09 fp frane
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Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza in urbanistica
Knowledge and Appropriate Technologies for Sustainability and
Resilience in Planning
2016 Workshop
Lisa Astolfi, Funda Atun, Maria Pia Boni, Annapaola Canevari, Massimo Compagnoni, Luca Marescotti, Maria Mascione, Scira Menoni, Pierluigi Paolillo, Floriana Pergalani, Mauro
Salvemini
2016 Workshop
STABILITA’ DEI VERSANTI: NORMATIVE E CASI STUDIO
2 marzo 2016
Floriana Pergalani
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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 locali
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Due categorie:
– Amplificazioni – Instabilità
Approcci semiquantitativo e quantitativo
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• Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)
aree potenzialmente franose, spostamenti
• Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)
Approcci semiquantitativo e quantitativo
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Approccio probabilistico
• Modello digitale del terreno • Carta acclività • Carta esposizione • Carta geologica • Carta geomorfologica • Carta dell’uso del suolo • Carta del reticolo idrografico
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• 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.
Approccio probabilistico
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• PREDIZIONE – frane quiescenti – unità litotecniche – angolo del versante – esposizione del versante – uso del suolo classificato – distanza dalle linee di drenaggio
• VERIFICA
– frane attive
Approccio probabilistico
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• 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)
Approccio probabilistico
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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
Approccio probabilistico
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Esempio applicativo
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• 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
Esempio applicativo
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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. PeniceComplesso 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
Esempio applicativo
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Esempio applicativo
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0 5 Km
Tav. 3 - Modello digitale del terreno e reticolo idrografico
Esempio applicativo
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< 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
Esempio applicativo
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0 5 Km
N
NEESESSWWNW
LEGENDA
Tav. 5 - Carta dell'esposizione dei versanti
Esempio applicativo
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LEGENDA
Aree urbane/industriali e caveRoccia affiorante alvei e calanchiSeminativi e seminativi arboratiPrati permanentiPascoli nudi e pascoli cespugliati o alberati
Vigneti e fruttetiIncolto e cespugliatoPioppeto
RimboschimentoBosco ceduoBosco altofusto (conifere)Bosco altofusto (latifoglie)Bosco altofusto (misto)
0 5 Km
Tav. 6 - Carta dell'uso del suolo riclassificato
Esempio applicativo
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• Colamenti – Carta dei colamenti – Carta acclività – Carta esposizione – Carta uso del suolo – Carta litotecnica
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
aree ad alta stabilità
aree a media stabilità
aree incertearee a media instabilitàaree ad alta instabilità
Tav. 10 - Carta di instabilità per fenomeni di colamento
Esempio applicativo
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• Scorrimenti e complessi – Carta degli scorrimenti e fenomeni
complessi – Carta dell’acclività – Carta dell’uso del suolo – Carta litotecnica – Carta degli elementi tettonici
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
aree ad alta stabilitàaree a media stabilitàaree incertearee a media instabilitàaree ad alta instabilità
Tav. 11 - Carta di instabilità per fenomeni di scorrimento traslazionale e di scorrimento traslazionale-colamento
Esempio applicativo
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• Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)
aree potenzialmente franose, spostamenti
• Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)
Approcci semiquantitativo e quantitativo
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Approccio 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)
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Iag
a t dttf
= ∫π2
2
0( )
pdg
a t dt
n a
tf
=∫2
2
2
0π ( )
. .
INTENSITA’ DI ARIAS
(Arias, 1969)
POTENZIALE DISTRUTTIVO
(Saragoni et al., 1989)
PICCO DI ACCELERAZIONE Pga = max [ a(t)]
Approccio semiquantitativo
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FORZE AGENTI LUNGO UN PENDIO
W
Wn
Wt
β
βz
zwu
c'
W = peso dell’unità di pendio z = profondità superficie di scorrimento zw = altezza della tavola d’acqua b = angolo del pendio u = pressione dell’acqua c = coesione m = zw / z φ = angolo di attrito
Approccio semiquantitativo
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Analisi statiche Pendio indefinito
• Condizioni asciutte • Condizioni totalmente sature
( ))cos()(
)'tan()cos(' 2
ββγφβγγ
zsinzmcFs w−+
=
Approccio semiquantitativo
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Analisi pseudostatiche Pendio indefinito
• Condizioni asciutte • Condizioni totalmente sature
( ) ( ))'tan()tan(
)tan()'tan()cos(' 2
φβγγβγφγγβ
zzzzmcKc w
+−−+
=
Approccio semiquantitativo
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Analisi dinamiche Abachi di correlazione
• Aree riattivabili PGA ≥ Kc: movimento riattivabile; PGA < Kc: movimento non riattivabile
Approccio semiquantitativo
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N. Ambraseys, M. Srbulov (1995)
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)
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
Disp
lace
men
t (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)
Approccio semiquantitativo
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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
Disp
lace
men
t (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
Approccio semiquantitativo
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Codice Descrizione Coesione (kPa)
Angolo di attrito (°)
Peso volume (kN/m3)
1 alluvioni, depositi di conoide, detrito di versante, substrato, ofioliti
- - -
