18 fp frane-ws2015

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6 marzo 2015 ANALISI DI STABILITA’ DEI VERSANTI: NORMATIVE E CASI STUDIO Floriana Pergalani 2015 Workshop Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza in urbanistica - Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and Resilience in Planning

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  • 6 marzo 2015

    ANALISI DI STABILITA DEI VERSANTI: NORMATIVE E CASI STUDIO

    Floriana Pergalani

    2015 Workshop Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilit e la resilienza

    in urbanistica - Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and Resilience in Planning

  • Sigla SCENARIO PERICOLOSITA SISMICA LOCALE EFFETTI Z1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti

    Z1c Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di frana

    Instabilit

    Z2 Zone con terreni di fondazione particolarmente scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini con falda superficiale)

    Cedimenti e/o liquefazioni

    Z3a Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di terrazzo fluviale o di natura antropica)

    Z3b Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo: appuntite - arrotondate

    Amplificazioni topografiche

    Z4a Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi

    Z4b Zona pedemontana di falda di detrito, conoide alluvionale e conoide deltizio-lacustre

    Z4c Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o coesivi (compresi le coltri loessiche)

    Z4d Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di origine eluvio-colluviale

    Amplificazioni litologiche e geometriche

    Z5 Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse Comportamenti

    differenziali

    Effetti locali

  • Due categorie:

    Amplificazioni Instabilit

    Approcci semiquantitativo e quantitativo

  • Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)

    aree potenzialmente franose, spostamenti

    Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)

    Approcci semiquantitativo e quantitativo

  • Approccio probabilistico

    Modello digitale del terreno Carta acclivit Carta esposizione Carta geologica Carta geomorfologica Carta delluso del suolo Carta del reticolo idrografico

  • Identificazione aree potenzialmente instabili Modello probabilistico che combina dati

    provenienti da livelli informativi relativi a tematismi geologici, geomorfologici, geologico-tecnici e antropici

    Ipotesi che la franosit sia condizionata dai fattori considerati e che questi possano perci essere utilizzati per individuare le aree potenzialmente franose.

    Probabilit di sviluppo di nuove frane in aree stabili maggiore dove si presentano condizioni simili a quelle che si verificano nelle aree attualmente instabili.

    Approccio probabilistico

  • PREDIZIONE frane quiescenti unit litotecniche angolo del versante esposizione del versante uso del suolo classificato distanza dalle linee di drenaggio

    VERIFICA

    frane attive

    Approccio probabilistico

  • Sovrapposizione della mappa delle frane (conoscenza a priori) e i vari livelli informativi

    Calcolo del valore numerico della rilevanza (correlazione) di ogni fattore rispetto alle evidenze

    Calcolo del Fattore di Certezza (CF)

    Approccio probabilistico

  • Classe CF Descrizione 1 -1,-0.5 Alta stabilit 2 -0.5,-005 Media stabilit 3 -0.05,+0.05 Incerte 4 +0.05,+0.5 Media instabilit 5 +0.5,+1 Alta instabilit

    Approccio probabilistico

  • Esempio applicativo

  • Scala lavoro 1:10.000 Area Oltre Po Pavese: 310 Km2 Frane censite, classificate e immagazzinate Numero complessivo: 811 Fenomeni ricorrenti: scorrimenti traslazionali,

    colamenti, scorrimenti traslazionali e colamenti

    Unit litotecniche coinvolte: coltri di alterazione delle unit argillose, marnose e sabbiose

    GIS (ArcView 3.2a) Access97

    Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Colamenti Carta dei colamenti Carta acclivit Carta esposizione Carta uso del suolo Carta litotecnica

    Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Scorrimenti e complessi Carta degli scorrimenti e fenomeni

    complessi Carta dellacclivit Carta delluso del suolo Carta litotecnica Carta degli elementi tettonici

    Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)

    aree potenzialmente franose, spostamenti

    Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)

    Approcci semiquantitativo e quantitativo

  • Approccio semiquantitativo

    Modello digitale del terreno Carta acclivit Carta del livello della falda Carta geologica Carta geomorfologica Parametri geotecnici Input sismico (in termini di parametri

    indicatori)

  • Iag

    a t dttf

    = 2

    2

    0( )

    pdg

    a t dt

    n a

    tf

    =2

    2

    2

    0 ( )

    . .

