Frane attive in terreni argillosi
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
Articoli principali
Caratterizzazione geotecnica di grandi aree. Esu (1994). In: Problemi geotecnici relativi alle arginature e alle sponde di fiumi e canali,
31-47. CISM, ISBN 88-85137-12-1. <ESTRATTO>
Experiences on slope movements in clayey soils (Esperienze su movimenti di versante in terreni argillosi). Lanzo G., D’Elia G. (1997).
Rivista Italiana di Geotecnica, 2/97:15-27.
Previsione degli spostamenti di frane riattivate da escursioni di livelli piezometrici: un caso di studio. Calvello M., Sorbino G., Cascini
L. (2005). Proc. IARG 2005, Ancona, 1-4.
(APPROFONDIMENTI)
Fasi evolutive delle frane di tipo colata nell’alta valle del F. Basento (Potenza). Guida D., Iaccarino G. (1991). Studi trentini di scienze
naturali - Acta geologica, 68(1):127-152. <ESTRATTO>
Lenti movimenti di versante nell’Abruzzo adriatico: caratteri e criteri di stabilizzazione. Bertini T, Cugusi F, D’Elia B, Rossi-Doria M.
(1986). Atti del XVI Convegno Naz. di Geotecnica, Bologna, 91-100.
A numerical procedure for predicting rainfall-induced movements of active landslides along pre-existing slip surfaces. Calvello M.,
Cascini L., Sorbino G. (2008). Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., 32:327–351. DOI: 10.1002/nag.624.
L’analisi degli spostamenti di sistemi geotecnici con la “modellazione osservazionale”. Calvello, M. & Cascini, L. (2007). Proc. IARG
2007, Salerno, 1-4.
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Y Frane attive in terreni argillosi > Dispense
Frane attive (e riattivazioni occasionali) in terreni argillosi
Varnes (1978)
Cruden & Varnes (1996)
Vaunat et al. (1994), Leroueil et al. (1996)
Varnes, D. J. (1978). Slope movement: types and processes. In Landslides: Analysis and Control, TRB Report 176, 11-33.
Cruden, D. M. & Varnes, D. J. (1996). Landslide types and processes. In Landslides: Investigation and Mitigation, TRB Special Report 247, 36-75.
Vaunat, J., Leroueil, S. & Faure, R. (1994). Slope movements: a geotechnical perspective. Proc. 7th Cong. Int. Assoc. Eng. Geol., Lisbon, 1637-1646.
Leroueil, S., Vaunat, J., Picarelli, L., Locat, J., Faure, R. & Lee, H. (1996). A geotechnical characterization of slope movements. Proc. 7th Int. Symp. Landslides, Trondheim, Norway, 1:53-74.
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Scorrimenti in terreni argillosi sovraconsolidati (formazioni strutturalmente complesse)
Varnes (1978)
Cruden & Varnes (1996)
Vaunat et al. (1994), Leroueil et al. (1996)
Reactivated slides in stiff clay or clay shale
slope movements localized along a shear zone
residual shear strength at the sliding surface
low rate of displacements related to the stress level at the sliding surface
increase in pore pressures in the vicinity of shear surfaces
Causa innescante: PIOGGIA
Governa il regime delle pressione neutre nel pendio e, di conseguenza, la velocità del fenomeno franoso
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Aree di collina e di montagna in Italia (Esu 1994)
Tipi di terreno
Terreni argillosi
Lacustri
Argille marnose marine
Formazioni strutturalmente complesse
Componente lapideo e componente argilloso/argillitico
Formazioni torbiditiche & Argille scagliose
Rocce
Scala del campione di laboratorio: bassa porosità, alta resistenza meccanica
Ammasso: comportamento funzione di quantità e caratteristiche delle discontinuità
Esu (1994). Caratterizzazione geotecnica di grandi aree. Problemi geotecnici relativi alle arginature e alle sponde di fiumi e canali, 31-47. CISM, ISBN 88-85137-12-1.
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Le formazioni strutturalmente complesse (Esu 1977, 1994)
Classifica delle formazioni strutturalmente complesse
A. Materiali a grana fine, litologicamente
omogenei, con discontinuità strutturali
A1. Ammassi poco disturbati, struttura ordinata
(argille azzurre)
A2. Ammassi suddivisibili in scaglie
centimetriche (argille varicolori)
B. Alternanze di terreni litologicamente
eterogenei (flysch di rocce lapidee e argilliti)
B1. Struttura regolare e ordinata
B2. Struttura disarticolata
B3. Struttura estremamente caotica
C. Terreni litologicamente eterogenei
(terreni residuali, coltri d’alterazione e di frana)
A1 & B1. sono importanti superfici di strato e giunti
A2 & B2, B3. sono importanti le fessure di origine tettonica
omogeneità / eterogeneità
str
uttu
ra
Esu (1977). Behaviour of slopes in structurally complex formations. Proc. Int. Symp. Geotechnics of Structurally Complex Formations, Capri, Italy, 2:292-304.
