Analisi di stabilità a scala 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

Articoli principali

Analisi di stabilità dei pendii. I metodi dell'equilibrio limite. Airò Farulla C. (2001). Hevelius, pp.208, ISBN 88-86977-23-9.

<ESTRATTO>

Geotecnica (3 ed.). Lancellotta (2004). Zanichelli, pp.496, ISBN ISBN: 88-08076-53-9. <ESTRATTO: 8.11 - Stabilità dei pendii

naturali>

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 Analisi di stabilità a scala di pendio > Dispense

(APPROFONDIMENTI)

Stabilità dei pendii in roccia – Rilievi strutturali e spostamenti ammissibili. Nocilla N. & Urciuoli G. (1997). Hevelius, 69pp.

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.

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.

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 Analisi di stabilità a scala di pendio

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

“Norme tecniche sulle costruzioni” - Capitolo 6: Progettazione geotecnica

Capitolo 1 - OGGETTO

Le presenti Norme tecniche per le costruzioni definiscono i principi per il progetto, l’esecuzione e il collaudo

delle costruzioni, nei riguardi delle prestazioni loro richieste in termini di requisiti essenziali di resistenza

meccanica e stabilità, anche in caso di incendio, e di durabilità.

Esse forniscono quindi i criteri generali di sicurezza, precisano le azioni che devono essere utilizzate nel

progetto, definiscono le caratteristiche dei materiali e dei prodotti e, più in generale, trattano gli aspetti

attinenti alla sicurezza strutturale delle opere.

Circa le indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non

espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di comprovata validità e ad

altri documenti tecnici elencati nel Cap. 12. In particolare quelle fornite dagli Eurocodici con le relative

Appendici Nazionali costituiscono indicazioni di comprovata validità e forniscono il sistematico supporto

applicativo delle presenti norme.

(Normazione prestazionale piuttosto che prescrittiva)

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

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

Paragrafo 6.3: “Stabilità dei pendii naturali”

6.3.1 Prescrizioni generali

Lo studio della stabilità dei pendii naturali richiede osservazioni e rilievi di superficie, raccolta di notizie storiche sull’evoluzione

dello stato del pendio e su eventuali danni subiti dalle strutture o infrastrutture esistenti, la constatazione di movimenti

eventualmente in atto e dei loro caratteri geometrici e cinematici, la raccolta dei dati sulle precipitazioni meteoriche, sui caratteri

idrogeologici della zona e sui precedenti interventi di consolidamento. Le verifiche di sicurezza, anche in relazione alle opere da

eseguire, devono essere basate su dati acquisiti con specifiche indagini geotecniche.

6.3.2 Modellazione geologica del pendio

Lo studio geologico deve precisare l’origine e la natura dei terreni e delle rocce, il loro assetto stratigrafico e tettonico-strutturale,

i caratteri ed i fenomeni geomorfologici e la loro prevedibile evoluzione nel tempo, lo schema della circolazione idrica nel

sottosuolo.

6.3.3 Modellazione geotecnica del pendio

Sulla base dell’inquadramento geomorfologico ed evolutivo del versante, devono essere programmate specifiche indagini per la

caratterizzazione geotecnica dei terreni e delle rocce, finalizzate alla definizione del modello geotecnico sulla base del quale

effettuare lo studio delle condizioni di stabilità nonché al progetto di eventuali interventi di stabilizzazione.

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

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

Paragrafo 6.3: “Stabilità dei pendii naturali”

6.3.3 Modellazione geotecnica del pendio (continuazione)

Le indagini devono effettuarsi secondo i seguenti criteri:

la superficie del pendio deve essere definita attraverso un rilievo plano-altimetrico in scala adeguata ed esteso ad una zona

sufficientemente ampia a monte e valle del pendio stesso;

lo studio geotecnico deve definire la successione stratigrafica e le caratteristiche fisicomeccaniche dei terreni e delle rocce,

l’entità e la distribuzione delle pressioni interstiziali nel terreno e nelle discontinuità, degli eventuali spostamenti plano-altimetrici

di punti in superficie e in profondità.

La scelta delle tipologie di indagine e misura, dell’ubicazione del numero di verticali da esplorare, della posizione e del numero

dei campioni di terreno da prelevare e sottoporre a prove di laboratorio dipende dall’estensione dell’area, dalla disponibilità di

informazioni provenienti da precedenti indagini e dalla complessità delle condizioni idrogeologiche e stratigrafiche del sito in

esame. Il numero minimo di verticali di indagine e misura deve essere tale da permettere una descrizione accurata della

successione stratigrafica dei terreni interessati da cinematismi di collasso effettivi e potenziali e, in caso di pendii in frana, deve

consentire di accertare forma e posizione della superficie o delle superfici di scorrimento esistenti e definire i caratteri cinematici

della frana. La profondità e l’estensione delle indagini devono essere fissate in relazione alle caratteristiche geometriche del

pendio, ai risultati dei rilievi di superficie nonché alla più probabile posizione della eventuale superficie di scorrimento.

