Cosa si intende per liquefazione di un terreno
Con il termine liquefazione si intende appunto la perdita di resistenza di terreni saturi d’acqua sotto sollecitazioni statiche o dinamiche, in conseguenza delle quali i detti depositi raggiungono uno stato di fluidità paragonabile a quella di una massa viscosa.
Ciò avviene quando, sotto l’azione sismica e non solo, la pressione dell’acqua nei vuoti del terreno (pori), detta pressione interstiziale, aumenta progressivamente fino ad uguagliare la pressione totale di confinamento, cioè quando gli sforzi efficaci a carico dello scheletro solido del materiale, dai quali dipende la resistenza al taglio, si riducono a zero. In pratica le particelle galleggiano nell’acqua.
La liquefazione si manifesta in concomitanza di eventi sismici che superano una certa intensità (magnitudo generalmente superiore a 5.5-6.0).
Schema degli effetti della liquefazione
Per comprendere il fenomeno è opportuno spiegare che un terreno saturo è dato da un insieme di particelle che si trasmettono forze di contatto, i cui valori vanno a influenzare la resistenza dello stesso.
In condizioni di equilibrio tra terreno e acqua, questi valori possono anche rendere stabile lo stesso terreno (in questo caso le resistenze al taglio sono maggiori di quelle tangenziali).
Ma quando questo viene sollecitato da forze esterne (per esempio durante un sisma), il sistema subisce deformazioni e le tensioni tangenziali, che assicurano le condizioni di equilibrio statico, sono maggiori della resistenza al taglio del terreno.
Durante le rapide sollecitazioni a cui un terreno è sottoposto quando si verifica un terremoto accade che il drenaggio risulta impedito.
In questa situazione, se le sabbie tendono a muoversi verso una configurazione di equilibrio più densa, si verifica così un aumento di pressione neutra che riduce le forze di contatto tra i grani e, quindi, la rigidezza e la resistenza del terreno.
In casi estremi, quando la porosità è molto elevata e gli eventi sismici sono particolarmente intensi e prolungati, la sovrappressione neutra potrebbe raggiungere valori così elevati che i granelli solidi perdono il mutuo contatto.
In questo caso limite, lo stato tensionale efficace si annulla ed il terreno si comporta come un fluido pesante.
Al piano campagna, la manifestazione di un’avvenuta liquefazione è data dalla formazione di vulcanelli di sabbia da cui fuoriesce l’acqua proveniente dalla sabbia satura.
Questi non sono dannosi, ma sono indicativi dell’esistenza di elevate pressioni neutre nel sottosuolo.
Il fenomeno in sintesi: 1 PRIMA DEL SISMA: Equilibrio sabbia e acqua (situazione stabile). 2 DURANTE IL SISMA: il terremoto provoca la riduzione della resistenza al taglio per il rapido incremento di pressioni interstiziali (spostamenti di fabbricati). DOPO IL SISMA: il terreno si comporta come un fluido viscoso e gli effetti sull’ambiente e sulle strutture possono essere numerosi e molto vari (sprofondamenti, spostamenti lesioni e cedimenti).
Vulcanelli a seguito di liquefazione del terreno durante il sisma in Emilia del 2012
Le strutture e i danni
Le strutture più vulnerabili al fenomeno della liquefazione che possono subire danni rilevanti con conseguenze dannosissime, sono quelle portuali e le pile dei ponti in quanto ubicate in zone sabbiose in falda come lungo le coste oppure in alvei di fiumi o altri bacini d'acqua.
La liquefazione può indurre nel sottosuolo deformazioni talmente elevate che i manufatti ad esso collegati perdono la propria funzionalità.
Gli edifici, pur conservando un’apparente integrità strutturale, vengono pericolosamente inclinati o addirittura completamente adagiati sul piano campagna.
5 FEBBRAIO 2018, terremoto M6.4 a Taiwan. L’edificio di un hotel adagiato.
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Consolidamento del terreno di fondazione Caserma dei Carabinieri (uretek.it)