20- hillslope stability
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Transcript of 20- hillslope stability
Stabilità dei versanti secondoSHALSTAB
Riccardo Rigon e Cristiano Lanni
J. W
all, T
he
Des
troye
d R
oom
, 19
78
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
2
Obbiettivi
•Introdurre e discutere il modello del pendio infinito
• Accoppiarlo ad una analisi idrologica semplificata e stazionaria dei deflussi subsuperficiali, di cui si discutono i limiti
•Introdurre il modello SHALSTAB
•Affrontare il problema della determinazione dell’ammontare del detrito/suolo disponibile
•Discutere qualitativamente le formazione delle piene con grande trasporto solido
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
3
R
ANALISI di STABILITA’: modello del pendio infinito
Pendio Indefinito
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Coesione
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
p e n d e n z a
topografica
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
p e s o
specifico
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
a n g o l o d i
attrito
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
spessore del
SSD
Wednesday, May 30, 12
Riccardo Rigon
4
Pendio infinitoLa formula
Franosità
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
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Pendio infinitoLa formula
Coesione Mohr-Coulomb Idrologia
Franosità
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Riccardo Rigon
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Consideriamo ora che se il coefficiente di sicurezza
è minore di 1
maggiore di 1
il punto è instabile
il punto è incondizionatamente stabile
SHALSTAB
Il che non significa che sia assolutamente stabile perchè altre
cause di instabilita (come la presenza di ruscellamento in
superficie) possono essere presenti. Qui sono le instabilità generate
dal deflusso subsuperficiale.
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Rigon e Lanni
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Pendio infinito
+ Acqua NON presente
Coesione non presente
Franosità
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Riccardo Rigon
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Minimal Hydrology
Supponete dunque di essere paracadutati in un punto di un bacino e di
avere solo informazioni solo sulla sua pendenza e sulla sua area a monte:
Per poter dire qualcosa sulla sua stabilità dovete avere anche una ulteriore
informazione: l’angolo di attrito.
Mininal information
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Rigon e Lanni
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Nel grafico Pendenza Aree
Punti Instabili
Slope-Area
Out[548]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
15
70
A
bHmL
Pendenza
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Rigon e Lanni
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Qual’e’ il senso che vi siano punti instabili che
invece sono, in pratica stabili ?
Proviamo ad elencarne alcune ragioni:
•L’angolo di attrito non è in realtà una costante: i luoghi stabili che
dovrebbero essere instabili, hanno in realtà un angolo di attrito
superiore a quello stimato.
•La presenza di radici, anche della sola erba, introducono un fattore di
coesione: che aumenta l’angolo di attrito apparente
•Non c’è suolo/ detrito
•Il suolo c’è, ma è insaturo
Slope-Area
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Rigon e Lanni
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Angolo di attrito Hajdarwish, 2006
Pendio Indefinito
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Rigon e Lanni
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Nel grafico Pendenza Aree
Punti Instabili
Slope-Area
Out[548]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
15
70
A
bHmL
Pendenza
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Riccardo Rigon
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Il problema geo-litologico
E’ associare alla presenza di formazioni geologiche e litologiche, ed
eventualmente ad altre informazioni, valori accettabilmente
approssimati del coefficiente di attrito
Cose che di solito si dimenticano
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Rigon e Lanni
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La non saturazione
Introduce una variazione del calcolo del Fattore di sicurezza, che tiene
conto della:
•coesione apparente introdotta dalla tensioni capillari
Esistono varie formulazioni del problema (e.g Bishop, 1959, Ning Lu e
Likos, 2006), ma per ora, ci limitiamo a considerare il caso da cui siamo
partiti,
che esclude questo contributo)
Cose che di solito si dimenticano
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Riccardo Rigon
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Le stagioni
Le stagioni non sono più quelle di una volta ma ....
Esistono.
E’ chiaro che, in montagna ed in inverno, le precipitazioni tendono ad
essere nevose, il suolo si ghiaccia, i coefficienti di attrito cambiano (ma
anche: le curve di ritenzione idrica, la coesione del suolo, la conducibilità
idraulica, la viscosità cinematica dell’acqua.
Tutto questo ha conseguenze sulla stabilità.
