Corso di Frane - corsofraneunisa2014.files.wordpress.com · Dispense: “La misura delle pressioni...

Modello geotecnico di pendio

Università degli Studi di Salerno – Dipartimento di Ingegneria Civile – A.A. 2014-2015

Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio

Corso di Frane

Prof. ing. Michele Calvello

Il monitoraggio dei fenomeni franosi

La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii. Cascini L., Gullà G., Sorbino G. (1997). In: Interventi di

stabilizzazione dei pendii, 155-184. CISM, ISBN 88-85137-10-5.

La misura degli spostamenti nello studio delle frane. Cascini L., Gullà G., Sorbino G. (1997). In: Interventi di stabilizzazione dei

pendii, 127-153. CISM, ISBN 88-85137-10-5.

Raccomandazioni per il controllo dei movimenti nell’ammasso roccioso mediante inclinometri e clinometri. Raccomandazioni

ISRM (1994). Rivista Italiana di Geotecnica, 2/94:141-157.

Accuracy of inclinometers. Web (http://www.slopeindicator.com/support/inclinometers/technote-inclin-accuracy.html).

Per approfondire

Geotechnical Instrumentation for Monitoring Field Performance. Dunnicliff (1993). John Wiley & Sons. ISBN-13: 978-

0471005469

Dispense

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Scala dell’analisi

Studio dei fenomeni franosi

Scala di pendio: frana singola (ingegnere e geologo)

Scala di bacino o regionale: franosità su area vasta (competenze più articolate)

Scala dell’analisi

< 1:100.000 Finalità informative.

1:100.000 Ambiti provinciali. I fenomeni si vedono.

1:25.000 “Autorità di Bacino” per pianificazione territoriale.

1:5.000 Da area vasta a frana singola.

≥ 1:2.000 Analisi e predisposizione di interventi per frana singola.

Utile riferimento bibliografico

Fell et al. (2008). Guidelines for landslide susceptibility, hazard and risk zoning for land-use planning. Engineering Geology, 102:99-111

http://dx.doi.org/10.1016/j.enggeo.2008.03.022

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Fattori predisponenti e cause innescanti

Fattori predisponenti

Scala temporale

Di tipo “geologico”

Di tipo “geomorfologico” e “idrogeologico”

Cause innescanti

Tipologia: forze in gioco

Resistenza mediamente disponibile (TR) e resistenza/forza mediamente mobilitata (T)

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Fattori predisponenti, cause innescanti

Terzaghi (1950): factors controlling the instability process

Internal factors

Geo-structural setup (lithology, morphology, tectonic structures)

Mechanical behaviour of the materials (strength and stiffness)

Hydraulic regime of the slope

External factors

Rainfalls

Earthquakes

Anthropic action

Natural evolution of the morphology

Terzaghi (1950). Mechanism of Landslides. The Geological Society of America, Engineering Geology (Berkley) Volume, 83-123.

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Evoluzione del fenomeno franoso

Fasi di attività e metodi di analisi

Fasi di attività (Leroueil et al. 1996)

Analisi tenso-deformative (fase di pre-rottura, fase di rottura): spostamenti(t)

Analisi di stabilità (fase di rottura, fase di riattivazione): coefficiente di sicurezza F(t)

Analisi della propagazione (fase di post-rottura): spostamenti(t) e velocità(t)

Leroueil et al. (1996). Geotechnical characterisation of slope movements. Proc. 7th Int. Symp. on Landslides, Trondheim, Norway, 1:53-74.

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Velocità e fasi del movimento franoso

Frane “lente”

Frane “veloci”

tempo

Pre-failure

Post-failure

Occasional reactivation

Active landslide

First failure Sp

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fonte: Cascini (LARAM School)

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Tipologia di

movimento

Materiale

Terreno

Roccia

Terra (earth) Detrito (debris)

Crolli Earth fall Debris fall Rock fall

Ribaltamenti Earth topple Debris topple Rock topple

Scorrimenti Earth slide Debris slide Rock slide

Espansioni laterali Earth spread Debris spread Rock spread

Flussi Earth flow Debris flow Rock flow

Classifica di Cruden e Varnes (1996)

Frane “lente” Frane “veloci”

Velocità tipiche


Cruden and Varnes (1996).

Landslide types and processes. In Landslides. Investigation and Mitigation, Washington Transportation Research Board, Special Report 247:36-75.

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Velocità tipiche

Hungr et al . (2001)


Hungr et al. (2001). A review of the classification of landslides of the flow type. Environmental & Engineering Geoscience, VII(3):1-18.