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
Riferimenti biliografici
Lanzo & D'Elia (1997). Esperienze su movimenti di versante in terreni argillosi.
Movimenti franosi
Primo distacco (durante l’attività mineraria, fino al 1983)
Riattivazioni
Monitoraggio (dal 1989)
Misura degli spostamenti in superficie (rilievi topografici)
Misure degli spostamenti in profondità (inclinometri)
Misure di pressione neutra (piezometri Casagrande ed elettropneumatici)
Miniera di lignite a cielo aperto
Lanzo, D’Elia (1997). Experiences on slope movements in clayey soils. Rivista Italiana di Geotecnica, 2/97:15-27.
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
Depositi lacustri pliocenici costituiti, dal basso verso I'alto, da sabbie di letto, dal banco principale di
lignite e dall'argilla di S. Barbara.
Le sabbie di letto sono formate da sabbie medio-fini con sottili strati di limi argillosi. L'argilla di S.
Barbara è un'argilla sovraconsolidata fessurata, con intercalazioni sottili di sabbia fina. Il comportamento
meccanico e idraulico dell'argilla in sito dipende dai suoi caratteri strutturali. In particolare l'argilla in-situ,
se scaricata, presenta una permeabilità piuttosto elevata a causa della apertura delle discontinuita come
conseguenza del rilascio tensionale. A causa dei deboli legami diagenetici, i processi di softening e
strain-softening dell'argilla di S. Barbara sono molto pronunciati e tali da rendere il comportamento del
materiale di frana simile a quello di un'argilla normalmente consolidata. Inoltre, il materiale di frana
presenta una permeabilità d'insieme minore di quella del materiale indisturbato.
Inquadramento geologico e proprietà geotecniche
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
Analisi dei risultati del monitoraggio
3 Pendii (corpi di frana interessati da movimenti lenti)
Bomba
Piagge
Carpinete
Pro
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
BOMBA
Frana di primo distacco: 1983
Quota del piede della frana: 80 m s.l.m.
Riempimento: 1983-1989 (135 m s.l.m.)
Completamento berma: 1992 (150 m s.l.m.)
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
PIAGGE
Frana di primo distacco: 1965
Quota del piede della frana: 144 m s.l.m.
Riempimento: 1983-1991 (135 m s.l.m.)
Completamento berma: 1994 (160 m s.l.m.)
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
CARPINETE
Frana di primo distacco: 1983
Quota del piede della frana: 154 m s.l.m.
Riempimento: 1983-1989 (135 m s.l.m.)
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CASO di studio 1: La miniera a cielo aperto di S. Barbara (Arezzo, Toscana)
Confronto tra i tre pendii
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Spostamenti e velocità
Cruden & Varnes (1996)
(m/s) (..)
7 Extr. rapid
---------- ------------------ 5,0E+00 5 (m/s)
6 Very rapid
---------- ------------------ 5,0E-02 3 (m/min)
5 Rapid
---------- ------------------ 5,0E-04 1,8 (m/h)
4 Moderate
---------- ------------------ 5,0E-06 13 (m/month)
3 Slow
---------- ------------------ 5,0E-08 1,6 (m/y)
2 Very slow
---------- ------------------ 5,0E-10 1,6 (cm/y)
1 Extr. slow
VelocityDescriptionClass
../s ../min ../h ../d ../w ../month ../y
7 (ER)
---------- 5 m 300 m
6 (VR)
---------- 5 cm 3 m 180 m
5 (R)
---------- 3 cm 1,8 m 43 m 300 m 1,3 km
4 (M)
---------- 1.8 cm 43 cm 3 m 13 m 160 m
3 (S)
---------- 4,3 mm 3 cm 13 cm 1,6 m
2 (VS)
---------- 1,3 mm 1,6 cm
1 (ES)
Velocities (for displacements between 1,3 mm and 13 m)Class
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Spostamenti e velocità
intervallo temporale = 1 mese intervallo temporale = 1 giorno
intervallo temporale = 1 anno
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
21/11/96 21/11/97 21/11/98
v [m
/y]
0
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v [m
/y]
0
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3
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21/11/96 21/11/97 21/11/98
v [m
/y]
Slow
Very Slow
Slow
Very Slow
Slow
Very Slow
Corominas et al. (2005)
modificato da Cascini (LARAM School)
Frana di Vallcebre (Spagna)
Corominas et al. (2005). Prediction of ground displacements and velocities from groundwater level changes at the Vallcebre landslide (Eastern Pyrenees, Spain). Landslides, 2(2):83-97.