Tutti gli elementi raccolti devono permettere la definizione di un modello geotecnico di sottosuolo (vedi § 6.2.2) che tenga conto

della complessità della situazione stratigrafica e geotecnica, della presenza di discontinuità e dell’evidenza di movimenti pregressi

e al quale fare riferimento per le verifiche di stabilità e per il progetto degli eventuali interventi di stabilizzazione.

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

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

Paragrafo 6.3: “Stabilità dei pendii naturali”

6.3.4 Verifiche di sicurezza

[..] eseguite lungo le superfici di scorrimento che meglio approssimano quella/e riconosciuta/e con le indagini.

[..] superfici di scorrimento cinematicamente possibili, in numero sufficiente per ricercare la superficie critica alla quale

corrisponde il grado di sicurezza più basso.

[..] Il livello di sicurezza è espresso, in generale, come rapporto tra resistenza al taglio disponibile

[..] Il grado di sicurezza ritenuto accettabile dal progettista deve essere giustificato sulla base del livello di conoscenze raggiunto,

dell’affidabilità dei dati disponibili e del modello di calcolo adottato

6.3.5 Interventi di stabilizzazione

La scelta delle più idonee tipologie degli interventi di stabilizzazione deve essere effettuata solo dopo aver individuato le cause

promotrici della frana [..] valutazione dell’incremento di sicurezza indotto dagli interventi di stabilizzazione

6.3.6 Controlli e monitoraggio

[..] diverse fasi che vanno dallo studio al progetto, alla realizzazione e gestione delle opere di stabilizzazione e al controllo della

loro funzionalità e durabilità. [..] spostamenti di punti significativi del pendio, in superficie e/o in profondità [..] misura delle

pressioni interstiziali, da effettuare con periodicità e durata tali da consentire di definirne le variazioni periodiche stagionali.

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

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

Paragrafo 6.8: “Opere di materiali sciolti e fronti di scavo”

Le presenti norme si applicano ai manufatti di materiali sciolti, quali rilevati, argini di difesa per fiumi, canali e litorali, rinfianchi,

rinterri, terrapieni e colmate. Le norme si applicano, inoltre, alle opere e alle parti di opere di materiali sciolti con specifiche

funzioni di drenaggio, filtro, transizione, fondazione, tenuta, protezione ed altre. Gli sbarramenti di ritenuta idraulica di materiali

sciolti sono oggetto di normativa specifica.

6.8.1 Criteri generali di progetto

6.8.2 Verifiche di sicurezza (SLU)

[..] Le verifiche devono essere effettuate secondo l’Approccio 1: Combinazione 2: (A2+M2+R2)

[..] La stabilità globale dell’insieme manufatto-terreno di fondazione deve essere studiata nelle condizioni corrispondenti alle

diverse fasi costruttive, al termine della costruzione e in esercizio. Le verifiche locali devono essere estese agli elementi artificiali

di rinforzo, eventualmente presenti all’interno ed alla base del manufatto, con riferimento anche ai problemi di durabilità. Nel

caso di manufatti su pendii si deve esaminare l’influenza dell’opera in terra sulle condizioni generali di sicurezza del pendio,

anche in relazione alle variazioni indotte nel regime idraulico del sottosuolo.

6.3.3 Verifiche in condizioni di esercizio (SLE)

Si deve verificare che i cedimenti del manufatto, dovuti alla deformazione dei terreni di fondazione e dell’opera, siano compatibili

con la sua funzionalità.

6.8.4 Aspetti costruttivi

6.8.5 Controlli e monitoraggio

Con il monitoraggio si deve accertare che i valori delle grandezze misurate, quali ad esempio spostamenti e pressioni interstiziali,

siano compatibili con i requisiti di sicurezza e funzionalità del manufatto e di quelli contigui.

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

Normativa: analisi di stabilità

D.M. 14/01/2008

Paragrafo 6.8: “Opere di materiali sciolti e fronti di scavo”

6.8.6 Fronti di scavo

6.8.6.1 Indagini geotecniche e caratterizzazione geotecnica

Le indagini geotecniche devono tener conto della profondità, dell’ampiezza, della destinazione e del carattere permanente o

provvisorio dello scavo.

6.8.6.2 Criteri generali di progetto e verifiche di sicurezza

Il progetto deve definire un profilo di scavo tale che risultino rispettate le prescrizioni di cui al § 6.2.3 e la verifica deve essere

condotta con modalità analoga a quella indicata per i manufatti di materiali sciolti. Nel caso di scavi realizzati su pendio, deve

essere verificata l’influenza dello scavo sulle condizioni di stabilità generale del pendio stesso.

[..] Le azioni dovute al terreno, all’acqua e ai sovraccarichi anche transitori devono essere calcolate in modo da pervenire, di volta

in volta, alle condizioni più sfavorevoli.

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

DM 11/3/1988

“Norme tecniche riguardanti le indagini sui terreni e sulle rocce, la stabilità dei pendii naturali e

delle scarpate, i criteri generali e le prescrizioni per la progettazione, l'esecuzione e il collaudo

delle opere di sostegno delle terre e delle opere di fondazione.”

