Meccanica delle Rocce (foto 1) (con annesso - laboratorio ... · Luigi SAMBUELLI DIATI Prof. Ordinario Ricerca . ISTITUTO DI GEOLOGIA AMBIENTALE E GEOINGEGNERIA – Sede di Torino

- Meccanica delle Rocce (foto 1) (con annesso - laboratorio di taglio e preparazione dei materiali

lapidei) (foto 2), dotato di: macchina di carico (pressa) rigida, servocontrollata (con tecnologia digitale), da 2700 kN (foto 3, 4), corredata di cella di carico, per l’esecuzione (automatica / manuale) di saggi di vario tipo, con differenti parametri di controllo (carico/deformazione) ed in condizioni di vario tipo: quasi statiche, creep “veloce”, dinamiche a bassa frequenza; corredi di trasduttori estensimetrici specifici per saggi di compressione monoassiale, di resistenza a trazione di vario tipo, di tenacità e propagazione della frattura; cella triassiale da 100 MPa di confinamento ed apparato riscaldante per prove confinate ed in temperatura sino a 150 °C, corredata di appositi estensimetri longitudinale e circonferenziale. Macchine di carico convenzionali: monodirezionale da 3000 kN (foto 5) e bidirezionale (compressione, trazione) da 50 kN (foto 6), corredate di celle di carico e di cella triassiale. Macchine di taglio con attuatori (orizzontale e verticale) da 500 kN e da 50 kN (foto 7, 8). Macchina di carico a pesi diretti da 500 kN per prove di creep “lento” (foto 9). Dilatometro lineare per provini NX operativo sino a 1500 °C (foto 10); banco di prova con base ribaltabile motorizzata per prove di scivolamento lungo discontinuità per peso proprio (tilt test). Profiligrafo laser motorizzato sui 2 assi per rilievo automatico asperità di superfici di discontinuità di grande area (1 m2). Apparecchiature per la determinazione degli indici di: punzonamento (point load test), sclerometrico e di rugosità; della velocità delle onde ultrasoniche da saggio pulsato su provino (pulse bar test) e pressa di contrasto.

Responsabile Dott. Ing. G. Iabichino.

- Qualificazione dei materiali litoidi e di Preparazione dei minerali (in collaborazione con il Dipartimento presso cui ha sede l’IGAG CNR) (foto 11) attrezzato per l’esecuzione di test di qualificazione secondo gli standard più diffusi nel mondo ed in particolare dotato di camera ad atmosfera controllata (nebbia salina, acida, ecc.) (foto 12) per prove di invecchiamento artificiale di lapidei ; microdurimetro Leitz per saggi di microdurezza tipo: HV, HK, HB e strisciamento; NCB indenter (foto13); bagno termostatizzato per prove gelività (foto 14); tribometro Amsler; porosimetro a mercurio; mulini per prove tipo: Los Angeles, Deval, MicroDeval; microscopi; forni; equipaggiamenti per saggi granulometrici, densimetrici e di macinabilità (foto 15, 16).

Responsabile Dott. Paola Marini.

- Modellazione numerica e calcolo automatico, dotato di codici di calcolo “general purpose” quali

flac, udec, map3d, per analisi relative a problemi di campo (ad es.: sforzo-deformazione in strutture continue e discrete con tecniche: FEM, FD, BEM, DEM) e di programmi di calcolo specifici messi a punto internamente all’IGAG per analisi ed elaborazione dati di vario tipo (ad es.: interpretazione rilievo geologico strutturale), acquisizione dati da sensori, controllo delle macchine prova-materiali; codici di calcolo “general purpose” per analisi statistica, sviluppi matematici, grafica, data base.

Responsabile Dott. Ing. Pierpaolo Oreste.

- Sicurezza ed igiene del lavoro (in collaborazione con il Dipartimento presso cui ha sede l’IGAG

CNR) (foto 17, 18) dotato di attrezzatura per rilievo rumore (catena Bruel e Kjer); attrezzatura per rilievo vibrazioni indotte da macchine operatrici; analizzatori di gas; captatori polveri; attrezzatura per rilievo parametri termofisici in correnti di ventilazione.

