Studio delle caratteristiche di creep e modello costitutivo della mudstone rossa del Sichuan orientale

Deformazioni differite nelle rocce tenere: uno studio sulle mudstone rosse del Sichuan orientale

La stabilità nel tempo di scavi in profondità, in particolare per gallerie di grande luce che attraversano zone di faglia, dipende in modo critico dal comportamento reologico delle rocce incassanti. Una recente ricerca ha analizzato le caratteristiche di scorrimento viscoso (creep) della mudstone rossa, litotipo particolarmente diffuso nel bacino del Sichuan orientale.

Lo studio ha preso in esame il caso della Galleria Jishan, con carotaggi prelevati a 370 metri di profondità nel tratto di roccia di V categoria, la peggiore secondo la classificazione geomeccanica cinese. La campagna sperimentale ha compreso prove di compressione monoassiale e triassiale per la determinazione dei parametri meccanici di base, integrate da prove di creep a carico crescente per valutare la risposta tempo-dipendente del materiale.

Parametri di resistenza e modellazione del comportamento viscoso

Dalle prove di creep è stata individuata una resistenza di lungo periodo pari a 19,2 MPa, valore nettamente inferiore alla resistenza di picco misurata nelle prove tradizionali. Le analisi hanno mostrato che il modello di Burgers dipendente dallo stress, in cui i parametri viscosi evolvono con il livello di carico applicato, descrive in modo soddisfacente le deformazioni osservate.

I ricercatori hanno applicato l’algoritmo di Levenberg-Marquardt per ricavare i parametri variabili del modello costitutivo. Successivamente è stato possibile estrarre i parametri tridimensionali necessari per la validazione numerica del comportamento reologico. La calibrazione del modello ha permesso di riprodurre fedelmente le curve di deformazione nel tempo per diversi livelli di tensione.

Implicazioni progettuali per il contenimento dei rischi reologici

I risultati dello studio forniscono indicazioni operative per la progettazione delle gallerie in ammassi rocciosi interessati da faglie. Sono state formulate raccomandazioni specifiche riguardo ai tempi di messa in opera dei rivestimenti e ai meccanismi di cedimento da assecondare o contrastare.

Per i tecnici impegnati nella progettazione di opere in sotterraneo, la ricerca conferma l’importanza di caratterizzare il comportamento viscoso delle rocce tenere attraverso prove di creep a step, evitando di basarsi esclusivamente su prove di resistenza istantanea. La modellazione con il modello di Burgers, opportunamente calibrato per i diversi livelli di stress, consente di prevedere gli spostamenti differiti e quindi di ottimizzare i tempi di installazione dei supporti, riducendo i rischi di collasso per fenomeni reologici nelle zone di faglia.