Quando si parla di liquefazione dei terreni

    Cosa si intende per liquefazione di un terreno

    Alcuni terreni, quando vengono sollecitati da un’onda sismica, da una frana o addirittura da alcune attività umane, possono raggiungere una condizione di fluidità, proprio come una massa con stato viscoso.

    In pratica perdono drasticamente la rigidezza e la resistenza che avevano prima d’aver subito la sollecitazione gli effetti, sia sull’ambiente che sulle strutture, possono essere numerosi e molto vari: dalle improvvise valanghe di fango, nel caso in cui il fenomeno interessa un versante collinare, al cedimento di edifici che possono sprofondare per diversi centimetri nel terreno o possono perfino crollare.

    Questo fenomeno prende il nome di liquefazione dei terreni.

    Schema degli effetti della liquefazione
    Schema degli effetti della liquefazione

    Quali sono i terreni interessati e i fattori che lo influenzano 

    Il fenomeno della liquefazione interessa terreni sciolti a granulometria grossa, come lo sono le sabbie, saturid’acqua, posti a breve profondità dal piano campagna.

    In genere lo spessore dello strato liquefatto varia da pochi centimetri a mezzo metro.

    I fattori e le condizioni che influenzano la liquefazione sono:

    • i terreni devono ricadere in depositi deltizi, fluviali e marini recenti con falde superficiali, costituiti da materiale sabbioso fine e saturo, non consolidato, con granulometria uniforme e densità da media a bassa;
    • difficilmente interessa terreni posti a profondità maggiori di 15-20 m;
    • la presenza di percentuali di argilla o di ghiaia possono ridurre in maniera rilevante la suscettibilità alla liquefazione;
    • la presenza di strati superficiali non liquefacibili, con spessore maggiore di 3 m, possono contrastare la liquefazione degli strati sottostanti;
    • i terremoti che determinano liquefazione, in aree di pianura, sono caratterizzati da magnitudo superiore a 6 e da durata prolungata;
    • in aree dove si sono manifestati i fenomeni, questi si possono ripetere con maggiori probabilità.

    Il fenomeno

    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 (fase 1 in figura), 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 esterni (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 (fase 2 in figura).

    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.

    cedimento-terreno-di-fondazione-causa-liquefazioneIl 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)

     

    terremoto-emiliaVulcanelli a seguito di liquefazione del terreno durante il sisma in Emilia del 2012

     

    Le strutture e i danni

    Le strutture più vulnerabili al fenomeno di liquefazione sono di sicuro quelle portuali, ma anche le pile dei ponti che attraversano fiumi o altri bacini d’acqua possono subire danni rilevanti con conseguenze dannosissime.

    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.

    terremoto-taiwan5 FEBBRAIO 2018, terremoto M6.4 a Taiwan. L’edificio di un hotel adagiato.

     

    Guarda come Uretek ha risolto

    Consolidamento del terreno di fondazione Caserma dei Carabinieri (uretek.it)