Introduzione all'analisi di stabilità
Un pendio, sia esso naturale o artificiale, può porsi in movimento, sotto l'effetto del peso proprio e di eventuali carichi esterni, dando luogo a fenomeni di tipo franoso che possono comportare pesanti conseguenze, sia dal punto di vista umano che economico. L'analisi di stabilità del pendio riguarda le relazioni che intercorrono tra le caratteristiche meccaniche del terreno che si oppongono al moto di scivolamento e le forze che invece tendono a provocarli.
Operazioni preliminari all’analisi
L'analisi presuppone generalmente i seguenti passi preliminari:
- Definizione del profilo longitudinale del pendio mediante rilievo della zona in esame.
- Definizione della stratigrafia mediante ingagini geofisiche e un sufficiente numero di sondaggi con prelievo di campioni indisturbati.
- Definizione delle caratteristiche fisiche e dei parametri di resistenza meccanica di ciascuna stratigrafia mediante prove di laboratorio sui campioni.
- Installazione di piezometri per determinare la presenza di falde e la loro escursione.
La stima della sicurezza
Definito così il contesto ed i parametri in gioco, l'analisi di stabilità del pendio si riconduce alla valutazione del coefficiente di sicurezza che il pendio offre rispetto all'insorgenza del movimento franoso ed alla previsione delle modalità cinematiche del moto di scivolamento. In questo contesto ha importanza una corretta definizione della superficie "critica" lungo cui avviene lo scivolamento.
Approcci di analisi
Sono fondamentalmente possibili due approcci di analisi, basati rispettivamente su una schematizzazione agli elementi finiti o su criteri di equilibrio limite.
Il metodo degli elementi finiti
Nel metodo agli elementi finiti il pendio viene schematizzato come continuo elasto-plastico, dotato di opportuna legge di incrudimento che simuli il comportamento meccanico dei terreni.
La discretizzazione del pendio
L'intero pendio è discretizzato, suddiviso cioè in un reticolo relativamente fitto di piccoli elementi, all'interno dei quali l'andamento delle principali funzioni incognite (componenti dello spostamento e della tensione) è individuato dai valori che queste assumono nei vertici dell'elemento (nodi del reticolo di discretizzazione). Il comportamento del pendio può così ricondursi ad un sistema nonlineare di equazioni algebriche che, per quanto caratterizzato da un numero elevato di variabili (usualmente una discretizzazione accurata genera problemi dell'ordine delle diverse migliaia di variabili), può essere risolto per via numerica sfruttando la potenza di calcolo offerta dagli attuali calcolatori.
L’analisi incrementale
L'analisi è usualmente condotta per via incrementale, facendo crescere il carico esterno (o diminuendo la resistenza del terreno) mediante una successione di piccoli incrementi, fino al manifestarsi del fenomeno franoso. Risulta in genere estremamente onerosa e a volte di difficile interpretazione, per il gran numero di parametri coinvolti. Tuttavia, una corretta impostazione del metodo (definizione del legame costitutivo, tipo di elementi utilizzati, disposizione del reticolo di discretizzazione e conduzione della strategia incrementale) fornisce una valutazione accurata della sicurezza allo scivolamento, accompagnata da numerose altre informazioni relative allo stato di tensione e di deformazione che si sviluppa nel corso del fenomeno franoso.