Riassunto "Stabilità dei pendii"

Definizioni

Frana: movimento di una massa di terreno o roccia lungo un versante sotto l'effetto della forza di gravità.

Il pendio in frana si divide in zona di distacco (a monte), zona di movimento (intermedia) e zona di accumulo (a valle).

• Scarpata principale: superficie che delimita il materiale di frana da quello non spostato. Corrisponde alla parte più alta del materiale franoso.

• Coronamento: materiale rimasto sul posto al di sopra della scarpata.

• Franco: lato della frana.

• Superficie di rottura: superficie lungo la quale si ha la rottura e lo scivolamento del materiale.

• Corpo principale: materiale spostato che ricopre la sup. di rottura.

• Linguetta: parte del materiale di frana che si trova oltre la fine della superficie di rottura.

• Unghia: delimitano la massa di materiale spostato.

• Lunghezza della S.R.: distanza tra l'inizio e la fine della sup. di rottura (L).

• Larghezza della S.R.: distanza tra i fianchi, perpendicolare alla lunghezza (w).

• Profondità (D): profondità della sup. di rottura misurata perpendicolarmente a L.

• Pericolosità: probabilità che un evento di una certa intensità si verifichi in un certo periodo in una certa zona.

• Rischio: valore atteso delle perdite (economiche e vite umane) dovute ad un fenomeno.

Progetto IFFI: Inventario dei Fenomeni Franosi Italiani è servito a fornire un quadro completo e aggiornato sulla distribuzione delle frane in Italia. Ha avuto due fasi:

• 1999-2004: raccolta, validazione e informatizzazione dei dati;

• 2005-: integrazione e aggiornamento banca dati.

Classificazione

• di Skempton: classificazione morfometrica ovvero i fenomeni vengono distinti in base alle loro dimensioni: scorrimenti rotazionali (D/L: 1.5÷3.0), scorrimenti traslazionali (D/L: 5÷15) e flussi (D/L: ∞).

• di Blong: in base al cinematismo: scorrimenti piani, scorrimenti rotazionali, colate, crolli.

• di Varnes: in base al cinematismo e al tipo di materiale (terreno, detrito, roccia).

• a) Crollo: il movimento avviene in aria con successivi rimbalzi e rotolamenti fino al raggiungimento del piede in una zona limitata. Tipico dei pendii molto ripidi con un movimento rapido, improvviso dopo il distacco.

• b) Ribaltamento: movimento attorno a un punto di rotazione posto al di sotto del baricentro della massa in frana. Tipico delle rocce dovuto all'erosione o ai cicli di gelo-disgelo delle acque infiltrate. Può essere lento o rapido.

• c) Espansione laterale: le deboli superfici si esplicano allontanando e sedimentando. Appartenente al fenomeno di frana. E' tipico di masse superficiali rigide su uno strato sottostante più debole, quindi è causato da liquefazione e deformazioni plastiche dello strato inferiore. Fenomeno molto lento.

1) Scorrimento: traslazione o scivolamento lungo una superficie piano lungo discontinuità strutturali (faglie, giunti), geomeccaniche o litostratigrafiche. Se superficie di scorrimento:

• non parallela al versante: tipo profondo (DL >= 0,1)
• contrattistica di detriti su roccia avviene lento o rapidi movimento attorno a un punto di rotazione (sopra il baricentro della massa franosa).
• rotazionale: dell’arretramento del fronte franoso si osserva nel riemergere della zona di distacco e negli arrotondamenti nella zona di accumulo.

Tipo di terreni omogenei (argilla, limi): sup. di scorrimento profonda (DL >= 0,15-0,35).

2) Colata: il terreno si comporta come un fluido, quindi presenta variazioni di velocità e di spostamenti al suo interno.

• colata rapida: la più distruttiva. Dovuti all’aumento dell’acqua che riduce le tensioni efficaci. Tipica di terreni sciolti (grani solidi e acqua). La colata di detriti può essere la più veloce e può essere canalizzata (in certi argini affluenti) e a volte si versa (in ampio canale).
• la colata di fango si ha in terreni argillosi (>5>10%) ed è più lenta all’aumentare della presenza di argilla.
• colata lenta: si ha nei materiali disciutti col fenomeno del creep (deformazione lenta e continua).

