Università degli Studi di Salerno - Facoltà di Ingegneria A.A Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente ed il Territorio

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1 Università degli Studi di Salerno - Facoltà di Ingegneria A.A Laurea Magistrale in Ingegneria per l Ambiente ed il Territorio Corso di Frane Prof. ing. Michele Calvello Modello geotecnico di pendio

2 Dispense Il monitoraggio dei fenomeni franosi La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii. Cascini L., Gullà G., Sorbino G. (1997). In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, CISM, ISBN La misura degli spostamenti nello studio delle frane. Cascini L., Gullà G., Sorbino G. (1997). In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, CISM, ISBN Raccomandazioni per il controllo dei movimenti nell ammasso roccioso mediante inclinometri e clinometri. Raccomandazioni ISRM (1994). Rivista Italiana di Geotecnica, 2/94: Accuracy of inclinometers. Web ( Per approfondire Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Dunnicliff (1993). John Wiley & Sons. ISBN-13:

3 Scala dell analisi Studio dei fenomeni franosi Scala di pendio: frana singola (ingegnere e geologo) Scala di bacino o regionale: franosità su area vasta (competenze più articolate) Scala dell analisi < 1: Finalità informative. 1: Ambiti provinciali. I fenomeni si vedono. 1: Autorità di Bacino per pianificazione territoriale. 1:5.000 Da area vasta a frana singola. 1:2.000 Analisi e predisposizione di interventi per frana singola. Utile riferimento bibliografico Fell et al. (2008). Guidelines for landslide susceptibility, hazard and risk zoning for land-use planning. Engineering Geology, 102:

4 Fattori predisponenti e cause innescanti Fattori predisponenti Scala temporale Di tipo geologico Di tipo geomorfologico e idrogeologico Cause innescanti Tipologia: forze in gioco Resistenza mediamente disponibile (T R ) e resistenza/forza mediamente mobilitata (T)

5 Fattori predisponenti, cause innescanti Terzaghi (1950): factors controlling the instability process Internal factors Geo-structural setup (lithology, morphology, tectonic structures) Mechanical behaviour of the materials (strength and stiffness) Hydraulic regime of the slope External factors Rainfalls Earthquakes Anthropic action Natural evolution of the morphology Terzaghi (1950). Mechanism of Landslides. The Geological Society of America, Engineering Geology (Berkley) Volume,

6 Evoluzione del fenomeno franoso Fasi di attività e metodi di analisi Fasi di attività (Leroueil et al. 1996) Analisi tenso-deformative (fase di pre-rottura, fase di rottura): spostamenti(t) Analisi di stabilità (fase di rottura, fase di riattivazione): coefficiente di sicurezza F(t) Analisi della propagazione (fase di post-rottura): spostamenti(t) e velocità(t) Leroueil et al. (1996). Geotechnical characterisation of slope movements. Proc. 7th Int. Symp. on Landslides, Trondheim, Norway, 1:53-74.

7 Spostamento Pre-failure Spostamento Prof. Michele Calvello (2013). Corso di Frane, A.A , Università di Salerno, ITALY Velocità e fasi del movimento franoso Frane veloci Post-failure tempo Frane lente First failure Postfailure Occasional reactivation Active landslide Pre-failure tempo fonte: Cascini (LARAM School)

8 Velocità e fasi del movimento franoso Velocità tipiche Frane veloci Frane lente Classifica di Cruden e Varnes (1996) Materiale Tipologia di movimento Terra (earth) Terreno Detrito (debris) Roccia Crolli Earth fall Debris fall Rock fall Ribaltamenti Earth topple Debris topple Rock topple Scorrimenti Earth slide Debris slide Rock slide Espansioni laterali Earth spread Debris spread Rock spread Flussi Earth flow Debris flow Rock flow Cruden and Varnes (1996). Landslide types and processes. In Landslides. Investigation and Mitigation, Washington Transportation Research Board, Special Report 247:36-75.

9 Velocità e fasi del movimento franoso Velocità tipiche Hungr et al. (2001) Hungr et al. (2001). A review of the classification of landslides of the flow type. Environmental & Engineering Geoscience, VII(3):1-18.

