SUBSIDENZA PRODOTTA DAL DRENAGGIO DI ACQUIFERI PROFONDI

CONSIDERAZIONI SULLA  SUBSIDENZA PRODOTTA DAL DRENAGGIO DI ACQUIFERI PROFONDI

Vincenzo Francani (Tethys srl)

Riassunto

Il lavoro analizza il fenomeno della subsidenza indotta dal drenaggio di acquiferi profondi in ammassi rocciosi cristallini, tradizionalmente considerato trascurabile. Il caso studio del Tunnel del San Gottardo dimostra invece che lo scavo e il drenaggio continuo delle acque sotterranee possono generare abbassamenti della superficie fino a circa 10–12 cm, anche in rocce compatte come gneiss e graniti.

Il meccanismo principale è di natura idromeccanica: la riduzione della pressione di poro dovuta al drenaggio aumenta gli sforzi efficaci nella roccia, causando una deformazione volumetrica progressiva assimilabile a un processo di consolidazione su larga scala.

Un ruolo centrale è svolto dal coefficiente di Biot (α), che controlla il grado di accoppiamento tra fluido e scheletro roccioso. Valori elevati (α ≈ 0.7 nel caso analizzato) amplificano significativamente la subsidenza, rendendola proporzionale alla variazione di pressione e al volume drenato.

Il comportamento del sistema è fortemente influenzato dalla struttura dell’ammasso roccioso, in quantole fratture aperte governano il drenaggio rapido,mentre la matrice rocciosa determina la deformazione lenta e di lungo periodo.

La subsidenza risulta quindi un fenomeno non lineare e multi-scala, controllato non solo dai parametri idraulici e meccanici, ma soprattutto dalla connettività idraulica delle discontinuità.

In conclusione, lo studio evidenzia che la subsidenza in rocce cristalline può essere significativa, mentre il drenaggio indotto da tunnel è un fattore critico. La  previsione richiede modelli integrati geologici, idraulici e geomeccanici, ma in sostanza la connettività del sistema è il principale elemento di controllo del fenomeno.

Abstract

The study analyzes the phenomenon of subsidence induced by the drainage of deep aquifers in crystalline rock masses, traditionally considered negligible. The case study of the Gotthard Tunnel demonstrates that excavation and continuous groundwater drainage can instead produce surface subsidence of up to about 10–12 cm, even in compact rocks such as gneiss and granite.

The main mechanism is hydro-mechanical: the reduction of pore pressure caused by drainage increases effective stress within the rock, leading to progressive volumetric deformation comparable to a large-scale consolidation process.

A key role is played by the Biot coefficient (α), which controls the coupling between fluid pressure and the rock skeleton. High values (α ≈ 0.7 in the studied case) significantly amplify subsidence, making it proportional to pressure variation and drained volume.

The system behavior is strongly influenced by the structure of the rock mass:

a)fractures control rapid drainage;

b)the rock matrix governs long-term, slow deformation.

Subsidence is therefore a nonlinear, multi-scale phenomenon, controlled not only by hydraulic and mechanical parameters but especially by the hydraulic connectivity of discontinuities.

In conclusion, the study highlights that subsidence in crystalline rocks can be significant , and that tunnel-induced drainage is a critical factor, but reliable prediction requires integrated geological, hydraulic, and geomechanical models. Ultimately system connectivity is the main controlling factor of the phenomenon.