Corsi di laurea specialistica
A cura di:
Vincenzo Francani (Tethys srl)
Il lavoro analizza il fenomeno della subsidenza indotta dal drenaggio di acquiferi profondi in ammassi rocciosi cristallini, tradizionalmente considerato trascurabile. Il caso studio del Tunnel del San Gottardo dimostra invece che lo scavo e il drenaggio continuo delle acque sotterranee possono generare abbassamenti della superficie fino a circa 10–12 cm, anche in rocce compatte come gneiss e graniti.Il meccanismo principale è di natura idromeccanica: la riduzione della pressione di poro dovuta al drenaggio aumenta gli sforzi efficaci nella roccia, causando una deformazione volumetrica progressiva assimilabile a un processo di consolidazione su larga scala.Un ruolo centrale è svolto dal coefficiente di Biot (α), che controlla il grado di accoppiamento tra fluido e scheletro roccioso. Valori elevati (α ≈ 0.7 nel caso analizzato) amplificano significativamente la subsidenza, rendendola proporzionale alla variazione di pressione e al volume drenato.Il comportamento del sistema è fortemente influenzato dalla struttura dell’ammasso roccioso, in quantole fratture aperte governano il drenaggio rapido,mentre la matrice rocciosa determina la deformazione lenta e di lungo periodo.La subsidenza risulta quindi un fenomeno non lineare e multi-scala, controllato non solo dai parametri idraulici e meccanici, ma soprattutto dalla connettività idraulica delle discontinuità.In conclusione, lo studio evidenzia che la subsidenza in rocce cristalline può essere significativa, mentre il drenaggio indotto da tunnel è un fattore critico. La previsione richiede modelli integrati geologici, idraulici e geomeccanici, ma in sostanza la connettività del sistema è il principale elemento di controllo del fenomeno.AbstractThe study analyzes the phenomenon of subsidence induced by the drainage of deep aquifers in crystalline rock masses, traditionally considered negligible. The case study of the Gotthard Tunnel demonstrates that excavation and continuous groundwater drainage can instead produce surface subsidence of up to about 10–12 cm, even in compact rocks such as gneiss and granite.The main mechanism is hydro-mechanical: the reduction of pore pressure caused by drainage increases effective stress within the rock, leading to progressive volumetric deformation comparable to a large-scale consolidation process.A key role is played by the Biot coefficient (α), which controls the coupling between fluid pressure and the rock skeleton. High values (α ≈ 0.7 in the studied case) significantly amplify subsidence, making it proportional to pressure variation and drained volume.The system behavior is strongly influenced by the structure of the rock mass:a)fractures control rapid drainage;b)the rock matrix governs long-term, slow deformation.Subsidence is therefore a nonlinear, multi-scale phenomenon, controlled not only by hydraulic and mechanical parameters but especially by the hydraulic connectivity of discontinuities.In conclusion, the study highlights that subsidence in crystalline rocks can be significant , and that tunnel-induced drainage is a critical factor, but reliable prediction requires integrated geological, hydraulic, and geomechanical models. Ultimately system connectivity is the main controlling factor of the phenomenon.
A cura di:
Vincenzo Ettore Francani
Uno degli argomenti di maggiore interesse sono i metodi utilizzati per determinare come avviene la circolazione idrica in un acquifero profondo nelle aree appenniniche, dove si mescolano problemi derivanti dalla presenza di idrocarburi in alcune formazioni appartenenti al Complesso delle Argille Scagliose con quelli della circolazione gas e di acque saline in serpentiniti, oficalci e altre formazioni (Flysch , diaspri e calcari selciferi, calcari tipo Biancone ecc.).In questo scritto viene fornito un inquadramento generale che inizia a mettere a fuoco le necessità e gli obiettivi delle varie tipologie di indagine che possono fornire ai progettisti le conoscenze fondamentali sulla circolazione dei fluidi.Per meglio chiarire gli aspetti essenziali di questi problemi ed esporre le soluzioni adottate, si vuole passare da un caso semplificato derivante dalle esperienze fatte dal Politecnico di Milano (Fondazione Lerici) nell’immediato dopoguerra e negli anni successivi fino al 1975 circa. L’acquifero profondo oggetto di studio si trova nella zona del Passo del Bracco fra Sestri Levante, La Spezia e Varese Ligure. Esso è costituito da acque di formazione delle Argille Scagliose, molto saline , derivanti da processi di decomposizione di sostanze organiche , di permeabilità oscillante fra 0,01 e 0,001 m/giorno , spesso accompagnate da gas metano . Le Argille hanno uno spessore di circa 300 m, a cui si sovrappongono circa 150 m di oficalci , serpentiniti e 50 m di depositi terziari e più recenti poco permeabili .I carichi litostatici sono determinati da rocce con densità (kg/m3 ) variabili fra 2,5 nelle argilliti a 2.6 m oficalci e serpentiniti fratturati e 2.5 nelle formazioni terziarie. Molte faglie percorrono oficalci e argilliti, mediamente una ogni 25 m, orientate sia NS sia EO. Il bacino ha una superficie di 25 km 2 e non risulta alimentato nè lateralmente nè da infiltrazione, anche per la scarsezza di faglie nelle formazioni terziarie di copertura.Il sistema è quindi un classico esempio di bacino idrogeologico chiuso, in cui la dinamica dei fluidi non è governata da una ricarica meteorica superficiale, ma da processi di compattazione, decompressione litostatica e migrazione attraverso discontinuità strutturali (faglie, diaclasi).Poiché il sistema non è alimentato, non possiamo parlare di una "falda" nel senso classico, ma di un acquifero con fluidi in regime di sovrapressione dei pori (pore pressure), evoluto in equilibrio con il carico litostatico e la produzione di gas.
A cura di:
Francani Vincenzo - Carla Rampolla
La circolazione delle acque sotterranee negli ammassi rocciosi è condizionata dalla distribuzione della permeabilità. Lungo le zone di faglia si riscontrano livelli impermeabili (gouge) in corrispondenza della faglia, cioè nel cosiddetto fault core, lateralmente ai quali la permeabilità è talora molto elevata. Infatti nelle zone di frattura (damage zones) le discontinuità hanno apertura spesso centimetrica e si intersecano fittamente, con elevata interconnettività. Queste due proprietà favoriscono una facile circolazione idrica lungo le damage zones (DZ). Il flusso idrico avviene con modalità diverse secondo la struttura delle DZ, e le conseguenze per le caratteristiche tecniche dell’ammasso roccioso si differenziano ampiamente secondo tale struttura. E’ quindi opportuno esaminare sia le diverse strutture della DZ sia le conseguenze per il flusso idrico e la stabilità che ciascuna di esse generalmente comporta.