Responsabile Dott. Ing. M. Patrucco.

Detti laboratori possono svolgere, anche su richiesta, sia attività di ricerca, sia determinazioni sulle

caratteristiche fisico-meccaniche delle rocce secondo gli standard nazionali ed internazionali specifici dei settori Meccanica delle Rocce e Qualificazione dei Materiali Lapidei.

La sede di Torino dell’IGAG CNR è inoltre attrezzata per effettuare determinazioni di caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche sulle rocce in posto. A tal fine sono disponibili

ISTITUTO DI GEOLOGIA AMBIENTALE E GEOINGEGNERIA – Sede di Torino

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specifiche attrezzature quali carotieri semplici e doppi, dispositivi per la misura stato di sforzo naturale o indotto secondo le metodiche bidimensionali e tridimensionali del rilascio tensionale (doorstopper, CSIRO) e della fratturazione idraulica in fori di piccolo diametro (foto 19, 20, 21), pompe e trasduttori di spostamento per la misura dello stato di sforzo con martinetti piatti, attrezzatura per prova di carico su piastra per la determinazione della deformabilità, nastro per misure di convergenza in galleria, sonde piezometriche, sonde termometriche, termometro a radiazione totale, attrezzatura per il riscaldamento di pareti di roccia (lampade, termistori, ...) per misure di conducibilità termica in sito. Vengono inoltre effettuati sia progettazione di sistemi di monitoraggio di parametri geotecnici e ambientali, sia controlli statici di pareti o vuoti naturali e/o artificiali mediante sensori di differente tipologia (anche sviluppati in sede) e con acquisizione e trasferimento dati in tempo reale, con tecnologia wireless (foto 22, 23).


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Foto 1: laboratorio di meccanica delle rocce.

Foto 2: laboratorio di taglio e preparazione dei materiali lapidei.


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Foto 3: macchina di carico rigida servocontrollata.

0 1000 2000 3000 4000

STRAIN LONG (µstrain)

0

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ST

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(M

Pa

)

Foto 4: particolare di saggio di compressione semplice condotto con pressa rigida servocontrollata, oltre il picco di massima resistenza.


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Foto 5: macchina di carico convenzionale monodirezionale.

Foto 6: macchina di carico convenzionale bidirezionale.


6

Foto 7: particolare del telaio della macchina di taglio diretto da 500 kN.

Foto 8: macchina di taglio diretto da 50 kN (motorizzata), equipaggiata con trasduttori di spostamento verticali e orizzontali.


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Foto 9: macchina di carico per prove di creep.


8

Foto 10: dilatometro lineare per elevate temperature.


9

Foto 11: laboratorio per la qualificazione dei materiali litoidi.

Foto 12: camera ad atmosfera controllata.


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Foto 13: microdurimetro.

Foto 14: bagno termostatizzato per prove di gelività.


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Foto 15: laboratorio di preparazione dei minerali.

Foto 16: laboratorio di preparazione dei minerali.


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Foto 17: laboratorio di sicurezza ed igiene del lavoro.

Foto 18: laboratorio di sicurezza ed igiene del lavoro.


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Foto 19: fasi attuative di sito per la determinazione dello stato tensionale piano, naturale e/o indotto, condotto con la cella CSIR – Doorstopper modificata (Alpi Apuane e Galleria Autostradale del Monte Bianco).


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0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500Tempo trascorso (s)

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10

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CCG Overcoring HI cell Foro 3

-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300Deformazioni (m/m) x 10-6

0

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Sollecitazione Assiale (MPa)

Def_Long

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CCG Foro2 Lab

Foto 20: fasi attuative di sito e di laboratorio per la determinazione dello stato tensionale 3D naturale e/o indotto, condotto con la CSIRO HI cell modificata (Alpi Apuane).