    INTENSITA DI ARIAS

    (Arias, 1969)

    POTENZIALE DISTRUTTIVO

    (Saragoni et al., 1989)

    PICCO DI ACCELERAZIONE Pga = max [ a(t)]

    Approccio semiquantitativo

  • FORZE AGENTI LUNGO UN PENDIO

    W

    Wn

    Wt

    z

    zwu

    c'

    W = peso dellunit di pendio z = profondit superficie di scorrimento zw = altezza della tavola dacqua b = angolo del pendio u = pressione dellacqua c = coesione m = zw / z = angolo di attrito

    Approccio semiquantitativo

  • Analisi statiche Pendio indefinito

    Condizioni asciutte Condizioni totalmente sature

    ( ))cos()(

    )'tan()cos(' 2

    zsinzmcFs w+=

    Approccio semiquantitativo

  • Analisi pseudostatiche Pendio indefinito

    Condizioni asciutte Condizioni totalmente sature

    ( ) ( ))'tan()tan(

    )tan()'tan()cos(' 2

    zzzzmcKc w

    ++

    =

    Approccio semiquantitativo

  • Analisi dinamiche Abachi di correlazione

    Aree riattivabili PGA Kc: movimento riattivabile; PGA < Kc: movimento non riattivabile

    Approccio semiquantitativo

  • N. Ambraseys, M. Srbulov (1995)

    546.1)(993.1)(521.1)( = KcLogIaLogDLog R.W. Jibson, E. L. Harp, J. A. Michael (1998)

    T. Crespellani, C. Madiai, G. Vannucchi (1998) 202.191.0021.0 = KcPDD

    R. Romeo (1998)

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    110

    120

    130

    140

    150

    160

    170

    180

    190

    200

    210

    220

    230

    240

    Disp

    lace

    men

    t (cm

    ) Kc

  • Mappa degli spostamenti

    Mappa di Pga

    Mappa del Kc

    se Pga > Kc

    Mappa di Ia

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    350

    400

    450

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

    110

    120

    130

    140

    150

    160

    170

    180

    190

    200

    210

    220

    230

    240

    Disp

    lace

    men

    t (cm

    ) Kc

  • Codice Descrizione Coesione (kPa)

    Angolo di attrito ()

    Peso volume (kN/m3)

    1 alluvioni, depositi di conoide, detrito di versante, substrato, ofioliti

    - - -

    2 colluvioni HP 0.0 14.0 20.0 3 colluvioni BP 0.0 22.0 20.0 4 colluvioni BP-GB 0.0 11.0 20.0 5 colluvioni GB-BP 0.0 24.0 20.0

    Analisi geotecnica 182 campioni

    Analisi statistica

    Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

  • Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)

    aree potenzialmente franose, spostamenti

    Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)

    Approcci semiquantitativo e quantitativo

  • Geometria del movimento franoso (andamento, inclinazione e profondit della superficie di scivolamento, area del corpo di frana, inclinazione del pendio, ecc.)

    Parametri geotecnici (peso volume, coesione,

    angolo di attrito) Livello della falda Input sismico (accelerogrammi)

    Approccio quantitativo Scorrimenti

  • Analisi statiche (Bishop, Jambu, Fellenius, ecc.)

    1 (c b + (W - u b) tan) sec Fs = ----------- -------------------------------------- W sin 1 + tan tan ------------------- Fs

    Approccio quantitativo

  • Analisi pseudostatiche (Sarma, ecc.)

    Wi

    Kc Wi

    Xi

    Zi

    Ei

    Ti

    Ni

    bi

    Wisin(i -i) + Ricos i + Si+1sin( i -i -i+1) - Sisin( i -i -i) ai = ------------------------------------------------------------------------------------- cos(i -i +*i+1-i+1) sec*i+1

    Wi cos (i - i)pi = --------------------------------------- cos ( - i + i+1 - ) seci+1

    cos (i - i + *i - i) sec*i ei = ------------------------------------------------ cos (i - i + *i+1 - i+1) sec*i+1

    Ri = ci bi seci - Ui tani

    Si = c*i di - PWi tan*i

    Approccio quantitativo

    an + an-1 en + an-2 en en-1 + ... + a1 en en-1...e3 e2 Kc = ----------------------------------------------------------------- pn + pn-1 en + pn-2 en en-1 + ... + p1 en en-1...e3 e2

  • Analisi dinamiche (Newmark, ecc.)

