ANALISI DEGLI EFFETTI DELLE PIOGGE SULLE PRESSIONI NEUTRE IN PENDII ARGILLOSI

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI NAPOLI FEDERICO II FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di Laurea in Ingegneria Strutturale e Geotecnica TESI DI LAUREA IN STABILITA DEI PENDII E SICUREZZA DEL TERRITORIO ANALISI DEGLI EFFETTI DELLE PIOGGE SULLE PRESSIONI NEUTRE IN PENDII ARGILLOSI Relatore Ch.mo Prof. Ing. Gianfranco Urciuoli Correlatore Ing. Marianna Pirone Candidato Agostino Farese Matr. M56/89 Anno Accademico

2 RELAZIONE SINTETICA L obiettivo del presente elaborato è l analisi degli effetti delle piogge sulle pressioni neutre in pendii argillosi. I terreni dell Italia Meridionale che si appoggiano alla catena appenninica sono prevalentemente costituiti da flysch argillosi, spesso interessati da fenomeni franosi che assumono la caratteristica di colate lente e/o scorrimenti rotazionali. Il principale fattore scatenante è la pioggia, in quanto produce un significativo innalzamento del livello di falda e quindi un aumento delle pressioni neutre con conseguente riduzione della resistenza a taglio. Nel presente lavoro l attenzione è stata focalizzata su tre frane avvenute nella Valle del Basento nei pressi di Brindisi di Montagna (PZ) nei siti di Masseria Marino, Masseria De Nicola e Acqua di Luca e su una frana avvenuta nella Valle del Sele nei pressi di Contursi (SA). Queste frane, tutte sviluppatesi nelle Argille Varicolori, sono state monitorate per lunghi periodi: le prime tre a partire dal 1991 per misurarne gli spostamenti e le variazioni del livello di falda, l ultima a partire dal 1985, prima per la realizzazione di una strada a scorrimento veloce, poi, in seguito al riattivarsi della frana, per progettare e verificare la corretta esecuzione dell intervento di sistemazione del versante. Figura 1: Localizzazione dei siti oggetto di studio In particolare nell ambito dell elaborato in questione sono stati organizzati ed elaborati tutti i dati piezometrici derivanti del monitoraggio, allo scopo di indagare il regime delle pressioni 2

3 neutre all interno dei pendii, ponendo particolare attenzione alla risposta dei terreni argillosi agli eventi di pioggia. Infine ci si è dedicati alla modellazione del problema mediante il codice di calcolo SEEP/W allo scopo di riprodurre le pressioni neutre rilevate in sito individuando il corretto valore della permeabilità. Le tre colate presentano, in pianta, forma essenzialmente lobata, tipica delle colate lente in pendii argillosi, mentre a livello stratigrafico si differenziano per la presenza di terreni diversi tra di loro ma tutti di matrice argillosa. Sito Masseria Marino Masseria De Nicola Acqua di Luca Estensione planimetrica (m²) Quota massima (m.s.l.m.) Lunghezza totale (m) Lunghezza canale (m) Larghezza media zona di alimentazione (m) Larghezza media canale (m) Spessore zona di alimentazione (m) Spessore canale (m) Inclinazione media ( ) 1,5 1 1,5 Tabella 1: Caratteri morfologici delle frane in studio Le permeabilità dei terreni rilevate da prove dirette sono: Terreno k laboratorio (m/s) k sito (m/s) AV sede , , AV alterate , Colata , , ,5 1 9 Zona di taglio 1, ,5 1 1 Tabella 2: Permeabilità dei terreni (AV = Argille Varicolori) Dall analisi delle misure piezometriche nel tempo è stato osservato che esse sono influenzate dal comportamento della frana; infatti, soprattutto nell area di alimentazione, dove l attività è maggiore, le celle inferiori dei piezometri sono andate fuori uso entrando in comunicazione con quelle superiori e registrando dunque entrambe lo stesso livello di acqua. Nel canale di flusso l andamento del pelo libero della falda risente maggiormente delle piogge e presenta oscillazioni maggiori con gli eventi piovosi. 3

