Pericolo "Sabbie Mobili"

 

Baia Mont Saint Michelle (Francia)

Col termine di “sabbie mobili” (in inglese Quicksand) ci si riferisce, in generale, a tutta una serie di terreni instabili che si ritiene possano intrappolare chiunque vi cammini sopra.

Sono state e sono tutt'oggi coprotagoniste in numerosi film, libri e addirittura giochi elettronici.

Nel tempo, sono state effettuate numerose prove di laboratorio sia su provini di sabbie mobili naturali che riprodotte artificialmente, i cui risultati dimostrano che la liquefazione è dovuta alla struttura stessa del sedimento. Infatti, le “sabbie mobili”, in senso stretto, sono, spesso, un impasto granulare sciolto di particelle di sabbia stabilizzate da una matrice argillosa presente nei pori intergranulari che forma un vero e proprio gel particellare avente il tipico comportamento delle sostanze colloidali. Gli sforzi liquefanno la matrice argillosa e l'insieme della struttura costituita tra i grani sabbiosi collassa, espellendo acqua (espulsione che è talora visibile e che prende il nome di “ebollizione”). Ciò si traduce in un sistema densamente compattato in basso, praticamente impossibile da dilatare. E' per questo motivo che, una volta intrappolati, è difficile uscire dalle “sabbie mobili”. Test di affondamento dimostrano che, grazie alla Legge della galleggiabilità (Principio di Archimede), è impossibile annegare nelle “sabbie mobili”........

Dal un punto di vista più prettamente tecnico le “sabbie mobili” costituiscono una miscela satura (talora sarebbe meglio dire una “sospensione”) formata da due fasi, una solida e una liquida o gassosa (aria) costituenti un fluido a comportamento “non Newtoniano”. Per fluido a comportamento “non Newtoniano” si intende un fluido la cui viscosità non è costante ma varia a seconda delle diverse sollecitazioni a cui è sottoposto.Ricordiamo che per viscosità si intende “la misura della resistenza di un fluido allo scorrimento”, resistenza dovuta all'attrito interno tra gli “strati adiacenti” costituenti il fluido stesso.

Le due fasi costituenti la miscela sono costituite, nel caso più semplice, da sabbia più o meno fine e acqua. In realtà, si formano “sabbie mobili” anche tra limo ed acqua, argilla e acqua, sedimenti a grana fine ed acqua e, persino, sabbia e aria (sabbie mobili “asciutte” ovvero dette anche “secche”). Solitamente, la fase solida è la componente predominante nella massa totale della miscela.

Il caso più comune, ovvero quello di una miscela costituita da sabbie più o meno fini e acqua, si riscontra, spesso, nelle aree di “sbocco fluviale” quali delta e estuari (per esempio le famose “sabbie mobili” della baia dove è ubicato Mont Saint Michelle, in Francia) ovvero, laddove l'Energia cinetica è molto bassa e le particelle più fini (sabbia fine, limo e particelle argillose) possono depositarsi. Questo è il caso in cui si genera un mix costituito da una fase solida di sabbia con sovente argilla (che riempie più o meno totalmente gli spazi intergranulari della struttura sabbiosa) più una fase liquida costituita da acqua e, in cui, la condizione di “saturazione”, rappresenta una condizione di “Equilibrio Instabile”. In tale condizione, una qualsiasi situazione di stress, di turbazione (quale un “sovraccarico improvviso”, p.e. Anche “il nostro piede” per intenderci, o un aumento, dal basso verso l'alto, della pressione idrostatica (come nel caso di una sorgente artesiana o di un innalzamento del livello freatico di una falda idrica).o persino, uno scuotimento dovuto al verificarsi di un sisma, arreca una turbazione al sistema e innesca il fenomeno, appunto, delle “sabbie mobili”.