    N - M an - Wn + Ne = 0 T - M at - Wt + Te = 0

    Contatto tra base e blocco

    Superamento della resistenza limite moto relativo tra base e blocco

    Velocit relativa nulla contatto tra base e blocco

    Andamento degli spostamenti relativi

    Approccio quantitativo

    Ne

    Te

    x

    y

    W

    M an

    M at

    z

  • Approccio quantitativo

  • Crolli

    Analisi geologiche, geomorfologiche, geo-meccaniche e sismiche Analisi storiche

    Approccio quantitativo

  • Compilazione delle schede, rilievi geologici e geomorfologici;

    Rilievi geo-meccanici, prove in situ e in laboratorio e classificazione geo-meccanica degli ammassi rocciosi;

    Individuazione degli input sismici: valori di Pga e Pgv;

    Verifica cinematica per lidentificazione delle aree di instabilit e analisi di stabilit in condizioni statiche e pseudo-statiche;

    Approccio quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche

    e sismiche

  • Rilievi dettagliati geomorfologici per lindividuazione delle pi importanti piste di discesa;

    Statistica delle simulazioni bidimensionali della caduta dei massi in condizioni statiche e pseudo-statiche;

    Back analysis in accordo con le distribuzioni pi realistiche dei massi lungo il versante;

    Identificazione delle aree degli arrivi in accordo con le suddivisioni in fasce proposte dalla Regione Lombardia (2001) sulla base di procedure di zonazione usate per stabilire I livelli di pericolosit da crollo;

    Approccio quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche

    e sismiche

  • fascia di transito: nessun blocco si ferma allinterno della fascia;

    fascia A: arresto del 70% dei blocchi; fascia B: arresto del restante 25% dei

    blocchi; fascia C: arresto del restante 5% dei

    blocchi.

    Approccio quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche

    e sismiche

  • Verifica su ogni pista di discesa degli arrivi sulla base dei dati dei movimenti passati e recenti accaduti nellarea;

    Stesura della mappa finale degli arrivi con lindividuazione delle aree protette dovute a morfologia favorevole validate da informazioni storiche e recenti

    Approccio quantitativo Analisi storiche

  • Esempio applicativo

    frana di scivolamento attiva

    frana di scivolamento quiescente frana da crollo

    SUBSTRATO ROCCIOSO Successioni carbonatico - dolomitiche e marnoso - selciose: ST stratificato SF stratificato molto fratturato o cataclasato

    Depositi continentali addensati: DC detriti cementati, conglomerati e travertini DM depositi glaciali, fluvioglaciali , fluviali, addensati o consistenti

    COPERTURA Depositi continentali sciolti: GG terreni prevalentemente a grana grossa

    GEOMORFOLOGIA frana di scivolamento attiva

    frana di scivolamento quiescente frana da crollo

    frana di scivolamento attiva

    frana di scivolamento quiescente frana da crollo

    SUBSTRATO ROCCIOSO Successioni carbonatico - dolomitiche e marnoso - selciose: ST stratificato SF stratificato molto fratturato o cataclasato

    Depositi continentali addensati: DC detriti cementati, conglomerati e travertini DM depositi glaciali, fluvioglaciali , fluviali, addensati o consistenti

    COPERTURA Depositi continentali sciolti: GG terreni prevalentemente a grana grossa

    GEOMORFOLOGIA

  • - uno scorrimento del quale la parte superiore stata classificata come quiescente e la parte inferiore come attiva, il movimento probabilmente dovuto ad uno scorrimento nellaccumulo di frana derivato da un crollo

    - una frana di crollo

    Esempio applicativo

  • Parametri geotecnici SUBSTRATO ROCCIOSO

    Successioni carbonatico-dolomitiche e marnoso-selciose: ST stratificato Parametro min max RMR (Rock Mass Rating) base 50 70 () 30 40 c (kPa) 250 350 Esitu (GPa) 10 40 Vp (m/s) 3.600 5.600 Ammassi di qualit buona Vp (m/s) 3.000 3.600 Ammassi di qualit mediocre SF stratificato molto fratturato o cataclasato Parametro min max RMR base 20 30 () 15 20 c (kPa) 100 150 Esitu (GPa) 2 3 Vp (m/s) 2.300 4.000 Ammassi di qualit scadente

    Esempio applicativo

  • Parametri geotecnici Depositi continentali addensati:

    DC detriti cementati, conglomerati e travertini Parametro min max RMR base 50 70 () 30 40 c (kPa) 250 350 Esitu (GPa) 10 40 Vp (m/s) 3.500 4.500 Ammassi di qualit discreta Vp (m/s) 2.500 3.500 Ammassi di qualit scadente DM depositi glaciali, fluvioglaciali, fluviali, addensati o consistenti Parametro min max (kN/m3) 17 20 () 25 45 c (kPa) 0 10 Vp (m/s) 800 1.800 Vs (m/s) 250 500

