Università degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Geotecnica ed Ambientale

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1 Università degli Studi di Napoli Federico II Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Geotecnica ed Ambientale Analisi idro-meccanica di colate di terra sulla base del monitoraggio di un sito sperimentale Dottoranda Antonella Giammaro Tutor Prof. Gianfranco Urciuoli

2 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Introduzione: le colate di terra e il sito sperimentale di Masseria Maro Oggetto della ricerca Alla luce dei dati del monitoraggio si propone un terpretazione delle fasi di riattivazione della colata come meccanismo essenzialmente non drenato. Ricerca di un modello costitutivo idoneo Organizzazione della ricerca: sperimentazione di laboratorio e analisi numeriche Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

3 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo COLATE DI TERRA : MORFOLOGIA Area di alimentazione Canale di frana Area di accumulo Una colata di terra è un movimento di terreno dislocato, che si sposta dalla zona di alimentazione, attraverso il canale di flusso, fo a raggiungere a valle la zona di accumulo, caratterizzata da modeste pendenze del piano di scivolamento. Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

4 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo COLATE DI TERRA : CINEMATISMI Morfologia Velocità Monte Canale Acc. A La sagoma della colata è ben defita: la zona di alimentazione si presenta concava, il canale di frana stretto ed allungato e l area di accumulo lobata. 3m/g 3m/s >v > 1,5m/mese ATTIVAZIONE/ RIATTIVAZIONE B C I bordi della scarpata della zona di alimentazione diventano più smussati, il canale ha sagoma defita e la superficie topografica della zona di accumulo si presenta molto irregolare I bordi delle scarpate si fanno sempre più smussati e scarsamente riconoscibili. Si osserva una deformazione diffusa della massa frana con ondulazioni del piano campagna 1,5m/mese >v > 1,5m/anno v<1,5m/anno Le colate di terra sono contua evoluzione morfologica e cematica, con stati di attività diversi e velocità di spostamento che variano tra i m/giorno, nelle fasi di attivazione o riattivazione, e i mm/anno nella fase matura. Assenza di deformazioni macroscopiche e superficie topografica praticamente regolarizzata v<1,5cm/anno FASE MATURA D Guida e Iaccaro Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

5 IL SITO SPERIMENTALE: FRANA MASSERIA MARINO Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Potenza A Basento Sito studiato Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

6 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo IL SITO SPERIMENTALE: FRANA MASSERIA MARINO ( 92-4): -regime idraulico -regime pluviometrico -spostamenti superficiali e profondi Caratterizzazione idraulica e meccanica dei terreni : -prove sito (Urciuoli,1994) -prove di laboratorio (Guerriero,1995; Comegna, 24) Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

7 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo 15 Fasi evolutive della colata di Masseria Maro Velocità [cm/giorno] A B 9 8 CD M a s s e r ia M a r o V a g li o d e ll a L u c a n i a pioggia giornaliera [mm/giorno] La frana si è riattivata più volte nel periodo cui è stata monitorata, attraversando più volte le quattro fasi di attività (da A a D)

8 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo 15 Fasi evolutive della colata di Masseria Maro Velocità [cm/giorno] A B 9 8 CD M a s s e r ia M a r o V a g li o d e ll a L u c a n i a pioggia giornaliera [mm/giorno] Le riattivazioni della colata, che genere si verificano nella zona di alimentazione, sono conseguenza delle piogge della stagione umida

9 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo 15 Fasi evolutive della colata di Masseria Maro Velocità [cm/giorno] A B 9 8 CD M a s s e r ia M a r o V a g li o d e ll a L u c a n i a pioggia giornaliera [mm/giorno] Le evoluzioni degli spostamenti della colata, i cui massimi valori si concentrano nel canale di flusso, non sono direttamente relazionate agli eventi meteorici

10 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo A 9 6 B 3 Velocità [cm/giorno] CD pioggia giornaliera [mm/giorno]

11 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo A 9 6 B 3 Velocità [cm/giorno] CD pioggia giornaliera [mm/giorno]

12 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo A 9 6 B 3 Velocità [cm/giorno] CD pioggia giornaliera [mm/giorno]

13 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo A C Alle letture degli spostamenti nella sezione strumentata A, corrispondono nel piezometro della piazzola C misure di risalita del livello idrico di tre metri al di sopra del piano campagna

14 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo A C L cremento di pressioni neutre che si registra nella sezione di valle, non può essere spiegata che con un meccanismo del tipo caricamento non drenato

15 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Il movimento si trasmette, progressivamente, lungo il corpo della colata da monte verso valle con velocità tali da generare sovrappressioni neutre, che causano, poi, l effettivo collasso del pendio