Cose che di solito si dimenticano
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Rigon e Lanni
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Pendio infinito
Falda al piano di campagna
La condizione di stabilità diventa
Pendio Indefinito
⌘w z
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Riccardo Rigon
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Minimal Hydrology
Poichè il peso specifico del Suolo/Sedimento/Detrito (d’ora
in poi SSD) è attorno a 2, allora con l’informazione
sull’angolo di attrito, siamo in grado di stabilire quali punti
siano anche stabili in condizioni di completa saturazione
Mininal information
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Rigon e Lanni
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Nel grafico Pendenza Aree
Punti Stabili
Slope-Area
Punti Instabili
Out[548]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
15
70
A
bHmL
Pendenza
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Rigon e Lanni
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SHA.L.STAB (Montgomery and Dietrich, 1992,1994)
FoS <---- 1
c’ <--- 0
SHALSTAB
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Rigon e Lanni
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SHA.L.STAB (Montgomery and Dietrich, 1992,1994)
Ovvero un punto è instabile (condizionatamente alla presenza di una falda alla quota relativa )
SHALSTAB
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Riccardo Rigon
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Minimal Hydrology
Se
si trascura la coesione e si conosce
la posizione della falda,
si è in grado di dire se il punto è instabile per effetto del contenuto
d’acqua.
Mininal information
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Rigon e Lanni
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SHA.L.STAB Ma come si calcola la posizione della falda ?
Sostituita l’espressione sopra in quella della slide precedente
SHALSTAB
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Rigon e Lanni
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SHA.L.STAB Stabilità condizionale
Stabili
Instabili
Aree condizionatamente
SHALSTAB
Out[548]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
15
70
A
bHmL
Pendenza
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Rigon e Lanni
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La Linea verde
s f o r z o
tangenziale
d o v u t o a l
d e f l u s s o
superficiale t i r a n t e
d e f l u s s o
superficiale
Slope-Area
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Rigon e Lanni
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La Linea verderappresenta una soglia all’erosione
bilancio di massa in
regime stazionario
Slope-Area
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Rigon e Lanni
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La Linea verderappresenta una soglia all’erosione
resistenza al moto
Slope-Area
costante di gravità
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Rigon e Lanni
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La Linea verderappresenta una soglia all’erosione
numero di Reynolds
Slope-Area
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Rigon e Lanni
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La Linea verderappresenta una soglia all’erosione
Con le opportune sostituzioni si ottiene la condizione necessaria per innescare
l’erosione:
Slope-Area
dove e c sono due coefficienti empirici
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Rigon e Lanni
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Tutto insieme
EROSIONEINSATURO
AREE INSTABILI
SATURO
NO EROSIONE
AREE STABILI
Slope-Area
Out[548]=
1 10 100 1000 104
10
50
20
30
15
70
A
bHmL
Pendenza
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Rigon e Lanni
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Si noti che le considerazioni precedenti valgono
separatamente per ogni punto del pendio, in quanto le curve
di separazione sono diverse da punto a punto (anche se nei
lavori in letteratura, per esempio tutti i punti di un versante
sono tracciati sullo stesso grafico. Per ogni area omogenea.
Nota
Slope-Area
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Riccardo Rigon
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Assegnato il punto
Traccio le linee separatrici nel piano pendenze aree
Le condizioni di stabilità sono determinate
ripeti per ogni punto
Slope-Area
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Rigon e Lanni
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Just SHALSTAB
Oltre alle grandezze morfologiche: A, b,
Si mappa l’angolo di attrito
Si mappa
SHALSTAB again
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Rigon e Lanni
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Just SHALSTAB
Rimane da determinare Tk/rp che, dal punto di vista di SHALSTAB e’ un unico parametro.
In pratica questo diventa un parametro di taratura
SHALSTAB again
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Rigon e Lanni
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Just SHALSTAB
Anche se, in letteratura, vi sono tentativi di determinare TK sulla base dell’analisi
dei suoli o dei detriti presenti e rp sulla base delle precipitazioni antecedenti,
mediate su un certi intervallo temporale.
Ma questo ha solo un valore euristico.
Da un altro punto di vista , si può pensare di considerare la trasmissività
(Mappa dello) spessore dei suoli(Mappa della) conducibilità idraulica
a saturazione
SHALSTAB again
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Rigon e Lanni
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Just SHALSTAB
Bisognerebbe considerare poi che dove non c’e’ detrito/sedimento ...
non cè’ nulla da portare via.