10 Velocità e fasi del movimento franoso Velocità tipiche Hungr, Corominas, Eberhardt (2005) classi di Cruden e Varnes (1996) Hungr et al. (2005). A review of the classification of landslides of the flow type. Proc. Int. Conf. on Landslide Risk Management, Vancouver, Canada,

11 Modello geotecnico di pendio Indagini in-situ e prove di laboratorio Stratigrafia Comportamento meccanico del terreno Monitoraggio Pressioni interstiziali Spostamenti Modellazione Condizioni di stabilità Evoluzione del fenomeno modificato da Cascini (LARAM School)

12 Modello geotecnico di pendio Indagini in-situ e prove di laboratorio Stratigrafia Comportamento meccanico del terreno Monitoraggio Pressioni interstiziali Spostamenti Modellazione Condizioni di stabilità Evoluzione del fenomeno

13 Indagini geotecniche Assetti statigrafici Caratterizzazione fisico-meccanica Materiale Didattico dei corsi di Geotecnica o Fondamenti di Geotecnica Dipense on-line: Frane_Indagini_Corso Fondamenti di geotecnica (Cuomo A.A ).pdf

15 Monitoraggio: caratterizzazione del regime idrico sotterraneo Dispense: La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii (Cascini et al. 1997) Pressioni neutre positive Piezometri idraulici: a tubo aperto, Casagrande, Geonor, ad infissione con filtro protetto, autoperforanti, a circuito chiuso Celle piezometriche Varianti Pressioni neutre negative (tensiometri) Cascini et al. (1997). La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii. In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, CISM, ISBN

16 Condizioni di falda e misura delle pressioni interstiziali Per una adeguata conoscenza del regime delle acque sotterranee, è necessario individuare entità e distribuzione, sia spaziale che temporale, delle pressioni interstiziali (sia nelle zone sature che in quelle parzialmente sature) Misure di pressione interstiziale = misura puntuale e dettagliata delle acque sotterranee alla scala del problema che si sta esaminando Piezometri = Strumenti di misura delle pressione interstiziali positive Per la misura delle pressioni neutre negative (condizioni di parziale saturazione) si utilizzano tensiometri, sensori termici, psicrometri. L impiego dei piezometri è basato su due assunzioni: - il piezometro è un elemento poroso, pieno di acqua, la cui pressione è uguale a quella dell ambiente circostante - la presenza del piezometro non altera il regime della pressione dell acqua

17 Piezometri I piezometri si distinguono in: Piezometri idraulici (basati sull equalizzazione delle quote piezometriche tra l acqua contenuta nello strumento e quella presente nel terreno in corrispondenza della sezione di misura) - a tubo aperto - Casagrande - Geonor - ad infissione con filtro protetto - autoperforanti - a circuito chiuso Celle piezometriche (misura senza trasferimento di volumi di acqua tra terreno e strumento di misura) - a filo vibrante - strain gauges - celle pneumatiche

18 Piezometri a tubo aperto Tubo di plastica rigida, finestrata nel tratto di misura, all interno di un foro di sondaggio D = 5 cm Impiego: - terreni non stratificati con K 10-5 m/s Vantaggi: - economici Inconvenienti: - tempi di risposta lunghi - occlusione delle fessure. FIGURE dei vari tipi di piezometri da: Cascini, Gullà, Sorbino (1996). La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii. Interventi di stabilizzazione dei pendii. CISM Courses and Lectures, Udine.

19 Piezometri Casagrande Cella in materiale ceramico poroso ad elevata permeabilità, collegata a 1 o 2 tubi (circa 1.5 cm di diametro) Impiego: - terreni con K 10-8 m/s Vantaggi: - tempi di risposta più brevi dei piezometri a tubo aperto - installazioni multiple lungo una verticale - possibilità di utilizzo per prove di permeabilità.

20 Piezometri Geonor e ad infissione con filtro protetto Varianti del piezometro Casagrande (filtro poroso in bronzo, punta metallica che ne consente la posa in opera con infissione diretta) Inconvenienti: - addensamento del terreno in prossimità dello strumento.

21 Piezometri autoperforanti Dotati di dispositivo disgregatore che consente la rimozione del terreno nella fase di avanzamento Vantaggi: - eliminano gli inconvenienti dei piezometri Geonor Svantaggi: - costi - delicatezza delle operazioni di installazione.