    Esempio applicativo

  • COPERTURA

    Depositi continentali sciolti: terreni prevalentemente a grana grossa Parametro min max (kN/m3) 16 20 () 20 45 c (kPa) 0 50 Vp (m/s) 800 1200 Vs (m/s) 200 300

    Parametri geotecnici

    Esempio applicativo

  • Scorrimento porzione superiore Angolo medio dei versanti in dissesto 10 Ampiezza orizzontale dellaccumulo 50 - 900 m Lunghezza verticale dellaccumulo 550 m Spessore dellaccumulo 30 - 60 m Angolo dattrito residuo del materiale 34 (detrito) Coesione residua del materiale 0 kPa Peso di volume medio del materiale 19 kN/m3

    porzione inferiore Angolo medio dei versanti in dissesto 15 Ampiezza orizzontale dellaccumulo 400 - 450 m Lunghezza verticale dellaccumulo 80 - 120 m Spessore dellaccumulo 25 - 35 m Angolo dattrito residuo del materiale 20 Coesione residua del materiale 50 kPa Peso di volume medio del materiale 20 kN/m3

    Esempio applicativo

  • Crollo fino alla quota di 250300 m presente il substrato roccioso

    subaffiorante che porta ad inclinazioni maggiori di 30: detriti cementati conglomerati e travertini (Formazione del Colle di San Bartolomeo) e formazioni stratificate molto fratturate o cataclasate (Scaglia Lombarda);

    da 250 m a 150 m sono presenti i terreni prevalentemente a grana grossa: detrito di falda con inclinazioni intorno ai 20-30;

    da 150 m a 90 m sono presenti i terreni prevalentemente a grana grossa: un deposito morenico misto a detrito che porta ad inclinazioni comprese tra i 10 e i 15;

    da 90 m fino a 70 m sono presenti i terreni prevalentemente a grana grossa: un deposito alluvionale di fondovalle che porta ad inclinazioni inferiori ai 5-10.

    Esempio applicativo

  • Esempio applicativo

    ACC1

    ACC2

  • Esempio applicativo

    RISULTATI SCORRIMENTO

    Localit Inclinazione del versante

    ()

    Massa (t)

    Angolo di attrito residuo

    ()

    Coesione (kPa)

    Peso di volume (kN/m3)

    Saturazione (%)

    SALO (cm)

    GNDT (cm)

    Sal (p.s.) 10 51640 34 0 19 0 stabile stabile 10 51640 34 0 19 20 stabile stabile 10 51640 34 0 19 40 stabile stabile 10 51640 34 0 19 60 stabile stabile 10 51640 34 0 19 80 stabile stabile 10 51640 34 0 19 100 0.07 0.03

    Sal (p.i.) 15 4562 20 50 20 0 2.27 4.48 15 4562 20 50 20 20 9.24 13.5 15 4562 20 50 20 40 55.0 50.4 15 4562 20 50 20 45 94.5 101.0 15 4562 20 50 20 50 * *

    Acc1

    (cm)

    Acc2

    (cm)

  • Esempio applicativo RISULTATI CROLLO

    Diapositiva numero 1Diapositiva numero 2Diapositiva numero 3Diapositiva numero 4Diapositiva numero 5Diapositiva numero 6Diapositiva numero 7Diapositiva numero 8Diapositiva numero 9Diapositiva numero 10Diapositiva numero 11Diapositiva numero 12Diapositiva numero 13Diapositiva numero 14Diapositiva numero 15Diapositiva numero 16Diapositiva numero 17Diapositiva numero 18Diapositiva numero 19Diapositiva numero 20Diapositiva numero 21Diapositiva numero 22Diapositiva numero 23Diapositiva numero 24Diapositiva numero 25Analisi statiche Pendio indefinitoAnalisi pseudostatichePendio indefinitoAnalisi dinamicheAbachi di correlazioneDiapositiva numero 29Mappa degli spostamentiDiapositiva numero 31Diapositiva numero 32Diapositiva numero 33Diapositiva numero 34Diapositiva numero 35Diapositiva numero 36Diapositiva numero 37Diapositiva numero 38Diapositiva numero 39Diapositiva numero 40ScorrimentiAnalisi statiche (Bishop, Jambu, Fellenius, ecc.)Diapositiva numero 43Diapositiva numero 44Diapositiva numero 45CrolliDiapositiva numero 47Diapositiva numero 48Diapositiva numero 49Diapositiva numero 50Diapositiva numero 51Diapositiva numero 52Parametri geotecniciParametri geotecniciParametri geotecniciDiapositiva numero 56Diapositiva numero 57Diapositiva numero 58Diapositiva numero 59Diapositiva numero 60