5 Classificazioni geomeccaniche
I sistemi di classificazione degli ammassi rocciosi ne definiscono in modo semplificato le caratteristiche quantitative e qualitative con parametri il più possibile standardizzati.
I criteri utilizzati analizzano lo stato delle discontinuità, della matrice o dell'ammasso roccioso nel suo complesso, assegnando degli indici numerici la cui somma attribuisce un punteggio finale alla roccia.
Al fine della classificazione occorre individuare quei parametri caratteristici ed omogenei che delimitano arealmente un dominio strutturale.
Il dominio viene distinto considerando caratteristiche geomeccaniche come l'alterazione, le condizioni e la frequenza delle discontinuità, faglie e variazioni litologiche macroscopiche (Gattinoni et al., 2005).
5.1 Classificazione geomeccanica di Bieniawski
Tra il 1973 e il 1989 la classificazione di Bieniawski ha subito varie modifiche.
Attualmente viene utilizzata la versione completa del 1989 che si basa sull'assegnazione di un punteggio alla roccia utilizzando sei parametri:
A1- Resistenza a compressione uniassiale (UCS) della roccia intatta attraverso le prove sclerometriche e point load test,
A2- RQD (Rock Quality Designation) che nel nostro caso è stato stimato con la relazione empirica di Priest & Hudson (1976):
RQD % = 100 x (1+0,1 λ) e(-0,1λ) in cui λ = 1/Sm (Sm è la distanza media tra i giunti),
A3- Spaziatura delle discontinuità, A4- Condizioni delle discontinuità:
persistenza, apertura, rugosità, riempimento e alterazione, A5- Condizioni idrauliche, ossia la quantità di acqua contenuta nell'ammasso roccioso,
Ciascuno di questi parametri assume un valore numerico, per cui dalla loro somma risulta un punteggio detto RMR (Rock Mass Rating) che esprime la qualità dell'ammasso roccioso.
L'ultimo parametro F rappresenta piuttosto una correzione da aggiungere alla somma dei precedenti parametri, in quanto si basa sull'orientazione delle discontinuità rispetto al fronte di cava.
I primi cinque parametri vanno a costituire l'RMR di base a cui si sottrae il fattore di correzione F.
L'indice RMR è il risultato delle formula
RMR = (A1 + A2 + A3 + A4 + A5) – F
da cui si ottiene un valore compreso tra 0 e 100, tanto maggiore quanto migliore è la qualità dell'ammasso roccioso.
Il giudizio complessivo, oltre che numericamente, può essere espresso da un intervallo a cui corrisponde la classe di qualità della roccia ed una sua breve descrizione.
Pertanto da 0 a 100 vengono create 5 classi in ordine di qualità crescente:
1- da 100 a 81 Molto buona 2- da 80 a 61 Buona
3- da 60 a 41 Discreta 4- da 40 a 21 Scarsa 5- da 20 a 0 Molto scarsa
Una volta calcolato l'RMRb (di base), ossia senza il fattore di correzione F, è possibile ottenere altri due parametri geomeccanici importanti:
φ Angolo di attrito (in gradi) e c coesione (in MPa) attraverso le relazioni
φ = 5 + (RMRb/2) c = 0,005 x RMRb
5.2 Classificazione geomeccanica di Romana
I sistemi di discontinuità oltre ad avere i loro rapporti giaciturali, sono in relazione con l'orientazione del fronte di cava influendo notevolmente sulla stabilità delle pareti rocciose.
A tale proposito Romana riprende l'RMRb di Bieniawski ed aggiunge una correzione composta da quattro fattori:
Fattore F1- esprime il parallelismo tra la direzione del pendio e quella della discontinuità.
L'indice assume valori da 1 in caso di parallelismo, fino a 0,15 se la differenza angolare è maggiore di 30°.
Fattore F2- controlla l'inclinazione delle discontinuità.
In caso di scivolamento, questo valore varia tra 1 (dip>45°) e 0,15 (dip<20°).
In caso di ribaltamento assume valore 1.
Fattore F3- stabilisce le relazioni tra l'inclinazione delle discontinuità e quella del pendio.
Lo scivolamento ha valori compresi tra -60° e 0°, mentre il ribaltamento sta tra -25° e 0°.
Fattore F4- considera la natura del pendio (naturale o artificiale) e il metodo di scavo.
Se il pendio ha genesi naturale assume valore 15, mentre se è scavato con esplosivi varia tra 10 e -8 (nel nostro caso è stato scelto il valore intermedio 0).
Alla fine si ottiene l'equazione
SMR = RMRb + (F1xF2xF3) + F4
ed il valore espresso è da collocare in una delle 5 classi di qualità SMR da scarso ad ottimo:
0 – 20, 21 – 40, 41 – 60, 61 – 80, 81 – 100
a ciascuna delle quali si associano termini che descrivono la qualità
5.3 Applicazione delle classificazioni al caso di studio
Fig. 5.1 Panoramica della cava di S. Maria in Castello (ex- cava Micheli).
Nel nostro caso sono state adoperate sia la classificazione di Bieniawski 1989 che quella di Romana 1985.
Di seguito si riassumono i principali parametri estratti dalle schede descrittive usate in campagna (APPENDICE II).
A scopo cautelativo sono stati scelti i valori più bassi.
Per entrambi i tipi di classificazione è stata inserita una S o una R per specificare quando il sistema è in scivolamento o in ribaltamento.
Utilizzando la classificazione di Bieniawski, per ciascuna famiglia di discontinuità sono stati ottenuti i seguenti valori di RMR:
Stazione 1a
Fig. 5.1 La stazione di misura 1a è situata all'estremità Ovest della cava.
In rosso sono evidenziati i principali sistemi di discontinuità.
