Deformazioni Gravitative Profonde di Versante (3/4)

 

Modelli analogici

Esperienze passate e proposta di ricerca

L'osservazione di passate esperienze, nel campo delle modellizzazioni analogiche, ha fornito risultati molto interessanti anche se quantitativamente poco estensibili a situazioni reali a causa del grande problema dover necessariamente utilizzare materiali "artificiali", ossia realizzati in laboratorio, per i quali siano note delle relazioni quantitative che permettano di scalare i parametri caratteristici dei materiali utilizzati rispetto alle litologie naturali, non solo dal punto di vista geometrico (strutturale) ma anche dinamico, nel rispetto delle forze agenti sul modello ed in natura. Possiamo distinguere a grandi linee due approcci fondamentali e cioè:

- modellazioni fisiche statiche; modellazioni al tavolo d'attrito;

- modellazioni al tavolo d'attrito;

Nel primo gruppo, si possono citare i modelli tridimensionali realizzati da Poisel & Eppensteiner (1988) o da Silberbauer et alii (1988) per la simulazione di assetti geologici in cui litologie ad elevata competenza (plateau rigidi) sono sovrapposti ad un substrato a comportamento plastico. La sovrastruttura viene realizzata in questi modelli, come un corpo continuo avente un comportamento rigido-fragile ed i materiali utilizzati sono miscele di sabbia ed argilla o sabbia, gesso ed olio mentre per il substrato sono usate miscele di silicone e caucciù, o in alternativa bitume, in grado di assicurare il comportamento visco-plastico caratteristico degli ammassi argillosi. La risposta generale dei modelli è risultata soddisfacente ed attraverso l'osservazione dell'evoluzione deformativa è stato possibile fare dei raffronti fra i risultati ottenuti e situazioni reali. Non essendo però stato affrontato il problema dell'assunzione di rapporti, quantitativamente riconoscibili, fra le caratteristiche dei materiali "artificiali" e quelli del prototipo reale di riferimento, in questa esperienza è stato possibile trarre delle conclusioni solo riguardo al progressivo manifestarsi delle diverse morfologie legate al fenomeno deformativo.

L'altro gruppo di modellazioni fa ricorso all'utilizzo del tavolo d'attrito ossia, il tavolo di prova è costruito in maniera tale che il modello in scala poggi su di una base scorrevole in grado di coinvolgere nella traslazione il materiale a contatto con essa. Tale scelta operativa è effettuata allo scopo di ovviare al "fattore tempo", in quanto essendo noto l'attrito tra il piano basale ed il materiale del modello viene ad essere esercitata una forza trattiva variabile e, nota in funzione della velocità di scorrimento del piano, in grado di accelerare i meccanismi evolutivi del versante in scala. La forza applicata, agente sul modello, tende a riprodurre l'azione della forza di gravità su di un versante naturale anche se con una dinamica estremamente più rapida e così causa l'innesco di fenomeni di instabilità lungo i margini della struttura artificiale. Una recente sperimentazione di questo tipo è stata condotta da Guida et alii (1995) all'Università Federico II di Napoli; il modello, riportato in figura, è stato realizzato avendo come riferimento diverse situazioni strutturali presenti in Campania e mantenendo rispetto ad esse dei rapporti geometrici in scala.

Nella modellazione è stata trascurata anche in questo caso la definizione di parametri fondamentali per lo studio dell'evoluzione deformativa di un ammasso, come ad esempio il comportamento viscoso del materiale o il contrasto di rigidità delle diverse miscele poste a contatto. I risultati ottenuti sono incoraggianti dal punto di vista della definizione delle diverse fasi attraverso le quali si giunge alle condizioni di rottura ma gli autori stessi concordano con l'impossibilità di avere indicazioni, con questo tipo di approccio, sia sulla variazione dello stato tensionale all'interno dell'ammasso che sui tempi necessari al raggiungimento dello stadio ultimo di collasso, in una situazione reale corrispondente. Sulla base di queste ed altre esperienze sperimentali è stato pianificato un progetto per la realizzazione di un modello analogico tridimensionale annoverabile tra quelli del primo gruppo in cui sono stati considerati constantemente degli opportuni fattori di scala fra le caratteristiche reologiche e meccaniche dei materiali utilizzati e quelle dei litotipi reali da simulare.

Un problema affrontato è stato quello relativo alla individuazione dei materiali più idonei per la simulazione del comportamento naturale delle rocce, in termini di reologia. Tale fase di ricerca ha portato a rilevare in una miscela, realizzata in laboratorio, tra sabbia calcarea a granulometria controllata (intervallo granulometrico considerato: 0.210 mm/0.063 mm) e grasso bentonitico (Bentone 33FD A.G.I.P.), un materiale ben rispondente alle esigenze di simulazione di comportamenti visco-plastici. La necessità di realizzare una sovrastruttura a comportamento rigido/fragile con un elevato contrasto di rigidità con il materiale sottostante ha imposto la ricerca e l'utilizzo di un'altra miscela con tali caratteristiche; risultati soddisfacenti sono stati ottenuti con la miscelazione di cemento Portland in basse percentuali (5% max) con la stessa sabbia calcarea indicata precedentemente. Le due miscele ottenute, sono state in seguito sottoposte a diverse prove di laboratorio allo scopo di valutare sia la stabilità dei materiali utilizzati, in termini di reciproca reattività dei componenti, igroscopicità, termostabilità e tendenza all'irrancidimento, che i principali parametri di resistenza. I dati ottenuti sono stati in seguito confrontati con numerosi valori relativi ai parametri propri di litologie carbonatiche di diversa natura ed a vario grado di cementazione ed a quelli analoghi di depositi argillosi ed argilloso-sabbiosi. In relazione ai diversi fattori di scala calcolati per le varie grandezze considerate è stato inoltre possibile stabilire delle relazioni di tipo previsionale, in grado di correlare i fenomeni osservati sul modello analogico in scala con quelli reali.