Anna Chiaradonna, ricercatore a tempo determinato ex art. 24, co. 3, lettera a) Legge 240/2010, per il settore scientifico-disciplinare ICAR/07 – Settore concorsuale 08/B1 - Geotecnica nell’ambito del progetto PON-AIM “Modellazione e monitoraggio del rischio sismico ed idrogeologico ai fini del miglioramento della capacità di resilienza dei sistemi urbani”.

1.     Obiettivi della ricerca

Le attività di ricerca perseguono l’obiettivo finale e a lungo termine di contribuire al raggiungimento degli obiettivi per la mitigazione dei rischi naturali di notevole impatto sui sistemi urbani, fra i quali quello sismico, così come definito dal progetto finanziato PON-AIM “Modellazione e monitoraggio del rischio sismico ed idrogeologico ai fini del miglioramento della capacità di resilienza dei sistemi urbani”.

Le finalità ultime del progetto sono relative alla messa a punto di una strategia complessiva della gestione del rischio sismico ed idrogeologico attraverso la ricostruzione del modello del sottosuolo che interagisce con l’infrastruttura, la modellazione fisico-matematica e numerica e il monitoraggio geomatico del sistema sottosuolo-infrastruttura.

Nell’ambito della specificità delle competenze del settore dell’Ingegneria Geotecnica, gli obiettivi di progetto sono perseguiti attraverso l’impiego congiunto di dati acquisiti per la ricostruzione delle unità geotecniche del sottosuolo e la loro parametrizzazione tramite rilievi geologici di superficie, sondaggi, prove geotecniche in sito con tecniche avanzate (quali ad esempio, prove penetrometriche statiche, CPT, e prove dilatometriche sismiche, SDMT), misure inclinometriche e piezometriche, indagini geofisiche in foro e superficiali (sismiche, geoelettriche), misure in laboratorio delle proprietà fisico-meccaniche su campioni indisturbati in condizioni statiche e cicliche/dinamiche.

Accanto alle attività legate alla caratterizzazione geotecnica dei siti oggetto di studio (sia attraverso indagini in sito che prove di laboratorio avanzate; interpretazione di misure inclinometriche e piezometriche), si accompagnano le necessarie attività di elaborazione dei risultati al fine di definire un solido modello geotecnico del sottosuolo finalizzato alla modellazione numerica dei sistemi sottosuolo-infrastruttura in condizioni statiche e dinamiche, nonché all’analisi di rischi specifici (ad es. liquefazione, instabilità di versanti e fronti di scavo); definizione di scenari di rischio in relazione al quadro deformativo osservato.

2.     Attività di ricerca svolte

Al fine di conseguire gli obiettivi di progetto attesi, sono state eseguite attività di ricerca dalla micro alla macro-scala di indagine, finalizzate alla comprensione del comportamento ciclico e dinamico dei terreni e alla messa a punto di metodologie innovative o miglioramento delle procedure esistenti per la mitigazione degli effetti di sito e instabilità del territorio indotti da eventi sismici (liquefazione, sinkhole, ecc).

Nello specifico, le attività svolte nel corso del biennio 2019-2021 sono state dedicate allo studio delle criticità dei terreni granulari sciolti suscettibili del fenomeno della liquefazione sismo-indotta.

La liquefazione sismo-indotta è un fenomeno che interessa quelle aree caratterizzate, al contempo, da elevata sismicità, e dalla presenza di depositi di terreno saturo, di natura essenzialmente granulare e con scarso grado di addensamento.

Da un punto di vista strettamente tecnico, la liquefazione è un fenomeno che interessa i terreni a grana grossa prevalentemente sabbiosi, sciolti e saturi, tendenzialmente quando soggetti a uno stato di confinamento iniziale modesto, ad esempio perché a limitata profondità dal piano campagna (Silvestri e Santucci de Magistris, 2015).

Quando i carichi esterni sono applicati molto rapidamente, come nel caso di un terremoto, le condizioni di drenaggio impedite possono determinarsi anche in terreni a grana grossa. Di conseguenza, può verificarsi un aumento della pressione interstiziale con riduzione degli sforzi normali di contatto tra le particelle solide, a cui corrisponde una diminuzione della rigidezza e della resistenza del terreno.

In concomitanza di eventi sismici di particolare intensità, e qualora lo stato iniziale del terreno sia caratterizzato da tensioni efficaci ridotte e scarso addensamento, la sovrappressione interstiziale può raggiungere valori tanto elevati da far perdere il mutuo contatto tra le particelle solide. In questa condizione limite, lo stato tensionale efficace si annulla e il terreno inizia a comportarsi come un fluido pesante, ovvero si presenta liquefatto o nella condizione di liquefazione.

Trattasi ad ogni modo di una condizione temporanea, poiché lo squilibrio idraulico innesca immediatamente un processo di consolidazione fino all’azzeramento delle sovrappressioni generate dal sisma. Al ripristino delle condizioni idrauliche al contorno si associano deformazioni permanenti del terreno.