Analisi numerica dei processi di instabilità in cave sotterranee

Abstract

La presenza di estesi sistemi caveali in sotterraneo, utilizzati nel secolo scorso per l’estrazione di materiale da costruzione in diversi contesti del territorio italiano, di frequente determina situazioni di pericolo per l’ambiente antropizzato, a causa dello sviluppo di processi di instabilità, che possono propagarsi verso l’alto, sino a raggiungere la superficie. Specialmente nei casi in cui la memoria storica della presenza ed estensione delle cave sotterranee è andata persa, lo sviluppo urbanistico dei centri abitati nel corso degli ultimi decenni può avere determinato la realizzazione di abitazioni ed infrastrutture al di sopra, o nelle immediate vicinanze, di zone interessate da complessi sistemi ipogei. Il territorio di Marsala, in Sicilia occidentale, è caratterizzato da numerose cave per l’estrazione della locale roccia calcarenitica, realizzate a profondità variabili da pochi metri a circa 15 m, su livello singolo o su due livelli, seguendo la tecnica di scavo a gallerie e pilastri. Dopo la cessazione dell’attività estrattiva, le cave sono state abbandonate e si è inevitabilmente avviato un processo di decadimento delle proprietà fisiche e meccaniche dell’ammasso roccioso, che spesso ha determinato l’occorrenza di fenomeni di instabilità in sotterraneo. Tali fenomeni, documentati per la zona in esame a partire dagli anni 1960, consistono essenzialmente in collasso e deformazioni delle volte e dei pilastri degli ambienti ipogei. In più situazioni, essi si sono propagati verso l’alto sino a raggiungere la superficie topografica, con formazione di sprofondamenti che hanno coinvolto anche aree urbanizzate, producendo significativi danni. L’ultimo evento è avvenuto nel mese di novembre 2013, ed è presentato nel dettaglio in un altro contributo di questo congresso. Il presente lavoro descrive le analisi numeriche 2D e 3D agli elementi finiti, eseguite su un interessante caso di studio avvenuto nel giugno 2011 nella zona orientale della città di Marsala, prodotto dall’instabilità all’interno di una cava sotterranea, e che ha provocato danni ad un edificio scolastico. La disponibilità del rilievo completo della cava sotterranea, eseguito alcuni anni prima dello sprofondamento, congiuntamente a specifici rilievi geologico-strutturali all’interno degli ambienti ipogei, hanno permesso l’esecuzione di analisi a ritroso per la comprensione dei meccanismi di rottura e l’individuazione dei fattori responsabili dei meccanismi genetici dello sprofondamento. In particolare, verranno evidenziate e discusse le principali differenze riscontrate nel corso dell’esecuzione di analisi bi- e tri-dimensionali.