17 pergalani frane-ws2014

2014 WorkshopConoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza

in urbanistica Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and

Resilience in Planning

Funda Atun, Maria Pia Boni, Annapaola Canevari, Massimo Compagnoni, Luca Marescotti, Maria Mascione, Ouejdane Mejri, Scira Menoni, Floriana Pergalani

7 marzo 2014 - 17

LAUREA MAGISTRALE DELLA SCUOLA DI ARCHITETTURA E SOCIETÀ

LABORATORIO ORGANIZZATO DA LUCA MARESCOTTI

7 marzo 2014

ANALISI DI STABILITA’ DEI VERSANTI:NORMATIVE E CASI STUDIO

Floriana Pergalani

2014 WorkshopConoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità urbanistica -

Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability 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

Instabilità

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 localiEffetti locali

Due categorie:

– Amplificazioni

– Instabilità

Approcci semiquantitativo e quantitativoApprocci semiquantitativo e quantitativo

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

aree potenzialmente franose, spostamenti

• Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)


Approccio probabilisticoApproccio probabilistico

• Modello digitale del terreno

• Carta acclività

• Carta esposizione

• Carta geologica

• Carta geomorfologica

• Carta dell’uso 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 franosità sia condizionata dai fattori considerati e che questi possano perciò essere utilizzati per individuare le aree potenzialmente franose.

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


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

• VERIFICA– frane attive


• 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)


Classe CF Descrizione

1 -1,-0.5 Alta stabilità

2 -0.5,-005 Media stabilità

3 -0.05,+0.05 Incerte

4 +0.05,+0.5 Media instabilità

5 +0.5,+1 Alta instabilità


Esempio applicativoEsempio 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

• Unità litotecniche coinvolte: coltri di alterazione delle unità argillose, marnose e sabbiose

• GIS (ArcView 3.2a)• Access97


0 5 Km

Alluvioni attuali

Alluvioni terrazzate

Depositi di conoide

Detrito

Marne di M. Piano

Arenarie di Ranzano

Marne di Antognola

Marne di M. Lumello

Arenarie di Bismantova

Marne di M. Piano (B. T. P.)

Arenarie di Ranzano (B. T. P.)

Marne di Bosmenso

Marne di Rigoroso

Formazione di Castagnola

Marne di M. Bruggi

Argille a palombini di Barberino

Ofioliti

Argille varicolori

Arenarie di Scabiazza

Calcari di M. Cassio

Argilliti di Montoggio

Calcari di M. Antola

Argilliti di Pagliaro

Formazione di M. Penice

Complesso dell'Alberese Terziario

Complesso Caotico Pluriformazionale

LEGENDA

Tav. 1 - Carta Geologica

Faglia diretta o trascorrente

Sovrascorrimento

DEPOSITI

SUCCESSIONE NEOAUTOCTONA DEL BACINO TERZIARIO PIEMONTESE

SUCCESSIONE ALLOCTONA-SEMIALLOCTONADI LOIANO,RANZANO-BISMANTOVA

UNITA' LIGURI

UNITA' SUBLIGURI


0 5 Km

Tav. 3 - Modello digitale del terreno e reticolo idrografico


< 5°

6° - 10°

11° - 15°

16° - 20°

21° - 25°

26° - 35°

36° - 45°

> 45°

LEGENDA

0 5 Km

Tav. 4 - Carta dell'acclività dei versanti classificata


0 5 Km

N

NE

E

SE

S

SW

W

NW

LEGENDA

Tav. 5 - Carta dell'esposizione dei versanti


LEGENDA

Aree urbane/industriali e cave

Roccia affiorante alvei e calanchi

Seminativi e seminativi arboratiPrati permanenti

Pascoli nudi e pascoli cespugliati o alberati

Vigneti e frutteti

Incolto e cespugliato

Pioppeto

Rimboschimento

Bosco ceduo

Bosco altofusto (conifere)

Bosco altofusto (latifoglie)

Bosco altofusto (misto)