Torrente Canali
A. S
per
and
ioSHALSTAB again
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Rigon e Lanni
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SHALSTAB
SHALSTAB again
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
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SHALSTAB
Dopo aver consultato il genio della lampada e
combinato le varie mappe mostrate nelle slide
precedenti
SHALSTAB again and a little of magic
S. H
arri
s
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
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SHALSTAB
Si selezionano i volumi di sedimento che
possibilmente possono fluire nell’alveo
SHALSTAB again and a little of magic
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Rigon e Lanni
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Si può tentare di usare questa informazione
Per alimentare dei modelli di propagazione del sedimento, o semplicemente, usare
l’informazione così com’è, se serve.
G. U
lric
i -
20
00
?
Potremmo terminare qui, ma si possono tentare di fare alcune ulteriori
considerazioni
SHALSTAB again and a little of magic
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Rigon e Lanni
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Precipitazioni
110 mm/day no cohesion
Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni
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Rigon e Lanni
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Precipitazioni
110 mm/day no cohesion
Usando precipitazioni
ragionevolmente intense i nostri
b a c i n i a l p i n i t e n d o n o a
presentare aree di instabilità
t r o p p o e s t e s e p e r e s s e r e
realistiche
Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni
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Rigon e Lanni
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10 mm/day no cohesion
Ragionevolmente
questo è il pattern di
instabilità che si
ottiene.
Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni
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Rigon e Lanni
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Se si introduce la coesione
Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni
Pa
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Rigon e Lanni
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Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni
10 mm/day cohesion
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Rigon e Lanni
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Varie altre questionilegate alla mappatura del pericolo
Il reticolo idrografico estratto dai DTM ufficiali NON coincide con con quello estratto dal DEM
In blu il reticolo
u f f i c i a l e d e l l a
P.A.T. ( formato
shape) ed in rosso
la rete estratta dal
DTM a 5x5m.
Varie
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Varie altre questionilegate alla mappatura del pericolo
Anche i rilievi laser-altimetrici possono presentare degli errori
Varie
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Rigon e Lanni
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Varie altre questionilegate alla mappatura del pericolo
La determinazione quantità di suolo/sedimento/detrito disponibile
al trasporto richiede analisi geologiche e geofisiche normalmente non
disponibili (e soprattutto che le amministrazioni non si rendono
conto di dover produrre o considerare)
Varie
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Rigon e Lanni
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Usereste SHALSTAB in terreni argillosi ?
(vedi Appennino Emiliano)M
.Ber
ti
Argille - Courtesy of M. Berti
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Rigon e Lanni
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Q: Usereste SHALSTAB in terreni argillosi ?
(Si vedano i lavori di Matteo Berti)
A: In terreni argillosi l’acqua praticamente non si muove lateralmente.
La falda si trova in posizioni approsimativamente stabili che rispecchiano
l’andamento stagionale/climatico delle precipitazioni. In Appennino la falda è
spesso prossima alla superficie (il terreno è completamente saturo o quasi).
Le condizioni di stabilità sono praticamente ben definite e variano di poco, in
dipendenza dell’infiltrazione verticale (che avviene anche attraverso crack e
macropori).
E’ questa infiltrazioni che causa i successivi riattivarsi delle frane.
Argille - Courtesy of M. Berti
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Rigon e Lanni
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Q: Conta di più l’infiltrazione verticale o la redistribuzione laterale ?
(Si vedano vari contributi di Montgomery-Dietrich, R. Iverson e D’Odorico et al.,)
Hanno ragione Bill e David ? O Dick ?
Q & A
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Rigon e Lanni
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Q: Conta di più l’infiltrazione verticale o la redistribuzione laterale ?
(Si veda Lanni et al. 2010 ... quando riusciremo a finirlo)
A: La risposta in generale è: dipende!
•Dalla conducibilità dei suoli
•Dalla pendenza
•Dal volume d’acqua precedentemente presente nel versante
Q & A
Wednesday, May 30, 12
Rigon e Lanni
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Q: Esistono modelli idrologici e di Franamento più completi di SHALSTAB
o BTW di TRIGRS ?(Quest’ultimo di Baum et al. 2002)
Q & A
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Rigon e Lanni
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snow, ice, permafrost
water cycle
shallow landslides
A: This is it !
Q & A
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Rigon e Lanni
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Grazie per l’Attenzione
G. U
lric
i -
20
00
?
Grazie-Grazie-Grazie
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Rigon e Lanni
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Tabella dei simboli
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