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Continuous and discontinuous approaches in rock mechanics and rock engineering

Scavia Claudio
Articolo Immagine
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2019
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2019
DOI:
10.19199/2019.2.0557-1405.008

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Approccio del continuo e del discontinuo nella Meccanica e Ingegneria delle Rocce 

I metodi numerici nella Meccanica e Ingegneria delle Rocce hanno raggiunto un alto livello di complessità che permette la simulazione di molti aspetti del comportamento meccanico dell’ammasso roccioso. Ciononostante, e indipendentemente dal metodo utilizzato, esistono alcuni importanti problemi quando i metodi numerici sono utilizzati per scopi previsionali. Questi problemi sono connessi con la presenza delle discontinuità naturali nell’ammasso roccioso, che rappresenta il fattore fondamentale che contraddistingue la meccanica delle rocce da altre discipline dell’ingegneria. L’articolo esamina le difficoltà che si incontrano nella determinazione dello stato iniziale di tensione nell’ammasso roccioso e la problematica scelta tra approccio del continuo e del discontinuo. Successivamente, vengono presentati gli approcci del continuo e del discontinuo. Le condizioni per poter fare riferimento all’approccio del continuo sono presentate a partire dal concetto di REV. Viene quindi discussa la possibilità di valutare i parametri meccanici dell’ammasso roccioso, inteso come continuo, mediante le prove in situ e le correlazioni empiriche. La necessità di determinare tali parametri mediante analisi a ritroso è mostrata facendo riferimento alla simulazione numerica della stabilità della frana di Rosone, ubicata nelle Alpi italiane. I metodi del discontinuo richiedono la conoscenza della configurazione geometrica delle discontinuità naturali nell’ammasso roccioso. Ai fini di una analisi previsionale ciò significa, nella maggioranza dei casi, la costruzione di un modello stocastico delle discontinuità e il conseguente ricorso ad analisi di tipo probabilistico. A tale riguardo vengono presentati due casi applicativi in cui si è fatto riferimento ad un approccio discontinuo di tipo deterministico e di tipo probabilistico. Infine, vengono confrontati i risultati ottenuti con un codice numerico del continuo e uno del discontinuo, applicati all’analisi della stessa galleria.

Rock mechanics and rock engineering numerical methods have reached a high level of complexity, which allows them to be used to attain in depth analyses of the mechanical behaviour of rock masses. However, some problems can arise, regardless of which numerical method is considered, when they are used for predictive purposes (forward analyses). These problems are related to the presence of natural discontinuities in the rock mass, which is the main factor that distinguishes rock mechanics from other engineering disciplines. The present paper discusses the problems that arise in the determination of the initial state of stress in a rock mass. Moreover the choice between a continuous and a discontinuous approach to the simulation of the mechanical behaviour of a rock mass is discussed. Then, the continuous and the discontinuous approaches are presented. The conditions that lead to resorting to a continuous equivalent approach are addressed on the basis of the Representative Elementary Volume (REV) concept. The possibility of evaluating the mechanical parameters of a rock mass through both in-situ tests and empirical correlations is discussed.The need to determine these parameters through a back-analysis of the data measured by the monitoring system is shown by resorting to the example of the numerical analysis of the stability of the Rosone landslide, which is located in the Italian Alps. Discontinuous methods require the knowledge of the geometrical configuration of natural discontinuities in the rock mass. In most cases, this means setting up a stochastic model of the discontinuities configuration in the framework of a probabilistic approach. Two case histories are presented, one referring to a deterministic approach and the other to a probabilistic discontinuous approach. Finally, the results obtained from both a continuous numerical code and a discontinuous numerical one, applied to the same tunnel, are shown.