Famiglia A RMRs = 60 Classe III Famiglia B (S0) RMRR = 35 Classe IV Famiglia C RMRs = 56 Classe III Famiglia D (f) RMRs = 63 Classe II Famiglia E RMRR = 70 Classe II
Si è scelto il valore 35 classe IV, che corrisponde ad una roccia di scarsa qualità.
La classificazione di Romana ha prodotto i seguenti valori SMRs:
Famiglia A SMRs = 10 Classe V Famiglia B(S0) SMRR = 35 Classe IVa Famiglia C SMRR = 52,25 Classe IIIa Famiglia D (f) SMRR = 63 Classe IIb Famiglia E SMRR = 69 Classe IIb
I parametri fisici ricavati sono φ = 35°, c = 0,3 MPa
Osservando i risultati ottenuti dalle due classificazioni, si nota che nel caso dell'RMR il valore più basso è dato dalla famiglia di discontinuità B (So), la quale essendo molto pervasiva, fitta e con giacitura a reggipoggio, abbassa la qualità dell'ammasso roccioso provocando possibili fenomeni di ribaltamento dei blocchi.
Nella classificazione di Romana l'SMR più basso è riferito al sistema A, il quale vista la coincidenza tra la giacitura del pendio (190/64) e della discontinuità (190/60), si pone in situazione di franapoggio con alta probabilità di scivolamento dei blocchi.
Nel complesso possiamo dire che l'area della Stazione 1a rivela caratteristiche geomeccaniche scadenti e forte instabilità.
Stazione 1b
Fig. 5.2 Stazione di misura 1b. In rosso sono evidenziati i principali sistemi di discontinuità.
Attraverso la classificazione di Bieniawski sono stati calcolati i seguenti RMR:
Famiglia A RMRs= 60 Classe III Famiglia B (S0) RMRR = 35 Classe IV Famiglia C RMRs = 56 Classe III Famiglia D (f) RMRs = 63 Classe II Famiglia E RMRR = 70 Classe II
il cui valore più basso è 35 Classe IV, che rappresenta una roccia di scarsa qualità.
Utilizzando la classificazione di Romana si riscontrano i valori SMR:
Famiglia A SMRs = 52,5 Classe IIIa Famiglia B(S0) SMRR = 35 Classe Iva Famiglia C SMRs = 56 Classe IIIa Famiglia D (f) SMRR = 63 Classe IIb Famiglia E SMRR = 45 Classe IIIb
Il valore cautelativo scelto è 35, corrispondente alla classe IVa, che conferma la scarsa qualità dell'ammasso roccioso.
Tra i parametri fisici sono stati calcolati φ = 35°, c = 0,3 MPa
Nel complesso si definisce un'area scadente a causa della pervasività e frequenza della famiglia di discontinuità B (S0).
Stazione 2
Fig. 5.3 La stazione di misura 2 è posta al centro dell'anfiteatro della cava.
In rosso sono evidenziati i principali sistemi di discontinuità.
La classificazione di Bieniawski fornisce i seguenti dati:
Famiglia B (S0) RMRR = 52 Classe III Famiglia C RMRR = 55 Classe III Famiglia D (f) RMRs = 61 Classe II Famiglia E RMRR = 80 Classe II
Il valore cautelativo è rappresentato da 52 Classe III, attribuendo alla roccia una qualità discreta.
Per quanto riguarda la classificazione di Romana i valori SMR sono:
Famiglia B(S0) SMRR = 52 Classe IIIa Famiglia C SMRR = 56 Classe IIIa
Famiglia D (f) SMRs = 56 Classe IIIa Famiglia E SMRR = 79 Classe IIa
Il valore minore è 52, compreso nella classe IIIa e corrispondente ad una situazione geomeccanica discreta.
I parametri fisici ricavati sono:
φ = 45°, c = 0,4 MPa
Anche in questo caso, il peggioramento della qualità dell'ammasso roccioso è dato dalla famiglia B (S0) a causa della fitta spaziatura, per il resto la stazione di misura si colloca in un contesto di stabilità dalle caratteristiche geomeccaniche discrete.
Stazione 3
Fig. 5.3 La stazione di misura 1b si trova nella porzione Est della cava.
In rosso sono evidenziati i principali sistemi di discontinuità.
L'RMR di Bieniawski assume per ciascuna famiglia di discontinuità i seguenti valori:
Famiglia A RMRs = 66 Classe II Famiglia B (S0) RMRR = 48 Classe III Famiglia C RMRR = 62 Classe II Famiglia E RMRR = 64 Classe II
Il valore più basso è rappresentato dall'RMR = 48 del sistema B (S0), che essendo posto a reggipoggio può dare origine a qualche situazione di crollo per ribaltamento.
L'ammasso roccioso rientra quindi nella classe III con caratteristiche geomeccaniche discrete.
Mentre la classificazione di Romana produce i seguenti valori SMR:
Famiglia A SMRs = 59,63 Classe IIIa Famiglia B (S0) SMRs = 41,6 Classe IIIb Famiglia C SMRR = 62 Classe IIb
Famiglia E SMRR = 63 Classe IIb
L'SMR inferiore è rappresentato ancora dal sistema B (S0), inserendo la stazione 3 in una classe IIIb caratterizzata da parziale stabilità e discrete qualità litologiche.
I parametri fisici calcolati sono:
φ = 29°, c = 0,24 MPa
Il secondo sistema di discontinuità che può procurare fenomeni di crollo è rappresentato dalla famiglia A.
Questo è posizionato rispetto al pendio in situazione di franapoggio e predispone i blocchi di roccia allo scivolamento, tanto che il suo valore SMR nella stazione 3 è il secondo più basso.
