Liquefazione e sisma
La liquefazione è un fenomeno straordinariamente complesso e potenzialmente distruttivo e può verificarsi durante un evento sismico di notevole intensità. Le accelerazioni generate da un evento sismico producono un incremento della pressione neutre dell’acqua interstiziale contenuta in un terreno sabbioso saturo.
Figura 1 – Confronto tra suolo stabile a sinistra e suolo liquefatto a destra (da Encycolpedia Britannica Inc, 2012)
L’incremento delle pressioni neutre causa l’annullamento delle tensioni efficaci e della resistenza a taglio del terreno. La temporanea perdita di coesione nel terreno sabbioso porta il terreno a comportarsi come un fluido. Questo comportamento del terreno può causare un sostanziale indebolimento della capacità portante del terreno stesso, portando le strutture edificate su di esso a sprofondare o inclinarsi (figura1, 2,3).
Figura 2 – Casi reali: A) Liquefazione nella città di Urayasu, Giappone; B) cars stuck boiled muddy water (da Yasuda et al., 2013); C) effetti della liquefazione delle sabbie (Niigata, 1964); evento a kobe, 1995.
Terreni in condizioni non drenate
In condizioni statiche, i terreni sabbiosi sono tipicamente considerati in uno stato drenato, dove la pressione neutra all’interno del terreno ha il tempo di equilibrarsi con le condizioni circostanti. Tuttavia, durante il fenomeno della liquefazione indotto da un evento sismico, le accelerazioni impresse al terreno creano un aumento della pressione neutra che è estremamente rapido, impedendo alla pressione di dissiparsi nell’intervallo temporale a disposizione.
In sostanza, l’incremento repentino della pressione neutra durante la liquefazione, causato dalle forze sismiche in gioco, crea condizioni non drenate in cui il terreno sabbioso perde la sua capacità di dissipare rapidamente le sovrappressioni neutre accumulate (Fig.3).
Figura 3 – A) Condizione stabile, pre-liquefazione, in cui i granelli di stabbia sono in contatto tra essi; B) A seguito del terremoto si ha la perdita della coesione tra i granuli e il terreno assume un comportamento liquido (da Youd, 1992)
Questo scenario può essere paragonato al caso in cui l’applicazione di un carico esterno avvenga a una velocità molto superiore rispetto alla velocità con cui le sovrappressioni neutre possono disperdersi (es. prova penetrometrica ). Durante il processo di liquefazione, nonostante la sabbia abbia una permeabilità intrinsecamente elevata, essa si troverà in uno stato definito come “non drenato”, in cui le sovrappressioni neutre non hanno l’opportunità di essere dissipate.
Normativa
Ai sensi della Normativa Tecnica vigente, la verifica nei confronti della liquefazione può essere omessa se si verifica almeno una delle quattro condizioni riportate di seguito nello stralcio delle NTC2018.
Fig.4
Metodi per l’esecuzione delle verifiche
Nell’ambito delle verifiche di sicurezza relative al fenomeno di liquefazione, è possibile adottare differenti approcci metodologici, che spaziano da metodi semplificati a quelli più sofisticati basati su analisi avanzate.
- Nel contesto della verifica mediante metodi semplificati, è prevista la determinazione di un coefficiente di sicurezza, il quale viene ottenuto tramite il rapporto tra la resistenza alla liquefazione, definita come CRR (Cyclic Resistance Ratio, ossia il rapporto di resistenza ciclica alla liquefazione), e la sollecitazione generata dall’azione sismica, detta CSR (Cyclic Stress Ratio, cioè il rapporto di resistenza ciclica alla liquefazione).
- I metodi di analisi avanzata si basano su analisi monodimensionali o bidimensionali al fine di determinare l’andamento degli sforzi e delle deformazioni di taglio indotti dall’azione sismica. Questi approcci richiedono l’utilizzo di complessi codici di calcolo numerico e l’esecuzione di prove dinamiche in sito e di prove cicliche di laboratorio per la definizione del modello geotecnico di sottosuolo.
Cosa fare se il terreno è liquefacibile
Se i risultati dell’analisi di suscettibilità alla liquefazione non sono soddisfacenti, sarà necessario contemplare l’adozione di un sistema di fondazioni su pali. Questi pali si attesteranno in corrispondenza dei terreni con buone caratteristiche geotecniche. In alternativa, si dovrà pianificare l’attuazione di interventi specifici di miglioramento delle caratteristiche geotecniche del terreno di fondazione mediante l’utilizzo di iniezioni di resine espandenti.
Verifiche a liquefazione post-operam
Nel caso di un terreno suscettibile alla liquefazione in cui si scelga di utilizzare pali come soluzione, è fattibile eseguire verifiche di liquefazione tenendo in considerazione anche le future opere strutturali. Questo processo può essere agevolmente effettuato attraverso l’ausilio del software Liquiter della Geostru. Infatti, dalla schermata in figura 5, è evidente che, dopo aver scelto il tipo di intervento, è possibile ricalcolare il fattore di sicurezza alla liquefazione a diverse profondità per valutare l’efficacia dell’intervento, seguendo il metodo di Priebe.
Figura 5 – Schermata del software Liquiter: selezione del tipo di intervento e ricalcolo del fattore di sicurezza alla liquefazione
Liquefazione terreni – Liquiter
Il software Liquiter Geostru consente di progettare interventi per la mitigazione del rischio alla liquefazione con pali di ghiaia (Priebe 1998) e di ricalcolare le tensioni indotte dal sisma il fattore di sicurezza ed il potenziale di liquefazione post intervento.