In questo articolo verrà trattato uno dei problemi cui sono soggette le strutture, in particolar modo le tubazioni interrate: la liquefazione del terreno. L’argomento è particolarmente importante nel settore oil & gas.

Anzitutto, in breve, cosa si intende per liquefazione del terreno? La liquefazione è quel fenomeno che si ha quando un terreno saturo privo di coesione passa dallo stato solido a quello liquido. Il passaggio di fase è dovuto all’incremento della pressione interstiziale e la perdita di resistenza a taglio.

La gravità del fenomeno è accentuata quando si è in presenza di carichi superficiali o scuotimenti del suolo. C’è da dire inoltre che tale fenomeno può manifestarsi in vari modi, principalmente:

• diffusione;
• scorrimento fluido;
• perdita di portanza.

La diffusione la si ha quando uno strato superficiale comincia a muoversi su quello sottostante a causa della liquefazione di quest’ultimo. Si immagini un pezzo di legno che scorre su una superficie fluida leggermente inclinata (con inclinazioni basse, dell’ordine di 0.5-1.0°). Il fenomeno della diffusione è uno dei più distruttivi per le tubazioni interrate.

Lo scorrimento fluido lo si ha quando porzioni di terreno vengono letteralmente trasportati dalla massa liquefatta in movimento. E’ un fenomeno che può verificarsi sovente in terreni costituiti da sabbie sciolte e, ovviamente, in siti sottomarini. Per quanto pericoloso, lo scorrimento fluido è un fenomeno meno devastante del precedente, dato che le forze impresse dal flusso sono minori di quelle che competono al terreno soggetto a diffusione.

La perdita di capacità portante è dovuta alla perdita di resistenza a taglio del terreno, la quale conduce a grandi deformazioni superficiali. Uno degli eventi tragici e più rappresentativi di questo fenomeno lo si ebbe nel 1964, con il terremoto di Niigata, con la distruzione del Kawagishi-cho Apartment Complex.

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Il fenomeno può essere studiato mediante due procedure diverse:

• in situ;
• in laboratorio.

Tra i metodi in situ più recenti vi sono quelli che si rifanno all’impiego di risultati ottenuti da prove penetrometriche, pressurimetri, e prove downhole; il riferimento è costituito dagli studi di Seed ed Idriss (1971), rivisti da Seed negli anni seguenti (1979 e 1983). Di seguito è mostrata la correlazione individuata dal Metodo di Seed.

Il numero di colpi, opportunamente corretto, conduce alla determinazione della forza di liquefazione. Quest’ultima viene confrontata con la tensione tangenziale media indotta dal sisma calcolata come:

dove:

γ = peso totale dell’unità di volume del terreno;

H = profondità di interesse;

amax = massima accelerazione del suolo in superficie;

rd = fattore di deformabilità;

g = accelerazione gravitazionale.

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Il fattore di deformabilità varia con la profondità, come mostrato nell’immagine che segue:

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E’ possibile definire il coefficiente di sicurezza nei confronti della liquefazione (SF = Safety Factor) come il rapporto tra la forza di liquefazione τ_liq e la tensione tangenziale indotta dal sisma, τ_media.

In base al fattore di sicurezza possiamo affermare:

• SF > 1.5 => il potenziale di liquefazione è basso;
• 1 < SF < 1.5 => il potenziale di liquefazione è moderato;
• SF < 1 => il potenziale di liquefazione è elevato.

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Da evidenziare come il Metodo di Seed sia relativo a terreni costituiti da sabbia ghiaiosa, sabbia e sabbia limosa; alcuni terreni, come i limi, non possono essere inclusi nella correlazione di Seed.

(Per i vari tipi di terreni si veda l’articolo “Identificazione e classificazione dei terreni: ghiaia, sabbia, limo, argilla, etc.“).

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L’argomento è vastissimo e ci sarebbe molto altro da dire, come ad esempio i metodi da laboratorio oppure altri fenomeni distruttivi oltre quello della liquefazione.

Ad ogni modo, è possibile che l’argomento possa essere incluso nella versione 1.4 del PROCOID; si veda l’articolo “PROCOID – PROgetto COstruzioni IDrauliche v. 1.3 (dimensionamento serbatoio, blocchi di ancoraggio, verifica statica tubazioni interrate, verifica alla massima pressione, verifica alla massima depressione)“.

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Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare l’autore a:

ofs@hotmail.it

Ing. Onorio Francesco Salvatore