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Fratturatore idraulico per fori di piccolo diametro (BX size)

ACFV

ACFO

Foto 21: illustrazione grafica e foto dell’attrezzatura per la determinazione in sito dello stato tensionale piano con fratturatore idraulico di piccolo diametro denominato - Hydrofrac modificato (Alpi Apuane).


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Foto 22: schema di impianto di monitoraggio progettato e attivato presso una cava in sotterraneo di pietra ornamentale (Massiccio orientale dell’Ortles).


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Foto 23: condizionatori di segnale per corde vibranti, multiplexer, voltmetri, clinometri e Data – Logger progettati e realizzati presso il laboratorio di Meccanica delle rocce dell’IGAG CNR, utilizzati per la realizzazione di impianti di monitoraggio operanti in automatico.


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Organico:

Responsabile di Sede: Dott. Ing. Giorgio Iabichino

Personale di ricerca del Consiglio Nazionale delle Ricerche e del Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture operante presso la Sede di Torino del CNR-IGAG:

Nominativo Ente Qualifica Funzione

Giovanni Andrea BLENGINI DIATI Ricercatore Ricerca

Marilena CARDU DIATI Prof. Associato Ricerca

Masantonio CRAVERO CNR Dirigente di Ricerca (associato) Ricerca

Marina DE MAIO DIATI Prof. Associato Ricerca

Mariangela DUTTO CNR Tecnologo Amministrativa/Tecnica

Corrado FIDELIBUS UNIBA Ricercatore (associato) Ricerca

Giorgio IABICHINO CNR Primo Ricercatore Ricerca

Andrea Maria LINGUA DIATI Prof. Associato Ricerca

Paola MARINI DIATI Ricercatore Ricerca

Pier Paolo ORESTE DIATI Prof. Associato Ricerca

Giovanni MUREU DIATI Funzionario Tecnico Tecnica

Mario PATRUCCO DIATI Prof. Ordinario Ricerca

Daniele PEILA DIATI Prof. Associato Ricerca

Luigi SAMBUELLI DIATI Prof. Ordinario Ricerca


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Competenze e mezzi di ricerca disponibili

L'area d’attività di ricerca della Sede di Torino dell’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria (CNR-IGAG), che ha sede presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Ambiente, del Territorio e delle Infrastrutture (DIATI) del Politecnico di Torino, è riconducibile ad argomenti di indagine connessi allo sviluppo della linea di ricerca, ad ampio spettro, denominata Geoingegneria, costituente uno dei due ambiti operativi istituzionali dell’Istituto stesso. In maggior dettaglio la ricerca sviluppata presso la Sede di Torino dell’IGAG-CNR ha sia carattere di ricerca di base sia carattere di ricerca applicata. Nel primo ambito gli studi hanno come obiettivo la definizione del comportamento delle rocce a differenti scale, sotto le svariate azioni cui vengono sottoposte ai fini dell'escavazione e della lavorazione, nonché delle metodologie necessarie a caratterizzarle in modo tecnologicamente utile (tra queste ultime sono annoverate quelle proprie della geofisica). Naturalmente i temi di indagine indicati sono prevalentemente orientati sugli aspetti che hanno rilevanza applicativa, come risulta dal seguente prospetto di dettaglio dei programmi di ricerca in corso:

Scala Proprietà e/o fenomeni indagati Principali aspetti applicativi connessi. Micro Inomogeneità micro meccanica della roccia;

Porosità e degrado. Ottimizzazione di utensili e micro utensili per l'estrazione e la lavorazione; Previsione di abrasività e resistenza all'abrasione delle rocce; Qualificazione dei materiali rocciosi ai fini del loro impiego; Interrelazioni tra caratteristiche di composizione e comportamento meccanico; Tecniche di comminuzione.

Monolito Comportamento dei materiali rocciosi nell'imminenza del cedimento (emissione acustica).

