Analisi e Mitigazione del Rischio Idrogeologico

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1 Relazione finale dell attività di tirocinio Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Daniela Santosuosso matricola Tutor: Paolo Tommasi CNR-IGAG Centro di Ricerca CERI Previsione, Prevenzione e Controllo dei Rischi Geologici Facoltà di Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Master di II livello in Analisi e Mitigazione del Rischio Idrogeologico Direttore: Prof.ssa Francesca Bozzano

2 Fratture di trazione Back analysis di una frana in roccia avvenuta in fase di costruzione della diga sul torrente Esaro in località Cameli (CS) nel dicembre In corrispondenza della spalla sinistra, a partire dalla quota di circa 340m, si staccò un volume di circa m 3 di roccia Corpo di frana Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 2

3 Descrizione dell evento A seguito di crolli locali era stato progettato uno sbancamento di riprofilatura che aveva mantenuto la pendenza a circa 40, portato la quota del coronamento da 420 a 410 m s.l.m. Alla rimozione dello spigolo tra il versante e lo scavo di imposta della spalla della diga si è manifestata una frana che ha interessato uno strato superficiale di 5-8 m. Scavo di riprofilatura Volume di roccia franato CAUSA DEL DISSESTO: Sezione di studio dal Rapporto Geomeccanico 1989 le misure piezometriche non avevano evidenziato la presenza di acqua: PERDITA DI RESISTENZA DOVUTA ALLO SCARICO TENSIONALE SUCCESSIVO ALLO SBANCAMENTO Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 3

4 Inquadramento geologico strutturale del sito La valle del Fiume Esaro è orientata all incirca in direzione NO SE, ha pareti acclivi lievemente asimmetriche (pendenze medie di circa ). GNEISS RADIOLARITI CALCESCISTI Nella zona d imposta della diga affiorano: METABASITI a cuscino Metabasiti Calcescisti (Radiolariti) Processi di tipo distensivo hanno provocato una riattivazione in senso distensivo dei piani di sovrascorrimento formatisi in precedenza e la formazione di nuove discontinuità di ordine maggiore di tipo fragile (faglie, o meglio fasce di taglio). METABASITI a prevalente tessitura massiva Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 4

5 Discontinuità di ordine maggiore Sono state individuate come discontinuità principali solo le superfici con una lunghezza della traccia non inferiore ai 20 m. Fra queste si è poi posta attenzione ai piani con manifesti segni di movimento, dati dalla presenza di riempimenti cataclastici di vario tipo o dalla presenza di strie di movimento e fibre di crescita. Area centrale:16 discontinuità maggiori Spalla destra:36 discontinuità maggiori Spalla sinistra:41 discontinuità maggiori Da Rilievo Strutturale di Dettaglio 2010 Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 5

6 Discontinuità di ordine maggiore spalla sinistra: direzioni preferenziali Le discontinuità sono state identificate attraverso: ORIENTAZIONE Discontinuità aventi direzione asse vallivo immersione opposta al fronte Sono dirette in prevalenza parallelamente alla valle, con inclinazioni elevate (40 e 78 ) SPESSORE TIPO DI RIEMPIMENTO Discontinuità sub parallele al fronte Direzione asse vallivo Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 6

7 Discontinuità di ordine maggiore Le discontinuità sono state identificate attraverso: ORIENTAZIONE S medio =20cm tipo A gouge di faglia a supporto di matrice, clasti aventi granulometria variabile da sabbia grossolana a ghiaia, materiale incoerente/mediamente incoerente, generalmente fratturabile con le sole mani SPESSORE S medio =17cm tipo B simile al tipo A ma con un livello di roccia foliata e grana molto fine fra la roccia intatta e il gouge variabile da 1-175cm TIPO DI RIEMPIMENTO S medio =7cm tipo C materiale di riempimento costituito da roccia a grana molto fine con tessitura laminata S medio =3.5cm gouge di faglia a supporto clastico o di matrice (rapporto clasti/matrice alto: > 40/60) con clasti da angolosi a E stata rilevata una significativa presenza nella frazione fine di minerali argillosi (montmorillonite e clorite prevalenti). S medio =1.75cm tipo D tipo E sub-arrotondati, della granulometria variabile da quelle delle sabbie alle ghiaie fini, coerente e frantumabile unicamente con l ausilio del martello. non è presente materiale cataclastico, il riempimento è costituito da calcite cristallina Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 7

8 Famiglie di discontinuità di ordine minore Dirette in prevalenza parallelamente alla valle (K2a e K2b) con inclinazioni comprese tra 40 e 70. K1 e K3, (sub verticali) diretti rispettivamente in senso trasversale e parallelo alla valle. Ammasso quasi ovunque fresco con locali porzioni leggermente alterate. Blocchi di dimensioni da piccole a medie (1-30 dm 3 /0,03-1 m 3 ) Imm. Incl. I giunti in prevalenza chiusi (apertura <1mm), con riempimento assente oppure costituito da calcite. K K2a K2b Da Perizia di variante tecnica e suppletiva 1985 K Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 8

9 Schematizzazione del problema Il versante è stato rappresentato come un insieme di blocchi discreti individuati dalle discontinuità maggiori estese fino alla sezione del fronte. I singoli blocchi vengono rappresentati come un continuo equivalente in relazione alle famiglie di discontinuità di ordine minore. Si riportano anche dei giunti secondari verticali in corrispondenza delle tracce di fratture interne all ammasso ricavate dal Rapporto Geomeccanico del 1989 ed in corrispondenza del ciglio di frana. Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 9

