Come si può fermare il cedimento di una miniera a pendio dolce?

Le miniere a cielo aperto spesso hanno pendii che, col tempo, si deformano e cedono. Il problema più insidioso è il “creep” o scivolamento lento, soprattutto quando il terreno contiene strati deboli. Un team di ricercatori ha studiato un pendio dolce in una miniera della Mongolia Interna, combinando indagini sul campo, prove di laboratorio e simulazioni al computer. Hanno usato l’algoritmo di ottimizzazione Particle Swarm per calibrare un modello di creep che unisce la legge di Burgers al criterio di Mohr‑Coulomb. I risultati mostrano che il creep dello strato debole è il vero “cattivo” che genera una zona plastica continua lungo il fronte del pendio, provocando grandi deformazioni e instabilità. Per contrastare il fenomeno, gli esperti hanno testato un rinforzo locale: inserendo elementi di supporto solo dove il terreno è più vulnerabile, la zona plastica si è ridotta drasticamente, limitandosi al retro del corpo scivolante. Dopo il rinforzo, la pendenza è risultata stabile e più sicura. Questo approccio, oltre a essere efficace, è anche economico, offrendo una soluzione pratica per prevenire frane in miniere con pendii dolci e strati deboli.

Il modello di creep adottato combina la risposta viscoelastica di Burgers, che descrive la deformazione temporale di materiali a risposta complessa, con il criterio di resistenza al taglio di Mohr‑Coulomb, che definisce il limite di rottura in funzione di coesione e attrito interno. L’algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO) è stato impiegato per invertire i parametri del modello a partire dai dati di prove triaxiali di compressione creep su campioni del sottostrato debole. PSO, ispirato al comportamento di stormi di uccelli, esplora lo spazio dei parametri mediante una popolazione di soluzioni candidate, aggiornando velocità e posizioni in base a criteri di fitness. Questo approccio consente di trovare rapidamente una combinazione di parametri che minimizza l’errore tra dati sperimentali e risposta simulata. Le simulazioni numeriche, eseguite con software di elementi finiti, hanno evidenziato la formazione di una zona plastica continua lungo il fronte del sottostrato debole, caratterizzata da elevata deformazione cumulativa. L’intervento di rinforzo locale è stato modellato inserendo elementi di consolidamento (ad esempio, ancoraggi o iniezioni di cemento) solo nelle aree critiche. I risultati mostrano una riduzione significativa della zona plastica, con una diminuzione della velocità di creep e un aumento del fattore di sicurezza globale del pendio. L’efficacia del metodo è confermata dalla buona corrispondenza tra i risultati numerici e le osservazioni in situ, suggerendo che il rinforzo mirato sia una strategia ottimale per gestire pendenze a creep con interstrati deboli, bilanciando costi e performance.