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ROCK3D

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geomeccanica - software di calcolo della stabilitÓ di fronti in roccia  ROCK3D

Analisi dei blocchi di roccia complessi

 

È un programma per l'analisi di stabilità dei fronti rocciosi e per il dimensionamento delle opere di sostegno necessarie alla stabilizzazione delle pareti.
La caratteristica principale del programma ROCK3D è di considerare oltre alla giacitura anche la posizione reale delle discontinuità sul fronte, e quindi di identificare la geometria effettiva dei blocchi di roccia che possono distaccarsi dal fronte.

ROCK3D costituisce quindi una notevole evoluzione delle metodologie tradizionali che, vedendo i giunti come piani liberi di traslare parallelamente a se stessi, permettono esclusivamente l'analisi dei tetraedri massimi rispetto all'altezza del gradone in esame.

Il programma è stato progettato per offrire la massima flessibilità ed è in grado di operare su fronti piani comunque disposti, quali versanti (anche a strapiombo), gradoni di cava o tetti di cavità sotterranee.

L'acquisizione dei dati viene effettuata introducendo in apposite tabelle la giacitura delle discontinuità e le coordinate cartesiane degli estremi delle tracce da esse prodotte intersecando il fronte, misurate a partire da un'origine arbitraria definita dall'operatore. Devono inoltre essere inserite la giacitura e le dimensioni del fronte e le caratteristiche geomeccaniche della massa rocciosa.

L'elaborazione si sviluppa attraverso quattro fasi: cluster analysis, analisi dei cinematismi, ricostruzione geometrica dei blocchi, verifica di stabilità.
La cluster analysis, cioè il riconoscimento delle famiglie principali di discontinuità, viene effettuata mediante procedure di clustering gerarchico derivate dall'analisi multivariata, applicate però ad uno spazio bidimensionale sferico anziché al classico spazio n-dimensionale cartesiano.

Tramite il clustering gerarchico si costruisce una struttura ad albero che, a partire da un gran numero di cluster contenenti ciascuno un'unica giacitura, porta ad ottenere, attraverso l'aggregazione successiva delle coppie di cluster più vicini, un unico grande cluster contenente tutte le discontinuità.
La scansione del risultante "albero di aggregazioni" viene effettuata utilizzando un'apposita procedura grafica interattiva, grazie alla quale l'operatore può identificare il livello di aggregazione ottimale sia in termini di numero sia di dimensione dei cluster ottenuti.

La successiva fase di analisi dei cinematismi utilizza la Key Block Theory di Goodman e Shi per identificare le piramidi di giunti indefinite che in presenza di un determinato fronte possono formare piramidi finite potenzialmente instabili.
Per il cinematismo selezionato, il programma determina i massimi contorni chiusi, anche non connessi tra loro, formati da discontinuità le cui tracce s'intersecano e le cui giaciture sono compatibili con il cinematismo in esame. L'elaborazione deve poi essere ripetuta per ciascun cinematismo al fine di valutare le condizioni d'instabilità più gravose.

Un'interessante caratteristica del programma ROCK3D è la possibilità di generare a questo punto una mappa di discontinuità posizionate sul fronte in modo pseudocasuale rispettando però la distribuzione statistica delle frequenze e delle persistenze misurate sul versante naturale.
In tal modo è possibile utilizzare un rilievo eseguito su una porzione limitata di fronte per prevedere il comportamento dell'intero versante o per progettare interventi sistematici di stabilizzazione di fronti ottenuti dalla riprofilatura del versante.

La fase successiva dell'elaborazione è indirizzata alla completa ricostruzione geometrica dei blocchi complessi. Il programma determina i solidi derivati dall'unione di tutte le piramidi elementari compatibili con il cinematismo in esame contenute entro i contorni chiusi identificati nella fase precedente.

Di ciascun blocco complesso sono quindi calcolati i volumi e le superfici delle facce. Grazie alla conoscenza di questi valori il programma ha la possibilità di determinare i fattori di sicurezza dei blocchi tenendo conto non solo del coefficiente di attrito lungo i giunti ma anche dell'eventuale componente coesiva della resistenza a taglio.

L'elaborazione si conclude con il calcolo, ripetuto per ciascuno dei blocchi complessi, della tirantatura necessaria sia a portare il pendio in condizioni di equilibrio limite sia al conseguimento delle condizioni di stabilità richieste dall'operatore.


Gli elaborati grafici prodotti comprendono: le proiezioni stereografiche polari dei cluster in cui sono evidenziati i piani rappresentativi delle famiglie di discontinuità con le relative ciclografiche, le proiezioni delle piramidi di giunti e gli schemi dei cinematismi di ciascuna di esse secondo la Key Block Theory, le mappe delle tracce delle discontinuità su cui sono riportati i contorni dei blocchi rimovibili ed infine le proiezioni, prospettiche od assonometriche, dei blocchi di roccia complessi. Sono presenti nuove opzioni per colorare e ombreggiare i blocchi di roccia, rendendo così molto più semplice la comprensione dell'elaborato, ed è inoltre possibile stampare separatamente le viste sinistra e destra dello stesso blocco così da poterlo vedere in tre dimensioni usando un normale stereovisore.
Per ciascuna fase del calcolo sono inoltre redatte le tabelle riassuntive dei risultati.

ESEMPI DI ELABORATI GRAFICI

╚ possibile vedere alcuni esempi di elaborati grafici prodotti dal programma, senza eseguire l'elaborazione dei dati:

Esempio dei risultati della cluster analysis
La proiezione polare di Goodman e Shi
Mappa delle tracce e dei contorni dei blocchi massimi removibili per la piramide 1111
Blocchi massimi removibili prodotti dalla piramide 1111

Ed ecco alcuni esempi preparati utilizzando i grafici in formato EMF prodotti dal programma:

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