Ammassi rocciosi, NTC2018 e software
Nel capitolo 6 delle Norme Tecniche per le Costruzioni – NTC2018 (§§6.2.2; 6.3.3; 6.7) vengono trattati gli aspetti geotecnici della progettazione e dell’esecuzione di opere ed interventi che interagiscono con il terreno o ammassi rocciosi.
La normativa precisa che le indagini devono essere programmate in funzione del tipo di opera e/o intervento, devono riguardare il volume significativo e, in presenza di azioni sismiche, devono essere conformi a quanto prescritto ai §§ 3.2.2 e 7.11.2.
Le indagini devono permettere la definizione dei modelli geotecnici di sottosuolo necessari alla progettazione. Della definizione del piano di indagini, della caratterizzazione e della modellazione geotecnica è responsabile il progettista.
In particolare, per la caratterizzazione e modellazione geotecnica per gli ammassi rocciosi e per le formazioni complesse bisogna valutare la resistenza caratteristica: occorre tener conto della natura e delle caratteristiche geometriche e di resistenza delle discontinuità. Inoltre, deve essere specificato se la resistenza caratteristica si riferisce alle discontinuità o all’ammasso roccioso.
A tal proposito si vuole dare una spiegazione più approfondita affrontando temi e aspetti dal punto di vista geologico e geotecnico.
Ammasso roccioso e Discontinuità
Gli ammassi rocciosi presenti sulla superficie terrestre presentano, nella maggioranza dei casi, discontinuità o superfici di debolezza che ne condizionano ampiamente il comportamento meccanico e che individuano blocchi di matrice rocciosa (o roccia intatta) definendo l’ammasso stesso (Fig.1). Nello specifico, per discontinuità si intende genericamente una qualsiasi interruzione di continuità in una massa rocciosa avente resistenza a trazione bassa o nulla (fessure, piani di stratificazione, piani di scistosità, faglie, discontinuità di alterazione, di raffreddamento, ecc.; ISRM,1978). Pertanto, per uno studio di stabilità di un versante roccioso o di un fronte di scavo in roccia è necessario identificare e studiare sia la struttura dell’ammasso roccioso che la natura delle discontinuità. Infatti, la definizione di un modello geomeccanico dovrà essere in grado di conoscere e prevedere il comportamento dei materiali rocciosi come conseguenza dell’applicazione delle forze endogene ed esogene che si esercitano su di esse e occorre definire per ogni ipotetico cinematismo le forze agenti e resistenti per contrastare l’instabilità gravitativa (Gonzalez de Vallejo, 2005).

Figura 1. Affioramento di Calcarenite, Belvedere M.mo (CS).
Resistenza
In precedenza si è visto come la matrice rocciosa viene considerata roccia intatta e quindi priva di discontinuità ma in natura può presentare un comportamento eterogeno e anisotropo legato alla sua struttura mineralogica (es. stratificazione, foliazione, clivaggio, scistosità). È perciò essenziale che sia la struttura dell’ammasso roccioso che delle discontinuità siano descritte tenendo conto anche dell’aspetto petrografico. Inoltre, siccome le superfici di discontinuità costituiscono piani di debolezza che regolano il comportamento meccanico degli ammassi rocciosi condizionandone la resistenza del complesso, i meccanismi, le zone di deformazione e rottura, è possibile affermare che la resistenza di un ammasso roccioso diminuisce all’aumentare del numero di discontinuità (Gonzalez de Vallejo, 2005). Pertanto, per esaminare le capacità di un ammasso roccioso ad opporsi alle forze agenti (destabilizzanti) è necessario distinguere e definire (come esposto nelle NTC2018): a) la resistenza della matrice rocciosa; b) la resistenza delle discontinuità; c) la resistenza dell’ammasso roccioso.
Resistenza della matrice rocciosa
La resistenza della matrice rocciosa viene determinata in laboratorio portando a rottura un campione di roccia prelevato dall’ammasso roccioso. Tra le prove utilizzabili vi sono: compressione semplice, Point Load Test, compressione triassiale, trazione diretta, trazione indiretta. La finalità delle prove è quella di individuare la resistenza dei provini in funzione dell’effetto di sforzi applicati e delle proprietà intrinseche della roccia stessa (mineralogia, granulometria, porosità ecc). I criteri di rottura considerati per calcolare la resistenza del materiale sono quello di “Mohr-Coulomb” e quello di Hoek e Brown (1980). Esistono dei software Geostru come RockLab, RockPlane che considerano anche questi criteri per effettuare analisi di stabilità e consolidamento dei versanti in roccia; maggiori dettagli nel par. Software.
Nell’effettuare un’analisi di stabilità, quando viene utilizzato il valore di resistenza del provino?
Durante un’analisi di stabilità il valore di resistenza ottenuto dal campione di roccia prelevato dall’ammasso viene utilizzato quando esso è rappresentativo di tutto l’ammasso. Ad esempio quando l’ammasso non è fortemente condizionato da discontinuità a causa della buona qualità della roccia o per la ridotta scala a cui si effettua l’analisi o, al contrario, quando le discontinuità sono pervasive anche alla scala del campione (rocce anisotrope es. scisti).