16 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Obiettivo: Ricerca di un modello costitutivo adatto a terpretare il fenomeno q M Tensioni totali p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

17 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo q M Tensioni totali Tensioni efficaci p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

18 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo q M Tensioni totali Tensioni efficaci p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

19 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo q M Velocità di carico crescente Tensioni totali p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

20 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Questo si ripercuote, evidentemente, sull entità delle sovrappressioni neutre generate durante il processo di carico q M Du Tensioni totali p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

21 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Questo si ripercuote, evidentemente, sull entità delle sovrappressioni neutre generate durante il processo di carico q M Du p,p Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

22 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Attività di ricerca Attività sperimentale: con un codice agli Elementi Fiti (PLAXIS 2D) - sperimentazione Bishop: analisi del comportamento viscoso dei materiali della colata attraverso prove di compressiale triassiale non drenate a differenti velocità di deformazione, prove di creep e prove di rilassamento -elaborazione prove triassiali: Interpretazione delle prove sperimentali attraverso l utilizzo di modelli costituivi differenti: Elasto-plastico con criterio di rottura alla Mohr Coulomb; Soft Soil (elastico non leare plastico con crudimento) Soft Soil Creep (elasto-viscoplastico) -modellazione colata Masseria Maro: Interpretazione del meccanismo della colata attraverso l utilizzo di modelli costituivi differenti: Elasto-plastico con criterio di rottura alla Mohr Coulomb; Soft Soil Soft Soil Creep Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

23 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo di laboratorio: prove di compressione triassiale cella Bishop Analisi della risposta viscosa del materiale del corpo di colata Programma sperimentale: 2 prove di compressione triassiale non drenate a differente velocità di deformazione 1 prova di rilassamento non drenata 1 prova di creep non drenato

24 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo di laboratorio: risultati I prova: il provo, fase di rottura, a deformazione controllata, è stato sottoposto ad un alternanza delle velocità di deformazione :,1%/h e 1%/h

25 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo di laboratorio: risultati II prova: il provo, fase di rottura, a deformazione controllata, è stato sottoposto ad un alternanza delle velocità di deformazione :,1%/h,,5%/h,1%/h e 5%/h

26 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo di laboratorio: risultati III prova: il provo, fase di rottura, a deformazione controllata, è stato sottoposto a fasi di rilassamento (la deformazione è stata imposta costante ed è stato monitorato lo scarico tensionale conseguente)

27 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo di laboratorio: risultati IV prova: prova di creep non drenato ( fase di rottura il materiale è stato sollecitato, a tensione controllata, ad un deviatore costante, condizioni non drenate) 12 1,2 1 1, q=7 kpa tensione q,p' [kpa] p' q axial stra [%],8,6,4 q=5 kpa 2,2 q=3 kpa tempo [m], tempo [m] 12 log1(axial creep rate) [%/m] q=5 q=3 q=7 sovrappressione neutra [kpa] tempo [m] tempo [m]

28 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Analisi numeriche: Riproduzione delle prove triassiali sperimentali con un codice di calcolo agli Elementi Fiti (PLAXIS 2D) Obiettivo: terpretazione del comportamento meccanico dei terreni di colata, alla scala dell elemento di volume, con tre differenti modelli costitutivi: - MC :elastico-perfettamente plastico con criterio di rottura alla Mohr Coulomb (MC) -Soft Soil : modello elastico non leare-plastico con crudimento isotropo e criterio di rottura alla Mohr Coulomb (SS) -Soft Soil Creep: modello elasto - viscoplastico con criterio di rottura alla Mohr Coulomb (SSC) Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

29 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo tensione deviatorica, q [kpa] Analisi numeriche: Riproduzione delle prove triassiali sperimentali con un codice di calcolo agli Elementi Fiti (PLAXIS 2D) risultati dati MC SS SSC[,1%/h] SSC[5%/h] tensione media efficace, p' [kpa] tensione deviatorica, q [kpa] deformazione assiale, εa [%] dati MC SS SSC[,1%/h] SSC[5%/h] Il Soft Soil Creep, essendo l unico modello costitutivo viscoso, riproduce maniera più realistica i percorsi tensionali della prova triassiale condotta a differenti velocità di deformazione

30 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo 6 Analisi numeriche: Riproduzione delle prove triassiali sperimentali con un codice di calcolo agli Elementi Fiti (PLAXIS 2D) risultati 6 tensione deviatorica, q [kpa] tensione deviatorica, q [kpa] dati SSC tensione media efficace, p' [kpa] deformazione assiale, εa [%] Anche le fasi di rilassamento riescono a essere riprodotte con il modello viscoso

31 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Analisi numeriche: Riproduzione delle prove triassiali sperimentali con un codice di calcolo agli Elementi Fiti (PLAXIS 2D) risultati deformazione assiale [%] 1,2 1,,8,6,4,2 q=7kpa q=5kpa simulazioni q=3kpa, tempo [m] I maggiori limiti del modello si rivelano nella simulazione della prova di creep non drenato. La legge viscosa all terno del modello è tarata sul comportamento viscoso volumetrico del materiale (fatti l unico parametro che si richiede è Ca,il coefficiente di consolidazione secondaria che si ricava dalle prove edometriche) Nella prova simulata, vece, le deformazioni che si sviluppano sono totalmente deviatoriche.