22 Piezometri a circuito chiuso Consentono la saturazione del circuito, con l eliminazione di aria eventualmente presente Vantaggi: - maggiore precisione delle misure effettuate - misure di livelli piezometrici artesiani Svantaggi: - costi.

23 Celle piezometriche Insieme di strumenti per i quali la misura avviene senza trasferimento di volumi di acqua tra terreno e strumento di misura. Vantaggi: - tempi di risposta estremamente brevi Svantaggi: - apparecchiature tecnologicamente più complesse - costo (generalmente) superiore rispetto ai piezometri idraulici Sulla base della modalità di funzionamento... Celle a filo vibrante e a strain gauges - cavità piezometrica in contatto con un diaframma che si deforma - inflessione rilevata con un estensimetro collegato ad un ricevitore - differenze nel segnale elettrico registrato dall estensimetro (variazioni di frequenza o resistenza) Celle pneumatiche - misura dal valore della pressione dell aria necessaria a ad impedire deformazioni di un diaframma contenuto nella cella.

24 Piezometri: tempi di risposta da Lancellotta (2004). Geotecnica, terza edizione. Zanichelli. FIG 7.16

25 Monitoraggio: cinematismo del fenomeno franoso Dispense: La misura degli spostamenti nello studio delle frane (Cascini et al. 1997) Spostamenti superficiali Misure topografiche o geodetiche Misure fotogrammetriche + tecniche di remote sensing (e.g. SAR, LIDAR) Misure estensimetriche e clinometriche Spostamenti profondi Misure con sonde inclinometriche Misure con pendoli rovesci Misure con estensimetri in foro Misure con sonde estensoinclinometriche Cascini et al. (1997). La misura degli spostamenti nello studio delle frane. In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, CISM, ISBN

26 Misure di spostamenti orizzontali in profondità (misure inclinometriche) Misure con sonde inclinometriche Dispense Raccomandazioni ISRM (1994). Raccomandazioni per il controllo dei movimenti nell ammasso roccioso mediante inclinometri e clinometri (1977). Rivista Italiana di Geotecnica, 2:

27 Misure di spostamenti orizzontali in profondità (misure inclinometriche) Sonda inclinometrica Tubo guida Profilo inclinometrico

28 Profondità dal piano campagna (m) Prof. Michele Calvello (2013). Corso di Frane, A.A , Università di Salerno, ITALY Monitoraggio inclinometrico: un esempio Frana di Costa della Gaveta, Potenza (scorrimento-colata a cinematismo lento in terreni argillosi sovraconsolidati) Mappa dei sondaggi 0 Spostamento orizzontale (cm) Vert Vert Infrastruttura viaria Vert. 4 Vert Lettura di zero 11/2/ /03/05 35 Infrastruttura ferroviaria Vert /04/05 10/06/05 Vert /10/05 Fiume m

30 Caratterizzazione e monitoraggio di una frana: Fosso S. Martino (Bertini et al. 1984) Zona 3 coltre detritica limo-argillosa Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata) Zona 1 basamento argilloso marnoso Caratteristiche dei terreni Zona Terreno spessore (m) g (kn/m 3 ) Proprietà indice w N (%) w L (%) f' R Parametri di resistenza f' c (kpa) Permeabilità (da prove di lab.) k x' (m/s) k y' (m/s) Stima permeabilità in-situ k x' (m/s) k y' (m/s) 3 Coltre detritica (limo-argillosa) fino a E E-07 2 Basamento (parte alterata) E-07 1 Basamento (argilloso-marnoso) E-06 1E-4/1E-5 1E-5/1E-7 Bertini et al. (1984). Climatic conditions and slow movements of colluvial covers in central Italy. Proc. IV Int. Symp. on Landslides, Toronto, 1:

31 Caratterizzazione e monitoraggio di una frana: Fosso S. Martino (Bertini et al. 1984) Zona 3 coltre detritica limo-argillosa Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata) Zona 1 basamento argilloso marnoso Misure pluviometriche Misure piezometriche Misure inclinometriche 0m 5m

32 Modello geotecnico di pendio Indagini in-situ e prove di laboratorio Monitoraggio Stratigrafia Comportamento meccanico del terreno Pressioni interstiziali Spostamenti In funzione della tipologia e della intensità del fenomeno franoso, oltre che della scala e degli obiettivi dell analisi Modellazione Condizioni di stabilità Innesco Evoluzione del fenomeno Propagazione