Resistenza al taglio delle discontinuità
La resistenza al taglio delle discontinuità può essere determinata mediante prove in situ o in laboratorio oppure può essere stimata con il metodo proposto dall’ISRM (1978, 1985, 1993) che si basa sul rilevamento geomeccanico delle famiglie di discontinuità caratterizzanti l’ammasso roccioso. I principali parametri geometrici e meccanici proposti per descrivere le famiglie di discontinuità sono: orientazione, spaziatura, continuità o persistenza, scabrezza, resistenza alle pareti del giunto, apertura, riempimento, alterazione, filtrazione, numero di sistemi di discontinuità, dimensioni dei blocchi (Fig.2). Alcuni dei criteri utilizzati per il calcolo della resistenza al taglio delle discontinuità sono ad esempio quello di Patton (1966) e quello di Barton e Choubey (1976); tali criteri sono utilizzati anche il alcuni software Geostru come RockMechanics.

Figura 2. Caratteristiche delle discontinuità negli ammassi rocciosi (Wyllie, 1999).
Quando viene utilizzato il valore di resistenza al taglio delle discontinuità?
Quando si considerano ammassi rocciosi anisotropi e con significative discontinuità. Ad esempio le applicazioni per le quali è utile valutare i parametri di resistenza al taglio delle discontinuità sono Scivolamento 2D e Scivolamento 3D. A tal proposito, esistono dei software Geostru (come Georock2D, 3D, RockPlane) che consentono di effettuare simulazioni di caduta massi secondo vari modelli grazie ai quali è possibile progettare opere di difesa del versante in frana.
Resistenza dell’ammasso roccioso
Quando l’ammasso roccioso è molto fratturato a causa di numerosi sistemi di discontinuità, per il calcolo della resistenza, si valuta il comportamento dell’intero ammasso roccioso utilizzando metodi che consentono di effettuare classificazioni geomeccaniche dell’ammasso; metodi che fanno riferimento allo studio delle discontinuità; metodi matematici che valutano la resistenza dell’ammasso roccioso tramite modellazione numerica di un fenomeno reale (back analysis). Per quanto riguarda le classificazioni geomeccaniche, esse forniscono degli indici di qualità ad ognuno del quale corrisponde una classe in funzione del parametro considerato. Tra i parametri considerati nelle classificazioni più importanti (es. Beniawski, 1976; Barton,1979; Robertson, 1970; Sen e Kazi, 1984; Romana, 1988; Singh e Goel, 1999; Jasarevic e Kovacevic, 1996; trattati anche nel software Geostru RockMechanics) vi sono: resistenza a compressione della matrice rocciosa (es. Point Load Test, Uniaxial Comp.Strenght), RQD (Rock Quality Designation), condizione delle discontinuità, orientazione dei giunti, condizioni di filtrazione.
Valutazione della stabilità di pareti rocciose e rappresentazione dati
Secondo le NTC2018 le verifiche di sicurezza devono essere effettuate con metodi che tengono conto del tipo di frana e dei possibili cinematismi, considerando forma e posizione dell’eventuale superficie di scorrimento, le proprietà meccaniche dei terreni e degli ammassi rocciosi e il regime delle pressioni interstiziali.
La ricostruzione di un modello di deformazione gravitativa per un versante in roccia più vicino alla realtà consente di effettuare interpretazioni sia sul possibile cinematismo che sui possibili interventi di stabilizzazione e ciò è possibile farlo mediante rappresentazioni stereografiche delle discontinuità.
Infatti, siccome gli assetti strutturali dei giunti presenti in un fronte roccioso condizionano i possibili cinematismi di rottura risulta essere importante analizzare le famiglie di discontinuità individuate durante il rilevamento strutturale e per un’interpretazione semplificata di tali dati si ricorre ai reticoli stereografici. Nella verifica di stabilità di pendii in roccia, l’utilizzo delle proiezioni stereografiche consente un’adeguata rappresentazione dei dati di orientazione spaziale dei giunti, piani di strato, scisosità, faglie ecc., che caratterizzano l’ammasso in esame, in base ai quali è possibile costruire il modello di rottura più realistico.
I modelli di rottura più frequenti, che interessano i versanti in roccia sono: rottura planare (Fig.3a), rottura a cuneo (Fig.3b), ribaltamento (Fig.3b), scorrimento rotazionale (Fig.3d).

Figura 3. Principali tipi di deformazioni gravitative su versanti in roccia. Da Hoek and Bray, 1981.