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Spostamenti e velocità dis
pla
cem
ents
[m
m]
time [days]
linear
displacements
non linear
displacements
linear
displacements
dis
pla
cem
ents
[m
m]
time [days]
twtr
dw
dr
ti
di
non linear
displacements
time-dependent
velocity
0
50
100
150
200
0 15 30 45 60t [days]
dis
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cem
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ts [
mm
]
v-1 day
v-5 days
v-15 days
v-30 days
0
7
14
21
0 15 30 45 60t [days]
velo
cit
y [
mm
/d]
.
v-1 day
v-5 days
v-15 days
v-30 days
Velocità medie
Spostamenti cumulati
modificato da Grimaldi (2008)
Grimaldi (2008). Modelling the displacements of slow moving landslides. Tesi di dottorato, Università degli Studi di Salerno.
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Spostamenti e velocità
measured estimated
velocity velocity
P.Cassia (OR) Orvieto, Italy Eath Slide Extremely Slow Very Slow
P.Cassia (O4) Orvieto, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
P.Cassia (OV) Orvieto, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
Castelrotto Bolzano, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
F.S. Martino Teramo, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
F. Cignale Teramo, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
M. Casola Alessandria, Italy Eath Slide Very Slow Very Slow
Vallcebre Spagna Eath Slide Slow Slow
Bomba Italy Eath Slide Very Slow Slow
Piagge Italy Eath Slide Slow Slow
Lioni Avellino, Italy Eath Slide Very Slow Slow
Cruden & Varnes (1996)
Name Where Typemeasured estimated
velocity velocity
Alverà Belluno, Italy Earth Flow Slow Slow
Staulin Belluno, Italy Earth Flow Very Slow Very Slow
Rio Roncatto Belluno, Italy Earth Flow Slow Slow
B. di Montagna Potenza, Italy Earth Flow Moderate Moderate
La Chenula Switzerland Earth Flow Moderate Moderate
Mam Tor Great Britain Earth Flow Slow Slow
V. Fossate (A) Isernia, Italy Earth Flow Very Slow Very Slow
M. Marino Potenza, Italy Earth Flow Slow Slow
T. Miscano Benevento, Italy Earth Flow Very Slow Very Slow
Cruden & Varnes (1996)
Name Where TypeTYPE OF MOVEMENT
FALLS
TOPPLES
ROTATIONAL
LATERAL SPREADS
FLOWS
SLIDESTRANSLATIONAL
BEDROCKPredominantly coarse Predominantly fine
TYPE OF MATERIAL
Rock fall
Rock topple
Rock slide
Rock spread
COMPLEX
ENGINEERING SOILS
Debris fall
Debris topple
Debris slide
Debris spread
Debris flow
(soil creep)
Rock flow
(deep creep)
Earth fall
Earth topple
Earth slide
Earth spread
Earth flow
Combination of two or more principal types of movement
Velocity
ClassDescription
Velocity
(mm/sec)
Typical
Velocity
Extremely Rapid7
Very Rapid6
Rapid5
Moderate4
Slow3
Very Slow2
Extremely Slow1
5·10e-1
5·10e1
5·10e-3
5·10e-5
5·10e-7
5·10e3 5 m/sec
3 m/min
1,8 m/hr
1,3 m/mon
1,6 m/yr
15 mm/yr
Activity
State
Active
Reactivated
Suspended
Inactive
Dormant
Abandoned
Stabilised
Relict
Distribution
Avancing
Retrogressive
Widening
Enlarging
Confined
Diminishing
Moving
Style
Complex
Composite
Multiple
Succesive
Single
Material
Rock
Saturated
Soil
Unsaturated
Oth
ers
(residu
als, ...)
Co
llapsib
le
Deb
ris and
coars m
aterials
Stru
cturally
com
plex
form
ations
Silty
clay
Po
st-glacial
clay
San
d an
d
fine silt
Fissured
Soft
Rock
Intact
Hard
Rock
Dis
pla
cem
ent
rate
pre
-fai
lure
po
st-f
ailu
re
first failure
occasional
reactivation
active
landslide
TYPE OF MOVEMENT
FALLS
TOPPLES
ROTATIONAL
LATERAL SPREADS
FLOWS
SLIDESTRANSLATIONAL
BEDROCKPredominantly coarse Predominantly fine
TYPE OF MATERIAL
Rock fall
Rock topple
Rock slide
Rock spread
COMPLEX
ENGINEERING SOILS
Debris fall
Debris topple
Debris slide
Debris spread
Debris flow
(soil creep)
Rock flow
(deep creep)
Earth fall
Earth topple
Earth slide
Earth spread
Earth flow
Combination of two or more principal types of movement
Velocity
ClassDescription
Velocity
(mm/sec)
Typical
Velocity
Extremely Rapid7
Very Rapid6
Rapid5
Moderate4
Slow3
Very Slow2
Extremely Slow1
5·10e-1
5·10e1
5·10e-3
5·10e-5
5·10e-7
5·10e3 5 m/sec
3 m/min
1,8 m/hr
1,3 m/mon
1,6 m/yr
15 mm/yr
Activity
State
Active
Reactivated
Suspended
Inactive
Dormant
Abandoned
Stabilised
Relict
Distribution
Avancing
Retrogressive
Widening
Enlarging
Confined
Diminishing
Moving
Style
Complex
Composite
Multiple
Succesive
Single
Material
Rock
Saturated
Soil
Unsaturated
Oth
ers
(residu
als, ...)