D. OPERE SOSTEGNO

D.4 VERIFICHE DEI MURI DI SOSTEGNO CON FONDAZIONI SUPERFICIALI

D.4.5 VERIFICA DI STABILITÀ GLOBALE

Questa verifica riguarda la stabilità del terreno nel quale è inserito il muro, nei confronti di fenomeni di

scorrimento profondo. Il coefficiente di sicurezza non deve risultare inferiore ad 1,3.

G. STABILITÀ DEI PENDII NATURALI E DEI FRONTI DI SCAVO

G.2 PENDII NATURALI

G.2.3 CALCOLI DI STABILITÀ

Il valore del coefficiente di sicurezza sarà assunto dal progettista e giustificato sulla base delle considerazioni

relative al livello di conoscenze raggiunto ed al grado di affidabilità dei dati disponibili, alla complessità della

situazione geologica e geotecnica, alla esperienza locale su pendii naturali in situazioni simili, nonché alle

conseguenze di un'eventuale frana.

G.3 FRONTI DI SCAVO

G.3.2 CRITERI DI PROGETTO E CALCOLI DI STABILITÀ

Nel caso di terreni omogenei e nei quali le pressioni neutre siano note con sufficiente attendibilità, il coefficiente di

sicurezza non deve essere minore di 1,3. Nelle altre situazioni il valore del coefficiente di sicurezza da adottare

deve essere scelto caso per caso, tenuto conto principalmente della complessità strutturale del sottosuolo, delle

conoscenze del regime delle pressioni neutre e delle conseguenze di un eventuale fenomeno di rottura.

Normativa: analisi di stabilità

Valori del coefficiente di sicurezza

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

Hong Kong Geotechnical Engineering Office (GEO)

Normativa: analisi di stabilità

Valori del coefficiente di sicurezza

In selecting the minimum factor of safety to be used for slope design, the

designer must consider the extent to which failure of the slope could cause

loss of life and economic loss. For the risk-to-life and economic risk

categories three levels of risk (i.e. consequence) were adopted, viz. ‘high’,

‘low’ and ‘negligible’. [..] The higher the level of risk-to-life or economic

risk, the higher is the minimum factor of safety required to be used in the

slope design or stability assessment.

The New System of Consequence Classification

The use of the term risk to mean consequence in the event of a failure of a slope or wall had led to a great deal

of misunderstanding by the public. For this reason, and in order to conform to the now established

international engineering usage, the GEO has decided to use the term consequence in place of risk. Two

types of consequence are commonly referred to, viz. consequence-to-life and economic consequence. The

descriptive terms ‘high’, ‘low’ and ‘negligible’ were originally used in the consequence classification system.

Negl. Low High

Negl. > 1,0 1,2 1,4

Low 1,2 1,2 1,4

High 1,4 1,4 1,4

risk-to-life

eco

no

mic

ris

k

New Priority Classification for Slopes and Retaining Walls - GEO Report No. 68 (1998)

Geotechnical Manual for Slopes (1979, 1984)

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

Duncan (1996)

“State of art: limit equilibrium and finite element analysis of slopes”

Normativa: analisi di stabilità

Valori del coefficiente di sicurezza

<<Criteria for acceptable values of safety factors should be established with two important considerations

in mind [..]: (1) what is the degree of uncertainty involved in evaluating the conditions and shear strengths

for analysis; and (2) what are the possible consequences of failure.>>

Valori tipici di coefficiente di sicurezza minimo (Fmin):

Fmin = 1,3 per opere durante la fase di e/o a fine costruzione

Fmin = 1,5 per opere in condizioni di esercizio a lungo termine (condizioni normali)

Fmin = 1,0 – 1,2 per la stabilità di versanti di bacini artificiali in condizioni di “rapido svaso”

Airò Farulla (2001)

“Analisi di stabilità dei pendii. I metodi dell'equilibrio limite”

<<Da un’ampia rassegna delle indicazioni riportate in letteratura per pendii naturali, scavi e rilevati, si ricava

che i valori di F di volta in volta consigliati variano da 1,2 a 1,5.>>

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

Pendio indefinito

I Caso: Terreno asciutto

II Caso: Terreno parzialmente saturo

III Caso: Pendio sommerso

IV Caso: Moto di filtrazione

Analisi di stabilità: effetto delle pressioni neutre sul coefficiente di sicurezza

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

Analisi di stabilità bidimensionali all’equilibrio limite

Metodo dell’equilibrio limite globale

Superficie di scorrimento piana

Metodi delle strisce / dei conci

Metodi approssimati e rigorosi

Precisione, accuratezza, affidabilità

Scelta dei parametri di resistenza a taglio

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

Analisi di stabilità Scivolamento lungo un piano

fonte: Nocilla (2000)

Analisi di stabilità di ammassi rocciosi fratturati

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

Analisi di stabilità Rottura a cuneo

Analisi di stabilità di ammassi rocciosi fratturati

fonte: Nocilla (2000)

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

Analisi di stabilità Rottura a cuneo

Analisi di stabilità di ammassi rocciosi fratturati

fonte: Nocilla (2000)

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