Infatti, l'acqua reagendo col minerale argilloso da luogo ad un vero e proprio processo di polimerizzazione (gelificazione) con flocculazione di tale massa argillosa che, scende in basso andando ad aumentare la densità e la viscosità dei livelli inferiori e lasciando, nella porzione superiore, un livello più “soffice” costituito da grani sabbiosi a “struttura disarticolata” (“disarticolazione” determinata dall'acqua espulsa, verso la superficie, causata dall'addensamento, verso il basso, del materiale argilloso) con densità e viscosità alquanto ridotte. Per tal motivo, quando, malauguratamente, si “infila” il piede in una sabbia mobile questo, si approfondisce con estrema facilità, fin quando, addentrandosi nella porzione più profonda (diventata ad elevata densità e viscosità) riesce difficile muoverlo e/o uscirlo.

Dunque, succintamente, il processo di funzionamento del fenomeno “sabbie mobili” prevede un “collasso”, uno spostamento verticale (dall'alto verso il basso) della “materia” costituente un determinato sedimento.

A questo punto, vale la pena, a causa del loro effetto altamente distruttivo, spendere qualche parola in merito al fenomeno delle “sabbie mobili” per scuotimento da terremoto e meglio conosciuto, in letteratura scientifica, come “Liquefazione del suolo”.

Questo fenomeno ha luogo a causa del passaggio delle onde sismiche attraverso terreni sabbiosi saturi, sciolti o molto sciolti. Il terreno si comporta temporaneamente come un fluido e perdendo la capacità di sostenere qualunque peso. Ribollimenti di sabbia, fessure del terreno o espandimenti laterali (Lateral Spreads) sono le manifestazioni tipiche di tale fenomeno.

Ma vediamo, in termini semplici, cosa succede: In condizioni normali di saturazione di un terreno sabbioso, la Pressione dell'acqua interstiziale favorisce l'”aggregazione” dei granuli sabbiosi costituenti il sedimento, compattandolo e conferendo un certo grado di coesione (per coesione C si intende la Forza di adesione delle particelle di un terreno che si contrappone allo scorrimento tra esse). Però, allorquando, un tale sedimento subisce il passaggio delle onde sismiche la situazione cambia. Tali onde hanno l'effetto di “comprimere” il sistema facendo, altresì, aumentare la Pressione dell'acqua interstiziale che questa volta non compatta la struttura clastica del sedimento ma, al contrario, la “disgrega” favorendo lo “scorrimento” tra granulo e granulo e quindi la diminuzione del grado di coesione e dell'angolo di attrito interno (l'angolo di attrito interno di un terreno è la proprietà di un terreno di opporsi allo scuotimento tra le particelle) e, in definitiva, la diminuzione della Resistenza al taglio con conseguente “collasso” del sistema “terreno” (la Resistenza al taglio è quella capacità che ha un materiale di opporsi allo scorrimento di una parte di essa rispetto all'altra ed è direttamente proporzionale alla coesione e all'angolo di attrito interno). Contemporaneamente, al fine di riequilibrare la Pressione interstiziale (aumentata a causa del passaggio delle onde sismiche) l'acqua tende a trovare una “via di fuga”, risalendo verso la superficie. Durante la risalita prende in carico la particelle più fini del sedimento privandolo anche di questa componente. Alla fine si ha un terreno con una “Portanza” (intesa come capacità di sostenere un carico) ridotta al massimo e molto simile a quanto avviene con le classiche “sabbie mobili”.

Dunque, l'applicazione di un carico (una struttura qualsiasi) comporta uno “sprofondamento” del suolo e, contemporaneamente, una espansione laterale dello stesso. L'acqua risalita in superficie con il suo carico di particelle fini, provoca l'”ebollizione” o i vulcanelli di fango che si possono osservare appena dopo il verificarsi di un terremoto. Inoltre, nel caso in cui questo processo sin qui descritto (Liquefazione) dovesse interessare terreni in pendio, questo comporterebbe la formazione di un fenomeno gravitativo del versante, ovvero, di una frana.

La problematica della Liquefazione del suolo è particolarmente sentita nei paesi ad alta propensione sismica, aumentando il Rischio sismico R.

Non a caso, gli avvenimenti più disastrosi per Liquefazione del suolo si sono avuti in Giappone (alto grado di sismicità) a causa dei terremoti di Kobe (1995) e Tohoku (2011) con il verificarsi di cedimenti delle fondamenta e/o parziali sprofondamenti di strutture abitative e danni alle infrastrutture quali ponti, strade, ecc.