Co
llapsib
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Deb
ris and
coars m
aterials
Stru
cturally
com
plex
form
ations
Silty
clay
Po
st-glacial
clay
San
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fine silt
Fissured
Soft
Rock
Intact
Hard
Rock
Dis
pla
cem
ent
rate
pre
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first failure
occasional
reactivation
active
landslide
Velocità massima
giornaliera modificato da Grimaldi (2008)
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Fasi evolutive delle frane tipo colata (Guida e Iaccarino 1991)
Modello evolutivo (Alta valle del F. Basento - Potenza)
in cui si distinguono 4 fasi sulla base di elementi morfologici caratteristici
Fase A Distacco della nicchia di
alimentazione e flusso del materiale
nel canale di frana. Velocità da rapide
a molto rapide (Varnes, 1978).
Fase B Materiali in frana si muovono nel
canale. Velocità da lente a moderate.
Fase C Bordi delle scarpate smussate,
deformazioni con ondulazioni del
piano campagna. Velocità da
estremamente lente a lente.
Fase D Assenza di deformazioni
macroscopiche, superficie topografica
quasi regolarizzata. Velocità da nulle
a estremamente lente.
Guida, Iaccarino (1991). Fasi evolutive delle frane di tipo colata nell’alta valle del F. Basento (Potenza). Studi trentini di scienze naturali - Acta geologica, 68(1):127-152.
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Spostamenti e velocità
Cruden & Varnes (1996)
(m/s) (..)
7 Extr. rapid
---------- ------------------ 5,0E+00 5 (m/s)
6 Very rapid
---------- ------------------ 5,0E-02 3 (m/min)
5 Rapid
---------- ------------------ 5,0E-04 1,8 (m/h)
4 Moderate
---------- ------------------ 5,0E-06 13 (m/month)
3 Slow
---------- ------------------ 5,0E-08 1,6 (m/y)
2 Very slow
---------- ------------------ 5,0E-10 1,6 (cm/y)
1 Extr. slow
VelocityDescriptionClass
Varnes (1978)
10 ft/s ( 3 m/s )
1 ft/min ( 0.3 m/min )
5 ft/day ( 1.5 m/day )
5 ft/month ( 1.5 m/month )
5 ft/year ( 1.5 m/year )
1 ft/ 5 year ( 6 cm/year )
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Transizione da scorrimento a colata, e viceversa (Picarelli 2001)
(Alta valle del F. Basento – Potenza)
Picarelli (2001). Transition from slide to earthflow, and the reverse. Proc. Conf. Transition from slide to flow: mechanisms and remedial measures, Patron Editore, 21-54.
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Transizione da scorrimento a colata, e viceversa (Picarelli 2001)
(Alta valle del F. Basento – Potenza)
fonte: Comegna (2005)
Comegna (2005). Proprietà e comportamento delle colate in argilla. Tesi di dottorato, Seconda Università degli Studi di Napoli.
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). C
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o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
Il modello geotecnico di pendio
Stratigrafia
Comportamento meccanico del terreno
Pressioni interstiziali
Spostamenti
Indagini in-situ e prove di laboratorio
Monitoraggio
Condizioni di stabilità
Modellazione
modificato da Cascini (LARAM School)
Evoluzione del fenomeno
Pro
f. M
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e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
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rane,
A.A
. 2
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4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
Eventi pluviometrici e movimenti franosi (Cascini & Versace 1986)
Modellazione del regime delle pressioni neutre: classi di modello
(a scatola chiusa) (misto) (fisicamente basato)
impervious
rainfall
evapotranspiration
rainfall
run-off
rainfall
Based on statistical relationships Based on mathematical relationships describing the
physical processes controlling the groundwater regime
Based on both statistical and functional relationships
Pore water pressure
Pore water pressure
Modello idrologico Modello
completo di versante
modificato da Cascini (LARAM School)
Cascini, Versace (1986). Eventi pluviometrici e movimenti franosi. XVI Convegno nazionale di geotecnica, Bologna, 171-184.
Pro
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e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
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niv
ersi
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i S
aler
no
, IT
AL
Y
Previsione degli spostamenti di una frana attiva
Landslide risk management (Fell at al. 2005)
Frequenza = misura della probabilità (conditionale) di un
risultato, espressa come numero di accadimenti di un evento
in un dato intervallo di tempo (sulla base di un insieme di dati,
ipotesi e informazioni)
In questo caso l’EVENTO non è il COLLASSO, ma
il realizzarsi di movimenti lungo la superficie di scorrimento
(e la loro previsione nel tempo)
Fell et. al. (2005). A framework for landslide risk assessment and management. Landslide Risk Management, 3-25. Taylor & Francis, ISBN-13: 978-0415380430.