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Velocità tipiche

Hungr, Corominas, Eberhardt (2005) classi di Cruden e Varnes (1996)


Hungr et al. (2005). A review of the classification of landslides of the flow type. Proc. Int. Conf. on Landslide Risk Management, Vancouver, Canada, 99-128.

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Stratigrafia

Comportamento meccanico del terreno

Pressioni interstiziali

Spostamenti

Condizioni di stabilità

Indagini in-situ e prove di laboratorio

Modellazione Monitoraggio

modificato da Cascini (LARAM School)

Evoluzione del fenomeno

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Indagini geotecniche

Assetti statigrafici

Caratterizzazione fisico-meccanica

Dipense on-line: Frane_Dispense_Corso Fondamenti di geotecnica (Calvello A.A. 2007-08).pdf

Materiale Didattico dei corsi di…

“Geotecnica” o “Fondamenti di Geotecnica”

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Monitoraggio: caratterizzazione del regime idrico sotterraneo

Dispense: “La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii” (Cascini et al. 1997)

Pressioni neutre positive

• Piezometri idraulici: a tubo aperto, Casagrande, Geonor, ad infissione con filtro protetto,

autoperforanti, a circuito chiuso

• Celle piezometriche

• Varianti

Pressioni neutre negative (tensiometri)

Cascini et al. (1997).

La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii. In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, 155-184. CISM, ISBN 88-85137-10-5.

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Per una adeguata conoscenza del regime delle acque sotterranee, è necessario individuare entità e

distribuzione, sia spaziale che temporale, delle pressioni interstiziali (sia nelle zone sature che in quelle

parzialmente sature)

Misure di pressione interstiziale = misura puntuale e dettagliata delle acque sotterranee alla scala del

problema che si sta esaminando

Piezometri = Strumenti di misura delle pressione interstiziali positive

Per la misura delle pressioni neutre negative (condizioni di parziale saturazione) si utilizzano tensiometri,

sensori termici, psicrometri.

L’impiego dei piezometri è basato su due assunzioni:

- il piezometro è un elemento poroso, pieno di acqua, la cui pressione è uguale a quella dell’ambiente

circostante

- la presenza del piezometro non altera il regime della pressione dell’acqua

Condizioni di falda e misura delle pressioni interstiziali

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Piezometri

I piezometri si distinguono in:

Piezometri idraulici

(basati sull’equalizzazione delle quote piezometriche tra l’acqua contenuta nello strumento e quella

presente nel terreno in corrispondenza della sezione di misura)

- a tubo aperto

- Casagrande

- Geonor

- ad infissione con filtro protetto

- autoperforanti

- a circuito chiuso

Celle piezometriche

(misura senza trasferimento di volumi di acqua tra terreno e strumento di misura)

- a filo vibrante

- “strain gauges”

- celle pneumatiche

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Piezometri a tubo aperto

Tubo di plastica rigida, finestrata nel tratto di

misura, all’interno di un foro di sondaggio

D = 5 cm

Impiego:

- terreni non stratificati con K ≥ 10-5 m/s

Vantaggi:

- economici

Inconvenienti:

- tempi di risposta lunghi

- occlusione delle fessure.

FIGURE dei vari tipi di piezometri da:

Cascini, Gullà, Sorbino (1996). La misura delle pressioni neutre nei problemi di stabilità dei pendii.

Interventi di stabilizzazione dei pendii. CISM Courses and Lectures, Udine.

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Piezometri Casagrande

Cella in materiale ceramico poroso ad elevata permeabilità,

collegata a 1 o 2 tubi (circa 1.5 cm di diametro)

Impiego:

- terreni con K ≥ 10-8 m/s

Vantaggi:

- tempi di risposta più brevi dei piezometri a tubo aperto

- installazioni multiple lungo una verticale

- possibilità di utilizzo per prove di permeabilità.

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Piezometri Geonor e ad infissione con filtro protetto

Varianti del piezometro Casagrande (filtro poroso in bronzo,

punta metallica che ne consente la posa in opera con

infissione diretta)

Inconvenienti:

- addensamento del terreno in prossimità dello strumento.

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Piezometri autoperforanti

Dotati di dispositivo disgregatore che consente la rimozione

del terreno nella fase di avanzamento

Vantaggi:

- eliminano gli inconvenienti dei piezometri Geonor

Svantaggi:

- costi

- delicatezza delle operazioni di installazione.