0 5 Km

Tav. 6 - Carta dell'uso del suolo riclassificato


• Colamenti– Carta dei colamenti

– Carta acclività

– Carta esposizione

– Carta uso del suolo

– Carta litotecnica


LEGENDA

0 5 Km

aree ad alta stabilità

aree a media stabilità

aree incerte

aree a media instabilità

aree ad alta instabilità

Tav. 10 - Carta di instabilità per fenomeni di colamento


• Scorrimenti e complessi– Carta degli scorrimenti e fenomeni

complessi– Carta dell’acclività– Carta dell’uso del suolo– Carta litotecnica– Carta degli elementi tettonici


LEGENDA

0 5 Km

aree ad alta stabilità

aree a media stabilità

aree incerte

aree a media instabilità

aree ad alta instabilità

Tav. 11 - Carta di instabilità per fenomeni di scorrimento traslazionale e di scorrimento traslazionale-colamento


Approccio semiquantitativoApproccio semiquantitativo

• Modello digitale del terreno

• Carta acclività

• 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)]


FORZE AGENTI LUNGO UN PENDIO

W

Wn

Wt

z

zwu

c'

W = peso dell’unità di pendioz = profondità superficie di scorrimentozw = altezza della tavola d’acquab = angolo del pendiou = pressione dell’acqua

c = coesione m = zw / z= angolo di attrito


Analisi statiche Pendio indefinito

• Condizioni asciutte

• Condizioni totalmente sature

)cos()(

)'tan()cos(' 2

zsin

zmcFs w


Analisi pseudostatichePendio indefinito

• Condizioni asciutte

• Condizioni totalmente sature

)'tan()tan(

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

zz

zzmcKc w


Analisi dinamicheAbachi di correlazione

• Aree riattivabili

PGA Kc: movimento riattivabile;

PGA < Kc: movimento non riattivabile


N. Ambraseys, M. Srbulov (1995)

pqqrMD sn 58.0)()1(log010.047.041.2)log( 02.164.2

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))030.0(852.0log)049.0(719.3log)020.0(607.0)log( KID an

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

Dis

pla

cem

ent

(cm

) Kc <= 0.01

0.01 < Kc <= 0.03

0.03 < Kc <= 0.06

0.06 < Kc <= 0.1

0.1 < Kc <= 0.2

0.2 < Kc <= 0.3

L. Luzi, F. Pergalani (1996)


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

Dis

pla

cem

ent

(cm

) Kc <= 0.01

0.01 < Kc <= 0.03

0.03 < Kc <= 0.06

0.06 < Kc <= 0.1

0.1 < Kc <= 0.2

0.2 < Kc <= 0.3


Analisi geotecnica

182 campioni

Analisi statistica


Detrito di versante

Substrato arenaceo

Depositi di conoide

Alluvioni

Substrato marnoso - arenaceo

Substrato calcareo

Ofioliti

Depositi colluviali argillosi ad alta plasticità (HP) con spessore > 5m

Depositi colluviali argillosi a bassa plasticità (BP) con spessore > 5m

Depositi colluviali argillosi a bassa plasticità (BP) con spessore < 5m

Depositi colluviali argillosi a bassa plasticità con blocchi (BP-GB)con spessore > 5m

Depositi di blocchi calcarei in matrice argillosa a bassa plasticità (GB-BP) con spessore > 5m e paleofrane

LEGENDA

0 5 Km

Tav. 7 - Carta litologica derivata


LEGENDA

0 5 Km

0.9 - 1.0

1.01 - 1.1

1.11 - 1.2

1.21 - 1.3

1.31 - 1.4

1.41 - 1.5

I valori sono espressi in m/sec2

Tav. 8 - Carta dei valori del picco di accelerazione


0 5 Km

0.14 - 0.16

0.17 - 0.19

0.20 - 0.22

0.23 - 0.25

0.26 - 0.28

0.29 - 0.31

0.32 - 0.34

0.35 - 0.37

0.38 - 0.40

I valori sono espressi in m/sec

Tav. 9 - Carta dei valori dell'intensità di Arias

LEGENDA


LEGENDA

0 5 Km

Fs > 1.5

Fs 1

1 < Fs 1.25

1.25 < Fs 1.5

non valutato

Tav. 12 - Carta dei valori del fattore di sicurezza (Fs) in assenza di acqua


LEGENDA

0 5 Km

non valutato

0.01 < Kc 0.03

0.03 < Kc 0.06

Kc 0.01

0.06 < Kc 0.1

0.1 < Kc 0.2

Kc > 0.2

Tav. 14 - Carta dei valori del coefficiente di accelerazione orizzontale critica (Kc) in assenza di acqua