Pro
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e C
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lo (
20
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). C
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no
, IT
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Y
Previsione degli spostamenti di una frana attiva indotti da eventi pluviometrici
Leroueil (2001)
Modelli fenomenologici (black-box)
relazioni empiriche tra movimenti del pendio e cause innescanti
Modelli fisicamente-basati e “misti”
il comportamento meccanico del terreno è esplicitamente
considerato (i modelli possono essere definiti “misti” quando
impiegano schematizzazioni concettuali e/o semplificazioni del
fenomeno all’interno di uno schema fisicamente-basato)
Tipologia di modello
Leroueil (2001). Natural slopes and cuts: movement and failure mechanisms. Geotechnique, 51(3):197-243.
Pro
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20
14
). C
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5, U
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no
, IT
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Y
Previsione degli spostamenti di una frana attiva indotti da eventi pluviometrici
Modello fenomenologico
(coeff. di sicurezza locale)
Pressioni neutre misurate
Relazione fenomenologica
dP ∼ u(t)
Spostamenti in un punto della sup. di
scorrimento Relazione
fenomenologica
dSlip ∼ u(t)
Spostamenti lungo al sup. di scorrimento
Pioggia netta
Modello completo di versante
Pressioni neutre nel pendio
Modello tensio-deformativo
eij(t) = f(s’ij,t)
Deformazioni nel pendio
Pioggia netta
Modello completo di versante
Pressioni neutre nel pendio
modificato da Cascini (LARAM School)
Pro
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20
14
). C
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no
, IT
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Y
Modello misto
(coeff. di sicurezza globale)
Modello fisicamente-basato
(analisi disaccopiata)
Previsione degli spostamenti di una frana attiva indotti da eventi pluviometrici
Modello fenomenologico
(coeff. di sicurezza locale)
Modello misto
(coeff. di sicurezza globale)
Modello fisicamente-basato
(analisi disaccopiata)
t
Pw(t)
t
Pw(t)
Pressioni neutre misurate in un punto
Pressioni neutre calcolate Pressioni neutre calcolate
Superficie di scorrimento
Punto P
t
Pw(t)
dP ∼ u(t) dSlip ∼ u(t) eij(t) = f(s’ij,t)
modificato da Cascini (LARAM School)
Pro
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20
14
). C
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, IT
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Fisicamente-basato
Idrologico
Analisi “Locale”
Analisi “Globale”
Analisi “Locale”
Analisi “Globale”
Fisicamente-basato
Idrologico
Pioggia
Groundwater
Analysis
Kinematic
Analysis
Pressioni neutre
calcolate
Spostamenti
calcolati
Previsione degli spostamenti di una frana attiva indotti da eventi pluviometrici
Fisicamente-basato
Fenomenologico
Fisicamente-basato
Fenomenologico
modificato da Grimaldi (2008)
Pro
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, IT
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Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Riferimenti biliografici
Bertini, Cugusi, D’Elia, Rossi-Doria (1986). Lenti movimenti di versante nell’Abruzzo adriatico: caratteri e
criteri di stabilizzazione. XVI Convegno Nazionale di Geotecnica, Bologna.
Calvello, Sorbino, Cascini (2005). Previsione degli spostamenti di frane riattivate da escursioni di livelli
piezometrici: un caso di studio. IARG, Ancona.
Calvello & Cascini (2006). “Predicting Rainfall-induced Movements of Slides in Stiff Clays”, Proc. ECI
Conference “Geohazards”, Lillehammer, Norway 7: 1-8.
Calvello, Cascini, Sorbino (2008). A numerical procedure for predicting rainfall-induced movements of
active landslides along pre-existing slip surfaces. Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., 32:327–351.
DOI: 10.1002/nag.624
Pro
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CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Zona 1 basamento argilloso marnoso
Zona 3 coltre detritica limo-argillosa
Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata)
Caratteristiche dei terreni
g
(kN/m3)
wN
(%)
wL
(%)f'R f'
c
(kPa)
kx'
(m/s)
ky'
(m/s)
kx'
(m/s)
ky'
(m/s)
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
Pro
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20
14
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure pluviometriche Misure inclinometriche
Zona 1 basamento argilloso marnoso
Zona 3 coltre detritica limo-argillosa
Zona 2 basamento argilloso marnoso (fascia degradata)
Misure piezometriche
0m
5m
Pro
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14
). C
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no
, IT
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Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Leroueil (2001)
(parametri di input )
Analisi del moto di
filtrazione (FEM)
u = u(t)
Analisi di stabilità
(Equilibrio Limite)
F = F(t)
v = v(t)
Confronto NO
R = R(t)
Piezometrico
[ uj = uj(t) ]
Inclinometrico
[ v = v(t) ]
calibrazione
ki
F’r
Confronto
Relazione F vs. v
(Empirica)
NO
FMAX, vMAX
calibrazione
calibrazione
(monitoraggio)
KIN
EM
AT
IC m
odel
GR
OU
ND
WA
TE
R m
odel
Calvello & Cascini (2006)
“Predicting Rainfall-induced Movements of Slides in Stiff Clays”,
Proc. ECI Conference “Geohazards”, Lillehammer, Norway 7: 1-8.
