Che cos’è la liquefazione del terreno?

di Caterina Guacci

Trovarsi in una situazione scomoda o critica e non saper reagire immediatamente proprio a causa della sua imprevedibilità. Sarà sicuramente capitato a tutti, almeno una volta, di provare la sgradevole sensazione del sentirsi mancare il terreno sotto i piedi. Questa situazione accade davvero, ed è più frequente di quanto si possa pensare, specialmente quando parliamo di geotecnica.

Molto spesso infatti abbiamo a che fare con la liquefazione del terreno, specialmente durante gli eventi sismici, fenomeno che causa gravi danni a strutture che magari hanno ben resistito al terremoto.

Che cos’è la liquefazione del terreno?

Un esempio rappresentativo di questo fenomeno sono le sabbie mobili, un ammasso di sabbia fine soggetta al fenomeno indicato con il termine di tissotropia. In chimica e in fisica la tissotropia è la capacità, presentata da alcuni gel, di passare allo stato liquido per effetto di semplice agitazione o sotto l’azione di vibrazioni, per poi tornare a coagularsi quando l’azione meccanica perturbatrice viene sospesa. Non bisogna andare molto lontano per trovare un esempio di applicazione di questo fenomeno. Basta andare nel proprio frigo, prendere un vasetto di ketchup, maionese o senape, scuoterlo e osservare come la massa cominci a diventare più liquida man mano che viene stata agitata. Continuandolo ad agitare si ha una dimostrazione pratica di che cosa sia la tissotropia: il cambiamento di viscosità di un fluido a seconda delle sollecitazioni a cui è sottoposto. Il passaggio a ciò succede nei terreni sottoposti ad agitazioni, come gli eventi sismici, è semplice e immediato.

Dal ketchup ai terreni

Il terreno, in ingegneria sismica, può essere classificato come una colonna deformabile a taglio, che determina un’amplificazione del moto sismico in superficie rispetto al moto su roccia al di sotto del suolo. Può quindi capitare che per effetti di amplificazione locale dovuta al terreno stesso, eventi sismici più distanti producano effetti maggiori rispetto agli effetti indotti da terremoti vicini. La funzione di amplificazione è ottenuta dal rapporto tra il moto in superficie e quello alla base della colonna di terreno deformabile prima citata. Questa è a sua volta funzione dell’altezza del deposito, del rapporto tra le densità degli strati del terreno stesso e delle corrispondenti velocità di propagazione delle onde al loro interno.

A seconda della tipologia di suolo e delle sue caratteristiche si possono presentare diverse situazioni, tra le quali appunto il fenomeno di liquefazione dei terreni. E’ un evento che si manifesta in concomitanza di eventi sismici di una certa intensità, solitamente magnitudo superiore a 5.5-6, ed interessa particolarmente terreni sabbiosi, posti al di sotto del livello di falda. Qui, a seguito del sisma, si genera un accumulo di pressione interstiziale dell’acqua presente negli interstizi, che causa l’annullamento della resistenza del terreno e la conseguente fuoriuscita di materiale sabbioso misto ad acqua.

Questo comportamento è riassunto dalla formula della resistenza a taglio:

τ = (σ’n – Δu) tg φ’

Questa formula dice che la resistenza (τ) del terreno si annulla allorquando l’incremento della pressione interstiziale (Δu) generata dal sisma eguaglia la tensione normale efficace agente (σ’n). Bisogna però obbligatoriamente fare una distinzione: per ora si è parlato di terreni a matrice sabbiosa, per il parallelismo iniziale con le sabbie mobili, ma il fenomeno influenza anche altre tipologie, come ad esempio quelli argilloso-limosi, come nel caso del video sottostante.

Questi, ad onor di cronaca, registrano in condizioni dinamiche un grado di fragilità di molto inferiore rispetto alle sabbie. Il video è stato girato a Santa Vittoria in Matenano, in provincia di Fermo, nelle Marche, a seguito dell’evento sismico del 30 ottobre 2016 di magnitudo 6.5.

Come evitare la liquefazione del terreno

La liquefazione del terreno è un fenomeno spesso distruttivo e devastante, che dipende dalla natura del terreno e dall’intensità del sisma. Esso, tramite l’abbassamento e il sollevamento del terreno, causa la perdita di capacità portante delle fondazioni, portando al cedimento della struttura e a volta a veri e propri ribaltamenti rigidi, senza danni gravi o collassi globali. Per evitare la liquefazione, è necessario agire su uno dei due parametri definiti prima. Poiché costruire in zona ed elevata sismicità è necessario, data la conformazione del nostro territorio e vuoi ormai per le avanzate tecniche di progettazione antisismica, diventa di fondamentale importanza un’opportuna scelta del sito di costruzione.

Esistono però anche interventi mirati di consolidamento di terreni liquefacibili tramite iniezioni di cementi e resine.