10 Caratterizzazione geotecnica dell ammasso roccioso costituente i blocchi Criterio generalizzato di Hoek-Brown : nota la legge di resistenza del materiale roccioso (ricavata da prove triassiali ed uniassiali); σ ci = MPa σ t = 4.46 MPa determinato l indice di qualità dell ammasso GSI=50 ed il fattore di disturbo D=0.7; si determina la legge di resistenza dell ammasso roccioso (roccia + discontinuità minori). σ c= 1.51 MPa σ t = 0.05 MPa Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 10

11 Caratterizzazione geotecnica dell ammasso roccioso Modulo di deformazione da GSI e D (Hoek et al.) E m = 4.99 Gpa Per l implementazione del modello di calcolo occorre determinare i parametri di resistenza in termini di c e φ: linearizzazione in un intervallo significativo della tensione principale minima (funzione di H e di γ) c=0.72 MPa φ=39.6 ρ=2700kg/m3 σ t = 0.05 Mpa c=0.72 MPa φ=39.6 E m = 4.99 GPa K= 3.32 GPa G= 1.99 GPa (n=0.25) Pagina 11

12 Caratterizzazione geotecnica delle discontinuità maggiori Giunti deboli con riempimento di spessore> asperità della roccia: vengono caratterizzati con i parametri di resistenza determinate dalle prove di taglio sul materiale di riempimento. c=31kpa φ=33.4 Le rigidezze vengono determinate dal modulo edometrico: E ed (riempimento)=330mpa s Ks Kn [cm] [MPa/mm] [MPa/mm] s< <s< <s< s> Per i giunti secondari di trazione e per i giunti fittizi si assume rispettivamente: c=0 φ=39.6 ks=6.9mpa/mm kn=20.8mpa/mm c=720kpa φ=39.6 ks=69mpa/mm kn=208mpa/mm Pagina 12

13 Analisi numerica con UDEC 4.01 UDEC è un codice di calcolo bidimensionale basato sul metodo degli elementi distinti: la massa rocciosa è rappresentata da blocchi (nel nostro caso deformabili) che interagiscono lungo i giunti che li delimitano BLOCCHI Per i blocchi si è considerato il Mohr-Coulomb model ovvero un modello elasto-plastico per i quale l inviluppo di rottura corrisponde al criterio di Mohr-Coulomb. GIUNTI Comportamento elastico, in direzione normale elasto-plastico in direzione tangenziale Pagina 13

14 Successione delle fasi di calcolo Inizializzazione con il calcolo delle tensioni geostatiche Simulazione dell erosione per determinare lo stato tensionale del versante Prima di procedere con la simulazione dello scavo di sbancamento si annullano gli spostamenti Pagina 14

15 Successione delle fasi di calcolo Pagina 15

16 Risultati fasi iniziali: il campo degli spostamenti è prevalentemente verticale e diretto verso l alto. ultima fase: si modifica il campo degli spostamenti che, soprattutto in corrispondenza del blocco al piede, indicano una condizione di spostamento verso valle Pagina 16

17 Contatti allo stato limite al procedere dello sbancamento Al procedere delle fasi di sbancamento aumentano le estensioni dei contatti in condizione di stato limite di taglio. Pagina 17

18 Spostamenti 1.17mm 3.2 mm Non si determina uno stato di rottura generale del pendio 5.6 mm Pagina 18

19 Analisi parametriche L analisi effettuata con i parametri meccanici desunti dall interpretazione delle indagini geotecniche e strutturali non ha portato ad uno stato di rottura generale. I parametri meccanici dei giunti principali sono influenzati da numerosi fattori spesso non desumibili dalle analisi di laboratorio. E stato condotto uno studio parametrico in cui si sono fatti variare i valori di resistenza delle sole discontinuità (c e tgφ) mantenendo costanti quelli dell ammasso. Fs φ [ ] c [kpa] φ fr.tr [ ] Pagina 19

20 Analisi parametriche Alla riduzione dei parametri di resistenza: Progressivo aumento della componente orizzontale degli spostamenti nei blocchi delimitati dal giunto più superficiale subparallelo al fronte. Progressivo aumento dei contatti in condizione di stato limite di taglio. Per un coefficiente di riduzione Fs=1.16 Y c=26.7kpa φ=29.6 INNESCO DI UN INSTABILITA PLANARE DEL VERSANTE NELLA FASE FINALE DELLO SBANCAMENTO Pagina 20

21 Instabilizzazione del versante La superficie di rottura si attesta sul giunto più superficiale subparallelo al fronte spostamenti di taglio lungo i giunti campo dei vettori velocità Pagina 21

22 Spostamenti 18 mm 19 mm 23 mm Pagina 22

23 Conclusioni RISULTATI DELLE ANALISI PARAMETRICHE COMPATIBILI CON IL FENOMENO OSSERVATO FENOMENO DI INSTABILITA AVVIENE PER VALORI DI RESISTENZA (c=26.7kpa φ=29.6 ) PLAUSIBILI PER IL MATERIALE DI RIEMPIMENTO DEI GIUNTI SI PUÒ QUINDI RITENERE CHE IL MODELLO DI CALCOLO AGLI ELEMENTI DISTINTI SIA ADATTO ALLO STUDIO DEL FENOMENO E CHE SIANO ACCETTABILI LE IPOTESI EFFETTUATE SUL MODELLO GEOTECNICO INDIVIDUATO Analisi di uno scivolamento in un ammasso roccioso interessato da fasce cataclastiche Pagina 23

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