Calvello, Cascini, Sorbino (2008)
“A numerical procedure for predicting rainfall-induced
movements of active landslides along pre-existing slip surfaces”
Int. J. Numer. Anal. Meth. Geomech., 32:327–351.
Pro
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14
). C
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
h = h(t)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
FS = FS(t)
v = v(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
Misure
inclinometriche
[ v = v(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
Confronto
OK?
Relazione
FS vs. v
NO
FSMAX - vMAX
calibrazione
calibrazione
BC, ki
Pro
f. M
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20
14
). C
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A.A
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i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
Sezione del pendio
Bertini et al. (1984)
Pro
f. M
ichel
e C
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lo (
20
14
). C
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rane,
A.A
. 2
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i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
BC, ki
Zona 1: basamento argilloso marnoso
Zona 3: coltre detritica limo-argillosa
Zona 2: basamento argilloso marnoso (fascia degradata)
hSX
hDX
q=0
q=q(t)
Time (x 1000)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
q (
x 0
.00
1)
0
1
2
3
4
SEEP/W q = q(t)
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Pressure (x 1000)
-1 0 1
Conductivity
0.01
0.1
1
Pressure
0 20 40 60 80 100
Vol. W
ate
r C
onte
nt
(x 0
.001)
300
310
320
330
340
350
ks
mv
kr kd S
EE
P/W
DE
FIN
E
Pro
f. M
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20
14
). C
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
BC, ki
Zona 1: basamento argilloso marnoso
Zona 3: coltre detritica limo-argillosa
Zona 2: basamento argilloso marnoso (fascia degradata)
hSX
hDX
q=0
q=q(t)
ks (m/g) kr kd (°)
Zona 3
(mezzo isotropo) 0.05 1 0
Zona 2
(mezzo isotropo) 0.05 1 0
Zona 1
(mezzo anisotropo) 5 0.02 350
Time (x 1000)
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
q (
x 0
.00
1)
0
1
2
3
4
SEEP/W
ki (da Bertini et al., 1984)
q = q(t)
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
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tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
hSX
hDX
q=0
q=q(t)
SEEP/W
165
166
167
168
169
170
0 365 730 1095
To
tal H
ea
d
Time
162
163
164
165
166
167
0 365 730 1095
hj = hj(t)
calibrazione
(Calvello, 2002)
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
BC, ki
Calvello (2002). Inverse analysis of a supported excavation through Chicago glacial clays. PhD Thesis, Northwestern University.
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
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01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
A2
158
160
162
164
166
168
0 365 730 1095
F10
152
154
156
158
160
162
0 365 730 1095
B5
146
148
150
152
154
156
0 365 730 1095
G12
129
131
133
135
137
139
0 365 730 1095
D8
170
172
174
176
178
180
0 365 730 1095
D8 A1 F9
B3
C6 G11
A2
F10 B4
B5 C7
G12
Isopieziche (disegnate ogni 2m) al tempo t=1040g
q=q(t)
hSX
hDX q=0
Osservazioni
Risultati modello
Piezometri
Tempo (g)
h (
m s
lm)
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
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no
, IT
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Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
G11
129
131
133
135
137
139
0 365 730 1095
C6
136
138
140
142
144
146
0 365 730 1095
C7
136
138
140
142
144
146
0 365 730 1095
B3
146
148
150
152
154
156
0 365 730 1095
B4
146
148
150
152
154
156
0 365 730 1095
F9
152
154
156
158
160
162
0 365 730 1095
A1
158
160
162
164
166
168
0 365 730 1095
D8 A1 F9
B3
C6 G11
A2
F10 B4
B5 C7
G12
Isopieziche (disegnate ogni 2m) al tempo t=1040g
Tempo (g)
h (
m s
lm)
q=q(t)
hSX
hDX q=0
Piezometri
Osservazioni
Risultati modello
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
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A.A
. 2
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5, U
niv
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Bertini et al. (1984) Modello calibrato
ks (m/g) 0.05 0.2
kr 1 1
kd (º) 360 360
mv (kPa-1
) 2.E-04
ks (m/g) 0.05 0.1
kr 1 0.05
kd (º) 360 350
mv (kPa-1
) 2.E-04
ks (m/g) 5 1
kr 0.020 0.200
kd (º) 350 350
mv (kPa-1
) 5.E-05
Hsx (m) 176
Hdx (m) 109
Zona 3
Zona 1
Zona 2
D8 A1 F9
B3
C6 G11
A2
F10 B4
B5 C7
G12
Isopieziche (disegnate ogni 2m) al tempo t=1040g
q=q(t)
hSX
hDX q=0
Piezometri
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