Nel C6.3.2 “Modellazione geologica del pendio” della Circolare 21 gennaio 2019, si afferma che lo studio geologico di un pendio naturale finalizzato alla valutazione delle condizioni di stabilità, consiste nella definizione dell’assetto lito-strutturale, geomorfologico e idrogeologico del versante al fine di identificare i meccanismi e cinematismi di rottura attuali o potenziali, nonché le possibili cause. L’obiettivo dello studio geologico di un versante è pertanto quello di costruire un modello geologico finalizzato anche alla conoscenza delle condizioni evolutive che hanno prodotto l’attuale assetto con connessa analisi dettagliata dello stato e tipo di attività delle eventuali instabilità presenti. Pertanto, dovrà essere posta particolare attenzione: alla presenza di specifici assetti che inducono condizioni di suscettibilità a movimenti franosi; alla presenza e alla giacitura di intercalazioni anche sottili di litotipi a minore resistenza; alla sovrapposizione stratigrafica o tettonica di litotipi con differenti caratteristiche litologiche, idrogeologiche e geostrutturali; al grado di alterazione degli ammassi rocciosi; all’esistenza di discontinuità ad elevata persistenza ed all’eventuale materiale di riempimento. Nel caso di presenza di eventi di frana nell’area di interesse, considerando i dati ottenuti dalle attività di indagine dovranno condurre ad una dettagliata ricostruzione dell’evento nelle tre dimensioni. Ad esempio, esistono tecniche di telerilevamento quali fotogrammetria (Campbell e Wynne, 2011), scansioni laser (Gomarasca, 2009) che consentono di ricostruire modelli tridimensionali del versante con maggior grado di dettaglio.
Interventi di stabilizzazione e monitoraggio
La scelta del tipo di intervento deve derivare da una caratterizzazione geotecnica (come espresso nelle NTC2018) in questo caso dell’ammasso roccioso. In relazione alla tipologia ed obiettivi dell’intervento di miglioramento e/o rinforzo bisogna specificare le misure e le indagini sperimentali più opportune. Una volta realizzato l’intervento più idoneo al caso studio, nel caso in cui esso possa condizionare la funzionalità dell’opera in progetto o di opere circostanti, bisogna prevedere un monitoraggio per valutare l’efficacia di tale intervento controllando il suo comportamento (complesso opera-terreno) nel tempo (NTC2018).
Software
Considerando quanto descritto nell’articolo, per affrontare al meglio gli studi che riguardano gli aspetti geotecnici della progettazione ed esecuzione di opere ed interventi che interagiscono con il le rocce, e quindi per una migliore caratterizzazione e modellazione geotecnica, si consiglia l’utilizzo dei seguenti software:
- Caduta massi2D – Georock2D: Software per la simulazione della caduta massi bidimensionale con i modelli: Lumped Mass e C.R.S.P. (Colorado Rockfall Simulation Program) e progettazione delle opere di difesa di tipo Passivo;
- Caduta massi 3D – GEOROCK 3D: consente di effettuare l’analisi spaziale della caduta massi e di progettare le opere di protezione ottimizzandole. Il versante viene discretizzato in zone omogenee aventi le stesse caratteristiche meccaniche definite tramite i coefficienti di restituzione normale e tangenziale;
- Criteri di rottura di un ammasso roccioso – RockLab: Software per la determinazione del criterio di rottura di un ammasso roccioso secondo il modello di Hoek-Brown (1980). Inoltre, consente di effettuare il calcolo della portanza delle fondazioni su roccia secondo le NTC 2018 con i metodi di: Carter e Kulhawy (1988); Serrano, Olalla e Gonzalez (2000).
- Stabilità e consolidamento di blocchi rocciosi – RockPlane: consente di analizzare instabilità locali di elementi in roccia (blocchi rocciosi) soggetti alle azioni esercitate dal sisma e dalla presenza di acqua nelle fratture. Vengono forniti i fattori di sicurezza a scorrimento e ribaltamento che consentono di verificare la stabilità del blocco e pianificare, eventualmente, un adeguato sistema di intervento con tiranti attivi o passivi e con chiodi.
- Proiezioni stereografiche meccanica delle rocce – G.M.S.: consente di rappresentare ed elaborare il rilievo geo-strutturale di discontinuità di ammassi rocciosi eseguito in sito con il metodo della bussola e del clinometro, secondo le raccomandazioni ISRM.
- Meccanica delle rocce – Rock Mechanics: è una suite di 10 software per la meccanica delle rocce si compone di Classificazione geomeccanica: Barton, Bieniawki, a cui è associata la classificazione di Romana, Sen, Robertson, Sing & Goel, Jasarevic & Kovacevic. Analisi di stabilità: Scivolamento planare, Scivolamento tridimensionale, Valutazione della forza di impatto di un masso, Previsione del fenomeno di crollo in caso di sisma.
Novità Geostru 2020: Geoapp
Geostru ha ideato un servizio disponibili per effettuare calcoli on-line sulla pagina web Geoapp all’interno della quale sono presenti diverse applicazioni per l’Ingegneria, Geologia, Geofisica, Idrologia e Idraulica. Tra questi ve ne sono diversi da poter utilizzare insieme ai software citati in precedenza, ad esempio:
- Caratterizzazione di ammassi rocciosi;
- Caratterizzazione di Barton;
- Scivolamenti lungo un piano;
- Cunei3D;
- Chiodature barre passive;
- Tiranti;
- Sistemi reti ancorate;
- Barriere paramassi rigide ed elastiche;
- Analisi stabilità di superfici piane.
Bibliografia
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