La Liquefazione dei terreni

 Il termine “liquefazione” identifica una diminuzione della resistenza al taglio che si verifica in un terreno saturo non coesivo a seguito di vibrazioni del suolo prodotte da un terremoto.

In pratica le particelle di terreno sature perdono aderenza ed il risultato finale è che il terreno si comporta come un liquido. Infatti, quando questi terreni sono sottoposti a sforzi di taglio ciclico tendono a diminuire di volume. Le particelle di terreno si addensano, occupando i vuoti interstiziali che contengono acqua, la quale viene spinta fuori. Se quest’ultima non trova gli spazi necessari per fuoriuscire, le pressioni interstiziali dell’acqua tendono ad aumentare progressivamente con lo sforzo di taglio.

Questo comporta un trasferimento dello sforzo dalle particelle di terreno all’acqua contenuta negli interspazi con la conseguente diminuzione della tensione efficace e della resistenza al taglio del terreno. In altre parole è un fenomeno in cui viene modificato l’equilibrio statico in un deposito di terreno sabbioso saturo.

Dove si verifica questo fenomeno?
La liquefazione delle sabbie si osserva comunemente in terreni sciolti, poco profondi, saturi e soggetti a scuotimenti del terreno prodotti da terremoti di forte magnitudo. Chiaramente nei terreni insaturi, tale fenomeno non sussiste in quanto la compressione del volume di terreno non produce un eccesso di pressione nei pori occupati, in questo caso, dall’aria.

Le aree di maggiore interesse per le quali si può verificare il fenomeno della liquefazione sono le zone alluvionali fluviali, le valli fluviali come tutta la Pianura Padana (piana alluvionale del Po e di tutti i suoi affluenti), le conche intermontane come la Piana del Fucino e tantissime altre sparse sull’intero territorio italiano. Un ultimo aspetto importante da sottoporre all’attenzione è la distanza dall’epicentro come nel caso del terremoto dell’Aquila nel 2009 di cui si ha notizia del fenomeno fino a circa 40 km di distanza dall’epicentro, chiaramente non paragonabile con quanto accaduto in Pianura Padana.

Il fenomeno non è per niente una novità, anzi è ben documentato. Si hanno notizie a partire sin dal terremoto del 1570 a Ferrara, le cui fonti indicano l’insorgenza di liquefazione del terreno nell’area urbana e nelle aree limitrofe con fenomeni di fuoriuscita di sabbie bollenti e schiuma nera.

Allo stesso modo in Calabria nel 1783 nella zona sud-orientale della Piana di Gioia Tauro e nel 1836 a Rossano nella zona di S. Angelo. Per non parlare poi dei terremoti del Cile (1960), dell’Alaska (1964), di Niigata (1964) in Giappone, in California (1971), in Friuli (1976) nelle vicinanze di Majano a 8 km da San Daniele del Friuli, nel Montenegro (1979), e tanti altri sino ad arrivare a quello più recente dell’Emilia (maggio 2012), dove si sono registrati numerosissimi casi.

È un fenomeno abbastanza sottovalutato nel nostro territorio nonostante, già con gli Eurocodici e successivamente le NTC 2008 (d.m. 14 gennaio 2008 – Circolare esplicativa n. 617 del 2 febbraio 2009) e aggiornamento delle NTC 2018 ne richiedono la verifica come dicevo pocanzi. Le stesse ricordano che la verifica alla liquefazione dei terreni va eseguita quando la falda freatica si trova in prossimità della superficie ed il terreno di fondazione comprende strati estesi o lenti spesse di sabbie sciolte sotto falda, anche se contenenti una frazione fine limo-argillosa.

Gli effetti della liquefazione dei terreni.

  • crateri, vulcanelli, fuoriuscite di acqua e sabbia
  • grandi oscillazioni e rotture del terreno
  • abbassamenti e sollevamenti del terreno
  • movimenti orizzontali del terreno (lateral spreading)
  • movimento di masse fluide / collasso in pendii naturali e
    artificiali
  • perdita di capacità portante delle fondazioni
  • galleggiamento di opere sotterranee
  • collasso di opere di sostegno e banchine portuali

ll fenomeno della liquefazione dei terreni rappresenta un maggiore rischio per gli edifici durante un verificarsi di un terremoto. Anche per le costruzioni in grado di resistere alle scosse sismiche di maggiore intensità; in questo caso la stabilità stessa verrebbe compromessa dalla liquefazione del suolo sottostante. Quindi in tali situazioni non basta costruire applicando solamente i criteri L da liquefazione con le seguenti tecniche:

  • Densificazione: Un metodo adottato per ridurre il rischio di liquefazione in un deposito consiste nell’aumentarne la densità relativa (riducendo o annullando la suscettibilità alla liquefazione). 
  • Drenaggio: In questo caso, mediante l’installazione di dreni verticali si facilità lo smaltimento delle sovrapressioni interstiziali durante l’evento sismico
  • Rinforzo del terreno: In questo caso si incrementa la resistenza del terreno introducendo degli elementi resistenti a taglio e a trazione (diaframmi, tiranti e ancoraggi) 
  • Allontanamento dell’acqua interstiziale: Un altro modo per ridurre il rischio di liquefazione in un deposito consiste nel diminuire il livello di falda (fino profondità maggiori di 15-20 m). Tale scopo può essere raggiunto applicando uno dei metodi elettrici basati sull’elettrosmosi o uno dei metodi termici precedentemente illustrati, naturalmente garantendo con apposite trincee e barriere impermeabili, l’allontanamento permanente dell’acqua. 
  • Solidificazione: In questo caso si aumenta la rigidezza del terreno mediante processi termici (di cottura o congelamento) oppure mediante il riempimento dei vuoti (sostituzione con l’aria o l’acqua interstiziale) con miscele soldificanti ottenuto mediante iniezioni o riempimenti
    Tale intervento può risultare costoso e non sempre garantisce l’efficacia desiderata

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