SLOPE/W
Superficie di scorrimento definita
(interna alla zona alterata)
h = h(t)
g (kN/m3) f (°) c (kPa)
Zona 3 21-22 - -
Zona 2 19.9-21.5 17-20 0
Zona 1 - - -
gi - fi - ci (da Bertini et al., 1984)
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
1.177
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
SLOPE/W
1.00
1.10
1.20
1.30
1.40
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
Data
Coeffic
iente
di S
icure
zza, F
S
FS = FS(t)
h = h(t) Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
FS = FS(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
Relazione empirica
maxmin
max
log
log1log
min 10FS
FS
v
v
vv
1max
maxmax
FS
FSFSvv
LOG-LOG
1
10
0.01 0.1 1 10
v (mm/d)
FS
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 5 10
v (mm/d)
FS
LIN
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 0.5 1 1.5 2
v (mm/d)
FS
FSMAX - vMAX
FSmax = 1.2
vmax = 10 mm/d
vmin = 0.08 mm/d
FSmax = 1.2
vmax = 2 mm/d
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
Relazione
FS vs. v
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
FS = FS(t)
v = v(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
FSMAX - vMAX
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
Relazione
FS vs. v
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
FS
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
v (
mm
/d)
Modello
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 0.5 1 1.5 2
v (mm/d)
FS
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 5 10
v (mm/d)
FS
gi - fi - ci
FSMAX - vMAX
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
FS = FS(t)
v = v(t)
Confronto
OK?
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
Misure
inclinometriche
[ v = v(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
Confronto
OK?
NO
FSMAX - vMAX
calibrazione
calibrazione
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
Relazione
FS vs. v
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
v (
mm
/d)
Inclinometro B
Inclinometro C
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
FS
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
14/02/80 08/02/81 03/02/82 29/01/83
v (
mm
/d)
Modello
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 0.5 1 1.5 2
v (mm/d)
FS
1.00
1.05
1.10
1.15
1.20
0 5 10
v (mm/d)
FS
gi - fi - ci
FSMAX - vMAX
BC, ki
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
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5, U
niv
ersi
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i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Bertini et al.
(1984)
Modello
calibrato
Zona 3 g (kN/m3) 21-22 21.5
g (kN/m3) 19.9-21.5 20.7
f (º) 17-20 17
c (kPa) 0 0
LIN
FS max 1.205
v max 2 mm/d
LOG-LOG
FS max 1.205
v max 10 mm/d
v min 0.1 mm/d
Zona 2
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
14-feb-80 8-feb-81 3-feb-82 29-gen-83
v (
mm
/d)
Inclinometro B Modello (LOG-LOG)
Inclinometro C Modello (LIN)
calibrazione
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
01
5, U
niv
ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Bertini et al.
(1984)
Modello
calibrato
Zona 3 g (kN/m3) 21-22 21.5
g (kN/m3) 19.9-21.5 20.7
f (º) 17-20 17
c (kPa) 0 0
LIN
FS max 1.205
v max 2 mm/d
LOG-LOG
FS max 1.205
v max 10 mm/d
v min 0.1 mm/d
Zona 2
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
14-feb-80 8-feb-81 3-feb-82 29-gen-83
v (
mm
/d)
Inclinometro B Modello (LOG-LOG)
Inclinometro C Modello (LIN)
calibrazione validazione (previsione)
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
01
4-2
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5, U
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ersi
tà d
i S
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no
, IT
AL
Y
CASO di studio 2: La frana di Fosso S. Martino (Teramo, Abruzzo)
Misure in-situ
(monitoraggio)
Parametri
geotecnici
Modello
di sottosuolo
h = h(t)
FS = FS(t)
v = v(t)
Confronto
OK?
q = q(t) v = v(t)
NO
Misure
pluviometriche
[ q = q(t) ]
Misure
piezometriche
[ hj = hj(t) ]
Misure
inclinometriche
[ v = v(t) ]
calibrazione
gi - fi - ci
Confronto
OK?
NO
FSMAX - vMAX
calibrazione
calibrazione
3 1 2
Modello del regime
delle acque
sotterranee (FEM)
Modellazione delle
condizioni di stabilità
(Equilibrio Limite)
Relazione
FS vs. v
BC, ki
La procedura descritta consente di
stimare, sulla base di misure
pluviometriche, piezometriche ed
inclinometriche ed in ottimo accordo con i
dati sperimentali, la velocità di
spostamento di un movimento franoso
lungo una superficie di scorrimento
pre-esistente.
È necessario verificare le capacità
previsionali del modello utilizzato
attraverso una ampia sperimentazione
numerica.
