (448,90mm – 429,00m slm) Parametri stazione geostrutturale 1 (UGA)
Condizioni DINAMICHE
SEZIONE “AN” (cava in esercizio) Verifica scivolamento fronte N0RD
Material Properties
Property Allternanza di calcareniti e marne a stratificazione regolare
Alternanza irregolarmente stratificata
Color __
_
__
_
Strength Type Mohr‐Coulomb Mohr‐Coulomb
Unit Weight 22.5 22.5
Cohesion [kPa] 88 75
Friction Angle 30.07 29.7
Water Surface None None
Ru Value 0 0
Method: bishop simplified
FS: 1.552500
Center: ‐23.757, 21.874
Radius: 11.927
Left Slip Surface Endpoint: ‐34.114, 15.959
Right Slip Surface Endpoint: ‐29.403, 11.368
Resisting Moment=10818.3 kN‐m
Driving Moment=6968.32 kN‐m
Total Slice Area=7.2925 m2
Il calcolo del fattore di sicurezza di cui alla superiore ha fornito il seguente valore:
Fs= 1.553
Si tratta di un valore superiore a quello minimo () indicato dalla normativa vigente (NTC 2018) pari a 1.2
9.2 -Verifica di stabilità relativa al fronte interno Ovest
Nel fronte come evidenziato sono stati definiti due settori (B e C):
Fig .23 – Ubicazione verifica fronte Ovest interno (cava settore A)
Settore B. Questo tratto di fronte Ovest è caratterizzato dalla presenza dell’unità geotecnica B.
I parametri geotecnici inseriti sono quelli di progetto relativi alla stazione 1, che tengono conto dei coefficienti parziali delle NTC 2018.
Parametri Progetto (cond. Statiche Progetto=caratteristici(cond. Dinam.
Coesione C’d 60,0 kpa 75,0 kpa
Angolo di attrito interno φ’ d 25,5° 29,5°
Peso di volume G 2,25 Ton/mc 2,25 Ton/mc
Ai fini delle verifiche di stabilità non sono emersi condizioni instabili a causa della geometria favorevole del fronte in relazione alla giacitura delle discontinuità. Dall’esame dei rispettivi diagrammi Schmidt evidenzia che quanto concerne lo scivolamento planare nell’area critica non ricadono poli che rappresentano i piani di frattura, e di conseguenza il fenomeno non ha luogo. Ne sussistono le condizioni per il ribaltamento.
Settore C. Questo fronte allo stato attuale ha un gradone intermedio che funge da pista carrabile la cui altezza aumenta da Sud (accesso) verso Nord.
La verifica di stabilità è stata sul fronte della parte più alta, non interessato da ulteriori attività lavorative, in quanto di altezza maggiore rispetto al gradone in basso. La giaciuta del fronte è riassunta nella tabella di seguito indicata:
Dai dati della stazione geostrutturale 3 sono state rilevate 3 famiglie principali di discontinuità le cui ciclografiche rappresentative sono:
K1: Dip=75°/dip-direc=145°-K2: Dip= 60°/dip-direc=136°-K3: Dip= 83°/dip-direc=165°
Lo scivolamento planare di porzioni di roccia in questo caso è escluso poiché non vi sono fratture orientate con angolo d’inclinazione inferiore a quello del fronte, come del resto si evidenzia dai test di Markland.
Stesse condizioni di non sussistenza si verificano per il ribaltamento di blocchi di roccia dal fronte.
Per il tratto di fronte Ovest ricadente nel settore dell’Unità Litotecnica C, si fa riferimento ai dati geostrutturali della staz. 3 dove sono presenti tre famiglie di discontinuità, K1, K2, K3, pertanto il test è stato eseguito confrontandole a due a due.
Dall’intersezione delle fratture K1-K2, K2-K3 e K1-K3 è possibile la formazione di cunei instabili.
Staz 3; K1-K2 Staz. 3; K2-K3 Staz. 3; K1-K3
La valutazione di stabilità viene effettuata con i metodi classici di equilibrio al limite allo scivolamento di cunei cinematicamente rimovibili e dell’analisi dei prismi di parete rimovibili la laddove l’analisi cinematica indica potenziale instabilità.
Per i cunei è stato utilizzato il metodo analitico alle equazioni vettoriali sviluppato da Hoek e Bray (1981) in “Rock Slope Engineering” che analizza le condizioni geometriche nello
Dip Dip direction
Upper face 0° 85°
Slope face 75° 85°
spazio, le caratteristiche delle discontinuità e la presenza di acqua, attraverso il programma SWEDGE© di Rocscience Inc.
Il programma esegue una serie di simulazioni secondo il metodo Monte Carlo generando casualmente, nell’ambito delle distribuzioni definite, diversi valori per ogni parametro considerato e calcola, per ogni cuneo riconosciuto valido, cioè cinematicamente rimovibile, il coefficiente di sicurezza.
I casi trattati sono quelli in cui l’analisi cinematica, riportata in allegato, ha individuato potenziali instabilità e precisamente dall’intersezione reciproca delle tre famiglie di giunti con il fronte di scavo definito da una giacitura 75/85° e da una altezza di circa 10 mt.
I parametri geotecnici inseriti sono quelli di progetto relativi alla stazione 3, che tengono conto dei coefficienti parziali delle NTC 2018 per la verifica in condizioni statiche, ipotizzando come sovraccarico sul bordo superiore del fronte un carico pari a quello di un automezzo di servizio pari a 100 tonn
Parametri geotecnici di progetto (condizioni statiche)
C’d = 80,8 kpa (Coesione)- φ’ d = 27,5° (Ang. attr. int,) - G = 2,25 Ton/mc(peso di volume) A tutti fattori di sicurezza ottenuti va rapportato il coefficiente γR = 1,1 di R2 dell’approccio 1 – Combinazione 2 (A2+M2+R2)
Per la verifica in condizioni dinamiche, parametri geotecnici inseriti sono quelli caratteristici sismiche. Si è tenuto conto altresì dei coefficienti Kh (0,083) e Kv (0,041) di riferimento ipotizzando anche ion questo caso un sovraccarico sul bordo superiore del fronte pari a quello di un automezzo di servizio pari a 100 tonn.
Parametri geotecnici di progetto=param. caratteristici (condizioni dinamiche) C’d = 101,0 kpa (Coesione)- φ’ d = 33,0° (Ang. attr. int,) - G = 2,25 Ton/mc(peso di
A tutti fattori di sicurezza ottenuti va rapportato il coefficiente γR = 1,2 di R2 dell’approccio 1 – Combinazione 2 (A2+M2+R2)
Nella tabella a seguire sono riportati i dati dei cunei instabili calcolati.
Famiglie fratture Fs statico Fs dinamico Riferimento schede grafiche
K1 – K2 6,896 8,245 3 - 4
K1 – K3 1,472 1,646 5 - 6
K2 – K3 1,515 1,681 7 - 8
I risultati analitici, assieme alla visualizzazione grafica, sono riportati nelle schede di seguito riportate
Scheda grafica 3 - 4 Sistemi K1-K2, FRONTE OVEST
Il fattore di sicurezza ricavato è molto maggiore di 1
In condizioni sismiche Fs = 8,245 che diviso per il coefficiente R2 diventa:
Fs=8,245 /1,2= 6,87
In condizioni statiche Fs = 6,896 che diviso per il coefficiente R2 diventa:
Fs=6,896 /1,1=6,26