LEGENDA

0 5 Km

aree non esaminate

aree non riattivate

aree riattivate

Tav. 16 - Carta delle aree potenzialmente riattivabili durante un evento sismico


LEGENDA

0 5 Km

assente

0 - 10 cm

11 - 30 cm

31 - 50 cm

> 50 cm

aree non esaminate

Tav 17 - Carta dello spostamento potenziale del terreno durante un evento sismico



LEGENDA

0 5 Km

aree non influenzate

infrastrutture e centri abitati non danneggiati

infrastutture e centri abitati danneggiati

Tav. 18 - Carta del danneggiamento delle infrastrutture e dei centri abitati

• Geometria del movimento franoso (andamento, inclinazione e profondità 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 quantitativoApproccio quantitativo

Scorrimenti

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

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

W sin 1 + tan tan’ ------------------- Fs


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


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

• Velocità relativa nulla – contatto tra base e blocco

• Andamento degli spostamenti relativi


Ne

Te

x

y

W

M an

M at

z

Crolli

•Analisi geologiche, geomorfologiche,

geo-meccaniche e sismiche

•Analisi storiche


• 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 l’identificazione delle aree di instabilità e analisi di stabilità in condizioni statiche e pseudo-statiche;

Approccio quantitativoApproccio quantitativoAnalisi geomorfologiche, geo-meccaniche

e sismiche

• Rilievi dettagliati geomorfologici per l’individuazione delle più 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 più 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 pericolosità da crollo;

Approccio quantitativoApproccio quantitativoAnalisi geomorfologiche, geo-meccaniche

e sismiche

• fascia di transito: nessun blocco si ferma all’interno 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.


Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche e sismiche

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

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


Analisi storiche


frana di scivolamento attiva

frana di scivolamentoquiescentefrana da crollo

SUBSTRATO ROCCIOSOSuccessioni carbonatico-dolomitiche e marnoso -selciose:ST stratificatoSF stratificato molto fratturato o cataclasato

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

COPERTURADepositi continentali sciolti:GG terreni prevalentemente a grana grossa

GEOMORFOLOGIA





SUBSTRATO ROCCIOSOSuccessioni carbonatico-dolomitiche e marnoso -selciose:ST stratificatoSF stratificato molto fratturato o cataclasato

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

COPERTURADepositi continentali sciolti:GG terreni prevalentemente a grana grossa

GEOMORFOLOGIA

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

- una frana di crollo


Parametri geotecniciSUBSTRATO 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 qualità buona

Vp (m/s) 3.000 3.600 Ammassi di qualità 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 qualità scadente


Parametri geotecniciDepositi 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 qualità discreta

Vp (m/s) 2.500 3.500 Ammassi di qualità 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


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


Scorrimento• porzione superiore• Angolo medio dei versanti in dissesto 10° • Ampiezza orizzontale dell’accumulo 50 - 900 m• Lunghezza verticale dell’accumulo 550 m• Spessore dell’accumulo 30 - 60 m• Angolo d’attrito 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 dell’accumulo 400 - 450 m• Lunghezza verticale dell’accumulo 80 - 120 m• Spessore dell’accumulo 25 - 35 m• Angolo d’attrito residuo del materiale 20°• Coesione residua del materiale 50 kPa• Peso di volume medio del materiale 20 kN/m3


Crollo• fino alla quota di 250–300 m è 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°.



ACC1

ACC2


RISULTATI SCORRIMENTO

Località Inclinazione del versante

(°)

Massa (t)

Angolo di attrito residuo

(°)

Coesione (kPa)

Peso di volume (kN/m3)

Saturazione (%)

SALO (cm)

GNDT (cm)

Salò (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

Salò (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 applicativoEsempio applicativoRISULTATI CROLLO

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