Stesso discorso vale per alcune aree del subcontinente indiano. Un esempio fra tutti la Liquefazione del suolo causata dal terremoto del 26 Gennaio 2001 a Bhuj (India). La Liquefazione causò danni ingenti in diverse dighe del distretto di Kutch nonché crolli di diverse strutture nella città di Ahmedabad.

Liquefazione suolo

Ritornando alle “sabbie mobili” in senso stretto, esistono due differenti tipologie a seconda della fase fluida presente (ovvero acqua o aria).

Quando la fase fluida è costituita da acqua (come abbiamo visto fino adesso) le sabbie mobili vengono definite “normali”, l'acqua satura la sabbia dal basso (come in precedenza detto, può avvenire in presenza di una sorgente artesiana o per esempio per innalzamento del livello freatico di una falda idrica). Al contrario, quando, invece, la fase fluidale è costituita da aria, allora, abbiamo le cosiddette sabbie mobili “secche” o “asciutte”.

Queste costituiscono un fenomeno assai più raro (in realtà non esistono prove sulla loro esistenza in natura), che si crea quando l'aria soffia dal basso verso l'alto attraverso una massa di granelli di sabbia fine (come potrebbe avvenire nei deserti sabbiosi).Questo flusso di aria separa le particelle fini, creando uno strato fluido che non può sostenere alcun peso. Inoltre, qualora ci si dovesse trovare, nel deposito sabbioso, in presenza di particelle ancora più fini della sabbia fine, quale limo o particelle argillose, queste verrebbero sospinte, dall'aria proveniente dal basso, verso la superficie andando cosi a creare uno livello superficiale ancora più “soffice” e, pertanto, più insidioso in quanto più “avvezzo” allo sprofondamento di un eventuale carico sovrastante.

Dicevamo, che non esistono prove certe della esistenza delle sabbie mobili “asciutte”, ma ci sono numerose segnalazioni di viaggiatori che testimoniano di aver visto veicoli e persino intere carovane improvvisamente scomparse nel terreno sabbioso. Questi resoconti sono sempre stati considerati mero folklore, ma forse c'è più di quanto pensiamo. La scienza non esclude completamente la possibilità di sabbie mobili “asciutte” naturali, infatti, durante la pianificazione delle missioni lunari Apollo, gli scienziati aggiunsero grandi piastre alle estremità delle gambe del Modulo Lunare per sostenere il veicolo nel caso in cui gli astronauti avessero trovato sabbie mobili “asciutte” sulla Luna... ma la precauzione si rivelò inutile, poiché non fu mai trovato alcun terreno del genere.

Ma davvero si può morire “affogati” nelle “sabbie mobili”?

In realtà, le “sabbie mobili” raramente superano i pochi metri di profondità, il che le rende più un fastidio che un pericolo per la vita per “inghiottimento”. Lo sfinimento, la perdita delle forze per la stanchezza, risulta essere il rischio maggiore, considerando la quantità di energia necessaria per districarsi dal terreno impregnato d'acqua. Quando si muovono le gambe sotto la superficie, il movimento crea una “pressione di vuoto” (il risucchio), aumentando notevolmente lo sforzo necessario per muoversi. Lo stesso effetto di vuoto è ciò che fa sì che, come sarà capitato a molti, di perdere le scarpe passando su un terreno fangoso.

