La liquefazione del terreno

In una zona sismica, in particolari condizioni del terreno, si può verificare il fenomeno della liquefazione del terreno.

La liquefazione del suolo è avvenuta, ad esempio, in seguito al terremoto in Emilia del 2012.


Ma cosa determina la liquefazione del terreno? Quali aspetti vanno valutati?

Perchè avviene la liquefazione

La liquefazione è un fenomeno che si manifesta in concomitanza di eventi sismici con una certa energia (magnitudo superiore a 5,5 ma nella maggior parte dei casi superiore a 6) e che interessa terreni sabbiosi sciolti posti al di sotto del livello di falda (saturi).
A seguito del sisma si genera un incremento della pressione interstiziale (acqua presente negli interstizi); tale aumento di pressione causa l’annullamento della resistenza del terreno e la fuoriuscita di materiale sabbioso misto ad acqua.

Figura (a): Intervallo granulometrico, per terreni con Uc<3.5 dentro il quale è possibile la liquefazione.
Figura (b): Intervallo granulometrico, per terreni con Uc>3.5 dentro il quale è possibile la liquefazione.

In condizioni statiche (cioè senza terremoto) la resistenza del terreno viene espressa mediante questa formula:

(1)    \begin{equation*} \tau_f=(\sigma_n - \mu_0)* tan \phi' = \sigma_n-tan\phi' \end{equation*}

In condizioni sismiche questa relazione diventa:

(2)    \begin{equation*} \tau_f=(\sigma_n ' - \delta \mu)* tan \phi' \end{equation*}

Fattori predisponenti alla liquefazione

  • terreni granulari sotto-falda;
  • granulometria uniforme e granuli arrotondati;
  • terreni poco addensati e superficiali;
  • depositi recenti di natura sedimentaria;
  • riporti antropici.

Fattori che scatenano la liquefazione

  • Magnitudo maggiore di 5.5;
  • Accelerazione massima > 0.15g;
  • Durata del terremoto maggiore di 15-20 secondi.

Normativa di riferimento

  • Nove Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC18) – Capitolo 8;
  • Eurocodice EC8 – Parte V

Verifica della liquefazione del terreno

Per verificare se un terreno è suscettibile alla liquefazione, vengono proposti i seguenti metodi:

  1. Robertson & Cabal (2015);
  2. Variante di Robertson & Cabal (2015);
  3. Boulanger & Idriss (2014);
  4. Youd et al. (2001);
  5. Kayen et al. (2013);
  6. Marchetti (2015).

La verifica a liquefazione, secondo le NTC18, può essere omessa quando si manifesta almeno una di queste circostanze:

  1. accelerazioni massime attese al piano campagna in assenza di manufatti (condizioni di campo libero) minori di 0,1g;
  2. profondità media stagionale della falda superiore a 15 m dal piano campagna, per piano campagna sub-orizzontale e strutture con fondazioni superficiali;
  3. depositi costituiti da sabbie pulite con resistenza penetrometrica normalizzata (N1)60>30 oppure qc1N > 180 dove (N1)60 è il valore della resistenza determinata in prove penetrometriche dinamiche (Standard Penetration Test) normalizzata ad una tensione efficace verticale di 100 kPa e qc1N è il valore della resistenza determinata in prove penetrometriche statiche (Cone Penetration Test) normalizzata ad una tensione efficace verticale di 100 kPa
  4. distribuzione granulometrica esterna alle zone indicate nella Figura (a), nel caso di terreni con coefficiente di uniformità Uc<3,5 e in Figura (b) nel caso di terreni con coefficiente di uniformità Uc>3,5.

Approfondimenti

Per approfondire l’argomento trattato in questo post, puoi consultare il seguente testo:

Effetti della liquefazione delle sabbie in seguit al terremoto di Niigata del 1964
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