4 altezze di pioggia [mm] profondità della falda dal p.c. [m] prodondità cella [m] Nella zona di accumulo, invece (più stabile rispetto alle altre parti della frana) l andamento è quello tipico dei terreni argillosi con picchi che si verificano al termine dei mesi piovosi ma con un po di ritardo, data la bassa permeabilità dei terreni in esame. I minimi si verificano, al contrario, al termine dei mesi più secchi, dunque sul finire dell estate e all inizio dell autunno. Quasi la totalità delle celle installate in prossimità della zona di taglio o al di sotto di essa sono andate fuori uso a causa del maggiore stato di deformazione presente nella zona. Inoltre è stato osservato, tramite l elaborazione dei dati, che all aumentare della profondità e quindi al diminuire della permeabilità le escursioni del livello di falda e dunque delle pressioni neutre si riducono livello -2 di falda -3 [m] -4-5 Figura 2: Escursioni del livello di falda con la profondità Lo stesso accade per i valori massimi e minimi della falda registrati dai piezometri superficiali: i primi si riscontrano tra la fine dell inverno e l inizio della primavera, i massimi tra la fine dell estate e l autunno, indicando un effetto stagionale, talvolta indipendente dal valore di pioggia registrato annualmente. La falda oscilla dunque tra 1 e 3 m dal p.c Piogge Massimi Minimi 2-mar dic mar-93 9-apr mar-9629-nov-97 7-feb apr-1 17-dic-2 1-mar- 3-dic-92 3-ago-96 3-ago-2 3-ott set lug-98 3-set- 26-lug lug-97 3-nov-1 26-gen-95 3-giu Figura 3: Valori massimi e minimi annuali della falda 4

5 26-feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic-96 pressioni neutre [kpa] Per la riproduzione delle pressioni neutre rilevate in sito è stato utilizzato un codice numerico agli elementi finiti (Seep/W) in cui è stata analizzata una sezione longitudinale dei siti tramite una mesh 2D. L attenzione si è concentrata sulla frana di Località Acqua di Luca in quanto essa tra tutte è la più stabile. Per gli strati superficiali è stata utilizzata una curva di ritenzione e dunque di permeabilità ottenute tramite una back-analysis, mentre per quelli più profondi, sono stati usati i valori medi delle permeabilità ottenuti dalle prove di permeabilità in sito. Per la colata è stato utilizzato un valore della permeabilità maggiore del limite superiore determinato con la sperimentazione al fine di cogliere le oscillazioni delle pressioni neutre al variare delle condizioni al contorno. Al contorno superiore sono state applicate le piogge giornaliere, depurate dell evapotraspirazione, a quello inferiore è stata applicata la condizione di contorno impermeabile ovvero di flusso nullo, mentre a monte e a valle il carico idraulico h = z + p/ γ idrostatico (ovvero condizioni indisturbate). Il confronto tra le pressioni neutre calcolate e misurate è rappresentato nel seguito per alcuni piezometri: P1 superiore (z=4,7 m) Rilevate Analisi tempo [giorni] 5

6 26-feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic-96 pressioni neutre [kpa] P2 inferiore (z=12 m) Rilevate Analisi tempo [giorni] Figura 4: Confronto tra le analisi rilevate in sito e quelle ottenute dall analisi numerica Dalle figure si evince la corrispondenza tra l andamento delle pressioni neutre rilevate in sito e quelle ottenute dal codice di calcolo. Per entrambi i siti studiati si può concludere che: I terreni risentono degli eventi meteorici con un certo ritardo: le massime risalite di falda si verificano qualche tempo dopo le piogge; il ritardo dipende dalla distanza del punto dal p.c.; All aumentare della profondità le escursioni del livello di falda si smorzano; La quasi totalità delle celle dei piezometri installate in prossimità della zona di taglio vanno rapidamente fuori uso; I livelli minimi della falda si verificano nei mesi estivi, quelli massimi a fine inverno. Per una corretta modellazione numerica è indispensabile una caratterizzazione idraulica dei terreni effettuata tramite prove in sito al fine di individuare la corretta permeabilità dei vari strati; Maggiore è la stabilità del corpo di frana, tanto più le misure piezometriche sono correlabili al regime pluviometrico. 6