Nei rari casi in cui le "sabbie mobili" siano abbastanza profonde da permettere a una persona di “immergersi” totalmente, bisognerebbe sforzarsi parecchio per farlo. Il motivo è che il corpo umano galleggia più nelle sabbie mobili che in acqua. Questo galleggiare è conseguenza della cosiddetta “Legge di galleggiabilità” conosciuta come “Principio di Archimede” secondo il quale, un corpo immerso in un fluido (liquido o gassoso che sia) riceve una Spinta dal basso verso l'alto pari al peso del volume di fluido spostato. Dunque, abbiamo due forze in gioco: una la forza peso esercitata dal nostro corpo che agisce dall'alto verso il basso e l'altra contrapposta che costituisce la Spinta dal basso verso l'alto. Se le due forze fossero uguali il corpo starebbe in perfetto equilibrio nel fluido ma, siccome, il Peso specifico Ps o meglio la Densità del fluido (sedimento “sabbie mobili”) è doppia (esattamente il doppio ovvero 2 grammi su millilitro) rispetto a quella del nostro corpo (1 milligrammo su millilitro) ne consegue che, il nostro corpo può affondare, al massimo per metà, galleggiando così per metà sul nostro fluido. Dunque, non si può morire inghiottiti dalle “sabbie mobili”. Ciò è vero fino ad un certo punto, ovvero, fin quando non si altera l'entità di questa galleggiabilità.

La galleggiabilità di una persona diminuisce per esempio, quando si trasporta uno zaino pesante. Quindi, è buona norma dotarsi di uno zaino a sgancio rapido (nelle zone in cui è nota la presenza di “sabbie mobili”). Altro caso per il quale si ha una drastica diminuzione della galleggiabilità, sicuramente più grave e persino fatale, è quello che si ha “bevendo” il fluido “sabbie mobili” (per esempio quando si perde il controllo della situazione, ci si agita), e in tal caso, essere “inghiottiti” dalle sabbie mobili risulta realmente possibile.

Allora vediamo adesso, una breve rassegna su come si può morire, indirettamente (ovvero non per “inghiottimento” all'interno del sedimento) a causa delle “sabbie mobili”:

Annegamento: Questo può accadere quando un ulteriore quantitativo d'acqua “sovrasta” le “sabbie mobili” come nel caso di escursioni di marea o per la pioggia battente o a causa di una caduta in acqua. Ricordiamo, infatti, che le “sabbie mobili” possono trovarsi anche sott'acqua;

Ipotermia: Risulta impossibile mantenere costante a lungo la temperatura corporea quando ci si trova con metà denl nostro corpo sommerso nella sabbia. L'ipotermia si verifica sia nelle “sabbie mobili” normali (ovvero quella “bagnate”) che, al tramonto, in quelle "secche" ovvero  ”asciutte” del deserto (ammesso che esistano veramente);

Sindrome da schiacciamento: La compressione prolungata dei muscoli scheletrici (come quelli delle gambe), dei narvi e, in generale, sul sistema circolatorio inducono alla produzione di particolari sostanze che, una volta messe in circolo danneggiano i reni. Inoltre, la compressione prolungata può compromettere la circolazione nei tessuti delle gambe che potrebbero venire compromessi;

Disidratazione: Ovviamente, avviene quando si è intrappolati nella sabbia, per un tempo abbastanza lungo, senza poter bere.

Per “uscire” dalle “sabbie mobili” la prima cosa da fare è quella di non agitarsi (di non cadere nel panico) ed di evitare di muovere forsennatamente le gambe in quanto, questo potrebbe “liquefare” maggiormente il sedimento causando un ulteriore sprofondamento. Inoltre, al fine di aumentare la superficie di contatto e diminuire così la Pressione da noi esercitata, è bene inarcare la schiena il più possibile, come se ci volessimo “distendere”. Ovviamente, queste “accortezze” permettono al malcapitato di poter resistere, più a lungo allo sprofondamento ma, per uscirne veramente, risulta necessario essere soccorsi dall'esterno e dunque, essere provvisti di una buona dose di fortuna.

Dunque, in conclusione, è bene ricordare che, ogni qualvolta ci si ritrovi a parlare di “sabbie mobili”, in realtà, non si dovrebbe far riferimento ad un particolare tipo di sedimento (sabbia, limo, ecc.) ma, bensì, ad una particolare “Condizione Idraulica” nella quale, si è in presenza di una miscela che si comporta come un fluido non Newtoniano e soggetta ad un flusso fluido proveniente dal basso per il quale, i principali parametri geotecnici quali, Coesione, angolo di attrito interno e dunque, Resistenza al taglio sono, praticamente, compromessi.