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
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A.A
. 2
01
4-2
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5, U
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ersi
tà d
i S
aler
no
, IT
AL
Y
Con un algoritmo di analisi inversa, un dato modello è calibrato cambiando iterativamente i
valori dei suoi parametri di input fino alla minimizzazione di una funzione obiettivo, che
quantifica gli errori tra i dati osservati e quelli calcolati.
Analisi inversa
File di input
Variabile calcolata - d(t), u(t) -
Aggiornamento parametri di modello
Modello ottimizzato?
Stima parametri di modello
NO
SI
Monitoraggio (osservazioni)
Minimizzazione funzione obiettivo (implica iterazioni del modello)
Aggiornamento previsioni
MODELLO numerico di problema geotecnico
Analisi in
vers
a
FINE
Observational method (Peck 1969)
Procedura che subordina scelte progettuali e dettagli costruttivi della realizzazione di
un’opera di ingegneria geotecnica all’analisi di misurazioni effettuate durante la fase di
costruzione dell’opera stessa
INIZIO
Modellazione osservazionale
Peck (1969). Deep excavations and tunneling in soft ground. Proc. 7th Int. Conf.Soil Mechanics and Foundation Engineering, State-of-the-Art Volume, p. 225-290.
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
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20
14
). C
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o d
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A.A
. 2
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4-2
01
5, U
niv
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no
, IT
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Y
Una possibile definizione…
Insieme di metodi e procedure che, sulla base di dati di monitoraggio e tecniche di analisi
inversa aggiornano, nel tempo, il modello numerico di un sistema geotecnico.
Campi di applicazione
Tutti quei problemi per i quali è importante la previsione nel tempo del comportamento
dell’opera geotecnica
Analisi degli spostamenti di problemi al finito
Le fasi della modellazione
Analisi probabilistica dell’incertezza
La parametrizzazione del modello osservazionale
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
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o d
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A.A
. 2
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4-2
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5, U
niv
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no
, IT
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Y
Le fasi della modellazione
fase di
validazione
tempo
t* (istante di analisi)
Previsioni di modello dipendenti dal tempo
(NON modello transitorio del sistema geotecnico!!!)
fase di
calibrazione
fase di
previsione
validazione
tempo
t* (istante di analisi)
calibrazione Scenario A
Scenario B
Scenario C
validazione calibrazione
validazione calibrazione
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
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A.A
. 2
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5, U
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no
, IT
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Y
Le fasi della modellazione
Previsioni di modello dipendenti dal tempo
(non modello transitorio del problema!!!)
validazione
tempo
t2 (istante di analisi)
calibrazione Scenario A*
fase di
validazione
tempo
t* (istante di analisi)
fase di
calibrazione
fase di
previsione
ri-calibrazione Scenario A*
validazione calibrazione validazione Scenario A*
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
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e C
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lo (
20
14
). C
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Analisi probabilistica dell’incertezza
L’incertezza di modello è una misura del livello di incertezza sulla previsione dell’analisi
The model uncertainty is a measure of the level of uncertainty about the bias value of the analysis method (Nadim 2002)
TIPOLOGIA (e fonti) di incertezza:
Incertezza ALEATORIA (variabilità naturale di un parametro)
Incertezza EPISTEMICA (conoscenza limitata)
incertezza di misura (errore di misura)
incertezza statistica (quantità di informazioni disponibili)
incertezza di modello
Per quantificare l’affidabilità delle previsioni nel tempo degli spostamenti di sistemi
geotecnici è necessario considerare tutte le fonti di incertezza del modello
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
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e C
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lo (
20
14
). C
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. 2
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, IT
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Y
Parametrizzazione del modello osservazionale
Sistema geotecnico
Implementazione numerica
Relazioni costitutive del modello…
Osservazioni / Misure
numero di
parametri non correlati
numero di
parametri
numero totale di
parametri rilevanti
Tipologia
(spostamenti,
pressioni neutre)
Caratteristiche della relazione costtutiva
numero totale di
parametri di modello
da ottimizzare
Capacità di
ottimizzazione
simultanea
Stratigrafia
Percorsi
tensionali
numero di
parametri rilevanti
Analisi di
sensitività Numero di
osservazioni
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
ichel
e C
alvel
lo (
20
14
). C
ors
o d
i F
rane,
A.A
. 2
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4-2
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Il “giudizio” dell’ingegnere geotecnico
Algoritmo di
analisi inversa
Analisi
probabilistica
dell’incertezza
Relazioni tra gli
“ingredienti fondamentali” di un
modello osservazionale
Modello
numerico del
problema
Dati di
monitoraggio
Dalla definizione del modello sino alla valutazione dei risultati dell’analisi non bisogna mai
trascurare l’importanza delle capacità, della competenza e dell’esperienza dell’ingegnere
geotecnico che conduce l’analisi.
Modellazione osservazionale
Pro
f. M
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e C
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20
14
). C
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