32 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo : Riproduzione della colata di Masseria Maro un codice agli Elementi Fiti (Plaxis 2D) Analisi del meccanismo di frana 63 m.l.m 55 m.l.m 42m Sezione e mesh modello PLAXIS 2D Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

33 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D Modello costitutivo: elastico-perfettamente plastico con criterio di resistenza alla Mohr Coulomb Colata Zona di taglio Superficie di scorrimento Formazione di base E (MPa) n c (kpa) f ,35, Infitamente rigida k (m/s) (Guerriero,1995; Comegna,24) Colata 1, Argille alterate 1, Formazione di base 8, (Urciuoli,1994) Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

34 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo 6 agli elementi fiti: PLAXIS2D Attraverso la riproduzione delle condizione di idrauliche nel pendio si è cercato di terpretare il fenomeno franoso che si è manifestato sito negli anni piogge giornaliere [mm] piogge cumulate [mm] 23-ott mag nov giu dic lug-97 4-feb ago mar set-99 A partire dai dati pluviometrici si sono dividuati i periodi umidi (simulati nel modello con la presenza di una lama d acqua a piano campagna) e i periodi asciutti (simulati, vece, assegnando una suzione a piano campagna) Le simulazioni prendono considerazione anche i due anni precedenti al fenomeno franoso: Il 1995, durante il quale non si registrano movimenti nel pendio, per tarare i parametri del modello. Il 1996, perché è quest anno che la colata izia a far registrare i primi movimenti (fase lenta). Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

35 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D Risultati profondità falda da p.c. [m] piezometro VI simulazioni gen giu ott mar lug-98 6-dic apr-1 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

36 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D piezometro V -1 profondità falda da p.c. [m] simulazioni gen giu ott mar lug-98 6-dic apr-1 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

37 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D piezometro 4-1 profondità falda da p.c. [m] simulazioni gen giu ott mar lug-98 6-dic apr-1 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

38 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D piezometro 6-1 profondità falda da p.c. [m] simulazioni 7-mar set apr ott mag-96 1-dic giu-97 5-gen lug-98 9-feb-99 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

39 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D piezometro IV -1 profondità falda da p.c. [m] simulazioni 7-mar set apr ott mag-96 1-dic giu-97 5-gen lug-98 9-feb ago-99 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

40 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D profondità falda da p.c. [m] piazzola C simulazioni set apr ott mag-96 1-dic giu-97 5-gen lug-98 9-feb-99 La riproduzione del regime delle pressioni neutre appare soddisfacente nei piezometri che si trovano nella parte basse del canale di frana, decisamente meno nella parte alta del canale di frana, che è quella maggiormente soggetta alle compressioni della zona di alimentazione (caricamento non drenato?) Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

41 Monitaggio Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo agli elementi fiti: PLAXIS2D clometro piazzola C 35 spostamenti [cm] E c /E t =2 E c /E t = giu ott mar lug-98 6-dic apr-1 Anche l andamento degli spostamenti testa all clometro posizionato nella piazzola C, evidenzia il limite del modello di cogliere il movimento della colata. Il massimo spostamento si registra all applicazione del primo periodo piovoso (lama d acqua a piano campagna), dopodiché, conseguenza di regimi idraulici piuttosto regolari, come evidenziato dagli andamenti dei piezometri, la colata rimane stabile Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21

42 Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Conclusioni e prosecuzione del lavoro Il modello costitutivo elasto-plastico alla Mohr Coulomb non riuscendo a riprodurre maniera corretta il comportamento non drenato dei materiali di colata, non coglie i cematismi del fenomeno franoso Interpretazione del meccanismo di frana con modelli costitutivi più idonei (viscosi): -per riprodurre maniera corretta i percorsi tensionale non drenati che si sviluppano nel corpo di colata -per tener conto di effetti di rilassamento tensionale nel corpo di frana che potrebbero abbassare le soglie piezometriche critiche. Dottorato di ricerca Ingegneria Geotecnica XXIII ciclo Napoli 16 giugno 21