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Piezometri a circuito chiuso

Consentono la saturazione del circuito, con l’eliminazione di

aria eventualmente presente

Vantaggi:

- maggiore precisione delle misure effettuate

- misure di livelli piezometrici artesiani

Svantaggi:

- costi.

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Celle piezometriche

Insieme di strumenti per i quali la misura avviene senza

trasferimento di volumi di acqua tra terreno e strumento di misura.

Vantaggi:

- tempi di risposta estremamente brevi

Svantaggi:

- apparecchiature tecnologicamente più complesse

- costo (generalmente) superiore rispetto ai piezometri idraulici

Sulla base della modalità di funzionamento...

Celle a filo vibrante e a “strain gauges”

- cavità piezometrica in contatto con un diaframma che si deforma

- inflessione rilevata con un estensimetro collegato ad un ricevitore

- differenze nel segnale elettrico registrato dall’estensimetro

(variazioni di frequenza o resistenza)

Celle pneumatiche

- misura dal valore della pressione dell’aria necessaria a ad

impedire deformazioni di un diaframma contenuto nella cella.

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Piezometri: tempi di risposta

da Lancellotta (2004). Geotecnica, terza edizione. Zanichelli. FIG 7.16

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Monitoraggio: cinematismo del fenomeno franoso

Dispense: “La misura degli spostamenti nello studio delle frane” (Cascini et al. 1997)

Spostamenti superficiali

• Misure topografiche o geodetiche

• Misure fotogrammetriche

• Misure estensimetriche e clinometriche

Spostamenti profondi

• Misure con sonde inclinometriche

• Misure con pendoli rovesci

• Misure con estensimetri in foro

• Misure con sonde estensoinclinometriche

+ tecniche di “remote sensing”

(e.g. SAR, LIDAR)

Cascini et al. (1997).

La misura degli spostamenti nello studio delle frane. In: Interventi di stabilizzazione dei pendii, 127-153. CISM, ISBN 88-85137-10-5.

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Misure con sonde inclinometriche

Dispense

Raccomandazioni ISRM (1994). Raccomandazioni per il controllo dei movimenti nell’ammasso

roccioso mediante inclinometri e clinometri (1977). Rivista Italiana di Geotecnica, 2:141-157.

Misure di spostamenti orizzontali in profondità (misure inclinometriche)

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Misure di spostamenti orizzontali in profondità (misure inclinometriche)

Sonda inclinometrica

Tubo guida

Profilo

inclinometrico

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Monitoraggio inclinometrico: un esempio

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26/10/05

Lettura di zero

11/2/2005

Spostamento orizzontale (cm)

Pro

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m)

Frana di Costa della Gaveta, Potenza

(scorrimento-colata a cinematismo lento in terreni argillosi sovraconsolidati)

Infrastruttura

ferroviaria

Infrastruttura

viaria

Fiume

Mappa dei sondaggi

Vert. 6

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Vert. 4

Vert. 3

Vert. 2

Vert. 1

500 m

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Stratigrafia



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Zona 1 basamento argilloso marnoso

Zona 3 coltre detritica limo-argillosa

Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata)

Caratteristiche dei terreni

(kN/m3)

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(%)

wL

(%)'R '

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ky'

(m/s)

kx'

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3Coltre detritica

(limo-argillosa)fino a 15 21-22 16-21 39-45 21 27 25

2Basamento

(parte alterata)2-5 19.9-21.5 18-25 41-51 17-22

1Basamento

(argilloso-marnoso)21.5-22.5 15-18 41-51 3.0E-06 1E-4/1E-5 1E-5/1E-7

Proprietà indicespessore

(m)TerrenoZona

Permeabilità

(da prove di lab.)Parametri di resistenza

5.0E-07 5.0E-07

5.0E-07

Stima permeabilità

in-situ

Caratterizzazione e monitoraggio di una frana: Fosso S. Martino (Bertini et al. 1984)

Bertini et al. (1984). Climatic conditions and slow movements of colluvial covers in central Italy. Proc. IV Int. Symp. on Landslides, Toronto, 1: 367–376.

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Misure pluviometriche Misure inclinometriche

Zona 1 basamento argilloso marnoso

Zona 3 coltre detritica limo-argillosa

Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata)

Misure piezometriche

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Caratterizzazione e monitoraggio di una frana: Fosso S. Martino (Bertini et al. 1984)

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Stratigrafia



Spostamenti





“Innesco”

“Propagazione”

In funzione della

tipologia e della

intensità del

fenomeno franoso,

oltre che della scala

e degli obiettivi

dell’analisi…

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