Stabilità e monitoraggio di strutture in roccia; Criteri do progettazione opere in roccia; Fatica statica (Creep); Comportamento "post rottura" dei materiali rocciosi; Abbattimento e comminuzione; Meccanismi di innesco e propagazione delle fratture nelle rocce; Caratterizzazione elettromagnetica delle rocce.

Controllo non distruttivo e valutazione non distruttiva delle caratteristiche dei materiali rocciosi (metodi ultrasonici ed elettrici, "mi-crogeofisica").

Rilevamento preventivo di difetti; Utilizzo ottimale dei risultati di laboratorio nella progettazione.

Effetti di scala nella sperimentazione sui materiali rocciosi.

Comportamento a lungo termine dei materiali rocciosi; Fatica ciclica dei materiali rocciosi; Caratteristiche termiche dei materiali rocciosi, e comportamento degli stessi alle minime temperature.

Massa rocciosa

Interrelazione fra caratteristiche rilevate con metodologie geofisiche (sismica, georadar geoelettrica,) e comportamenti geomeccanici.

Previsioni di comportamento nello scavo e nella successiva vita delle opere sotterranee.


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Nel secondo ambito sono essenzialmente sviluppati studi inerenti le problematiche dell'escavazione, della stabilità e stabilizzazione delle rocce, dei connessi problemi di sicurezza del lavoro e protezione dell'ambiente, e della caratterizzazione tecnologica delle rocce in vista del loro impiego nelle costruzioni. Anche per i temi di indagine ora indicati nel seguito è esposto un sintetico dettaglio in forma di tabella riassuntiva.

Proprietà e/o fenomeni indagati Principali aspetti applicativi connessi.

Abbattimento meccanico e taglio dei materiali rocciosi

Interazione roccia-utensile; Criteri di applicabilità delle diverse tecniche in base alle caratteristiche di comportamento meccanico e micro-meccanico del materiale oggetto di escavazione; Ottimizzazione della scelta del metodo e delle modalità applicative.

Abbattimento con esplosivi Frammentazione e la sua previsione, dai parametri di tiro; Effetto sul fronte (di coltivazione) residuo; Vibrazioni indotte ed il loro controllo. Previsione dell'abbattibilità, con diverse tecniche, dei materiali rocciosi attraverso indagini di tipo geofisico.

Stabilità e stabilizzazione delle rocce Consolidamento e sostegno della roccia in scavi sotterranei ed a cielo aperto; Stabilità di scavi sotterranei, con particolare attenzione a quelli a profondità limitata. Caratterizzazione tecnologica delle rocce nel loro utilizzo nelle costruzioni; Lavorabilità delle rocce (taglio e frantumazione) in vista del loro impiego nelle costruzioni.

Sicurezza del lavoro e protezione dell'ambiente

Sicurezza del lavoro nei cantieri di scavo e negli stabilimenti di lavorazione. Igiene e confort del lavoro nei cantieri di scavo e negli stabilimenti di lavorazione (lotta alle polveri, rumori, vibrazioni ecc.).

Oltre ad assolvere le descritte attività istituzionali di ricerca, la Sede di Torino dell’Istituto di

Geologia Ambientale e Geoingegneria del CNR opera anche mediante contratti e convenzioni di ricerca su specifici temi proposti da committenti pubblici o privati esterni all'Ente.

In tale settore sono stati effettuati studi per la determinazione delle caratteristiche di stabilità di fronti di coltivazione a cielo aperto ed in sotterraneo nonché studi per la valutazione delle condizioni di sicurezza degli ambienti di lavoro (cantieri ed impianti) in sotterraneo ed a giorno. Sono state condotte modellazioni numeriche di scavi di gallerie e di vuoti sotterranei di cantieri di abbattimento della roccia. Sono state inoltre sviluppate ed attuate specifiche stazioni di monitoraggio (con varie metodologie) dei principali parametri che caratterizzano lo stato di sollecitazione e deformazione di elementi strutturali in scavi sotterranei per finalità estrattiva o per uso civile.

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