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