• di Cruden e Varnes - Classificazione in base alla velocità (i danni aumentano con la velocità).

• di Skeymton e Hutchinson: - Classificazione in base alle caratteristiche meccaniche (si distinguono frane di primo distacco e di ricatturazione) e in base alle tensioni mentre sulla sup. di rottura (condizioni drenate; non drenate, intermedie).

Cause instabilità:

L’instabilità del pendio dipende direttamente da:

• geometria del pendio;
• situazione geologica;
• proprietà geotecniche;
• regime idraulico.

Le cause si possono dividere in due grandi gruppi:

1. Cause che aumentano gli sforzi di taglio (cause esterne): aumento carichi, scalzamenti al piede, sisma.
2. Cause che riducono la resistenza al taglio (cause interne): ciclo gelo-disgelo, terreno saturo-insaturo, alterazione chimica e meccanica.
3. Le precipitazioni brevi e intense portano a colate di detriti o scorrimenti traslazionali, mentre precipitazioni cumulative su periods più lunghi portano a scorrimenti rotazionali.

Bishop semplificato

Dall'equazione di F _ΣcΔi = Ni tgφ non si conosce Ni che si ricava dall'equilibrio alla traslazione verticale: pesi noti

(Wi + ΔXi = Ni cosαi + Ui cosαi Tcosα) cosαi + F cosφi)senαi = Wi cosαi Wi = (F c

Ni (cosαi + F tgφ senα) Wi - (Ui cosαi + F cosφ) senαi

+ Ni - Ui cosαi  

cosαi   F c Δi senαi

Δni

Sostituendo in F

F = _Σ [(c b i + (Wi - Ui cosαi) tg φ)] T_max⁡

Questa è un'equazione implicita in quanto F = F(T_maxi(F)), si risolve iterativamente portando da un F di prova, si ricava T_maxi, si trova un nuovo F ecc. Si procede fino a che il metodo non converge.

Come F tentativo si può usare quello ricavato da Fellenius moltiplicato per 1.1.

Bishop semplificato è più applicare a superficie circolari e fornisce risultati molto simili ai metodi rigorosi.

Equilibrio delle forze

Si considerano superfici non circolari in cui l'equilibrio dei momenti complica il calcolo.

L'ombre semplificato

Cambio Bishop si pone ΔX = cosα la forza efficace normale alla base si trova, come in Bishop, dall'equilibrio alla traslaz. verticale = Wi (Ni + Ui) cosαi + F senαi, essendo T_i = (c Δi + Ni tgφ) i > Ni (cosαi + F senαi tgφ) i > Wi - Ui cosαi.

F c Δi senαi

Ni - (Wi - Ui cosαi

Equilibrio alla traslazione orizzontale

ΔE T_max cosαi = -(Ni + Ui) senαi; dall'equilibrio verticale si ricava che ΔE_i e quindi ΔE_i T_max cosα T (T_i tgφ) senαi; avendo l'ugualianza cosαi dei tgαi senαi - > ΔE_i T_max cosαi.

Ordinando F = Σ (c Δi + Ni tg φ) tg senα.

Σ Wi tgαt ΔE considerando l'assenza di forze intercenco.

ai ruotanti alle estremità della sup. di rottura e sostitutendo N_i:

F = Σ [(c b_i + (Wi - Ui cosαi) tgφ)] T_max i      con T_maxi = cosαi senα i 

Equazione implicita da risolvere iterativamente.

Il coefficiente F è determinato più piccolo di quello ottenuto con i metodi rigorosi, quindi si moltiplica per un coeff. correttivo f_o che dipende dal rapporto Di e dalle caratteristiche di resistenza del terreno (c, φ).

In ogni caso F risulta sempre sottostimato, quindi questo metodo non è molto usato.