2 colluvioni HP 0.0 14.0 20.0 3 colluvioni BP 0.0 22.0 20.0 4 colluvioni BP-GB 0.0 11.0 20.0 5 colluvioni GB-BP 0.0 24.0 20.0
Analisi geotecnica
182 campioni
Analisi statistica
Esempio applicativo
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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 > 5mDepositi 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
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
0.9 - 1.01.01 - 1.11.11 - 1.21.21 - 1.31.31 - 1.41.41 - 1.5
I valori sono espressi in m/sec2
Tav. 8 - Carta dei valori del picco di accelerazione
Esempio applicativo
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0 5 Km
0.14 - 0.160.17 - 0.190.20 - 0.220.23 - 0.250.26 - 0.280.29 - 0.310.32 - 0.340.35 - 0.370.38 - 0.40
I valori sono espressi in m/sec
Tav. 9 - Carta dei valori dell'intensità di Arias
LEGENDA
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
Fs > 1.5
Fs 1
1 < Fs 1.251.25 < Fs 1.5
non valutato
Tav. 12 - Carta dei valori del fattore di sicurezza (Fs) in assenza di acqua
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
non valutato
0.01 < Kc 0.030.03 < Kc 0.06
Kc 0.01
0.06 < Kc 0.10.1 < Kc 0.2Kc > 0.2
Tav. 14 - Carta dei valori del coefficiente di accelerazione orizzontale critica (Kc) in assenza di acqua
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
aree non esaminate
aree non riattivatearee riattivate
Tav. 16 - Carta delle aree potenzialmente riattivabili durante un evento sismico
Esempio applicativo
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LEGENDA
0 5 Km
assente0 - 10 cm11 - 30 cm31 - 50 cm> 50 cm
aree non esaminate
Tav 17 - Carta dello spostamento potenziale del terreno durante un evento sismico
Esempio applicativo
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Esempio applicativo
LEGENDA
0 5 Km
aree non influenzateinfrastrutture e centri abitati non danneggiatiinfrastutture e centri abitati danneggiati
Tav. 18 - Carta del danneggiamento delle infrastrutture e dei centri abitati
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• Approccio semiquantitativo: Analisi di tipo areale (regionale o subregionale)
aree potenzialmente franose, spostamenti
• Approccio quantitativo: Analisi di tipo locale (singola frana)
Approcci semiquantitativo e quantitativo
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• 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 quantitativo Scorrimenti
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Analisi statiche (Bishop, Jambu, Fellenius, ecc.)
1 (c’ b + (W - u b) tanφ’) secα Fs = ----------- -------------------------------------- W sinα 1 + tanα tanφ’ ------------------- Fs
Approccio quantitativo
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Analisi pseudostatiche (Sarma, ecc.)
Wi
Kc Wi
Xi
Zi
Ei
Ti
Ni
bi
α δ
Wisin(φi -αi) + Ricosφ i + Si+1sin(φ i -αi -δi+1) - Sisin(φ i -αi -δi) ai = ------------------------------------------------------------------------------------- cos(φi -αi +φ*i+1-δi+1) secφ*i+1
Wi cos (φi - αi)pi = --------------------------------------- cos (φ - αi + φi+1 - δ) secαi+1
cos (φi - αi + φ*i - δi) secφ*i ei = ------------------------------------------------ cos (φi - αi + φ*i+1 - δi+1) secφ*i+1
Ri = ci bi secφi - Ui tanαi
Si = c*i di - PWi tanφ*i
Approccio quantitativo
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
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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
Approccio quantitativo
Ne
Te
x
y
W
M an
M at
z
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Approccio quantitativo
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Crolli
•Analisi geologiche, geomorfologiche, geo-meccaniche e sismiche •Analisi storiche
Approccio quantitativo
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• 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 quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche
e sismiche
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• 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 quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche
e sismiche
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• 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.
Approccio quantitativo Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche
e sismiche
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• 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
Approccio quantitativo Analisi storiche
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Esempio applicativo
frana di scivolamento attiva
frana di scivolamento quiescente frana da crollo
SUBSTRATO ROCCIOSO Successioni carbonatico - dolomitiche e marnoso - selciose: ST stratificato SF stratificato molto fratturato o cataclasato
Depositi continentali addensati: DC detriti cementati, conglomerati e travertini DM depositi glaciali, fluvioglaciali , fluviali, addensati o consistenti
COPERTURA Depositi continentali sciolti: GG terreni prevalentemente a grana grossa
GEOMORFOLOGIA frana di scivolamento attiva
frana di scivolamento quiescente frana da crollo
frana di scivolamento attiva
frana di scivolamento quiescente frana da crollo
SUBSTRATO ROCCIOSO Successioni carbonatico - dolomitiche e marnoso - selciose: ST stratificato SF stratificato molto fratturato o cataclasato
Depositi continentali addensati: DC detriti cementati, conglomerati e travertini DM depositi glaciali, fluvioglaciali , fluviali, addensati o consistenti
COPERTURA Depositi continentali sciolti: GG terreni prevalentemente a grana grossa
GEOMORFOLOGIA
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- 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
Esempio applicativo
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Parametri geotecnici SUBSTRATO ROCCIOSO
Successioni carbonatico-dolomitiche e marnoso-selciose: ST stratificato Parametro min max RMR (Rock Mass Rating) base 50 70 φ (°) 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 φ (°) 15 20 c (kPa) 100 150 Esitu (GPa) 2 3 Vp (m/s) 2.300 4.000 Ammassi di qualità scadente
Esempio applicativo
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Parametri geotecnici Depositi continentali addensati:
DC detriti cementati, conglomerati e travertini Parametro min max RMR base 50 70 φ (°) 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 γ (kN/m3) 17 20 φ (°) 25 45 c (kPa) 0 10 Vp (m/s) 800 1.800 Vs (m/s) 250 500
Esempio applicativo
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COPERTURA
Depositi continentali sciolti: terreni prevalentemente a grana grossa Parametro min max γ (kN/m3) 16 20 φ (°) 20 45 c (kPa) 0 50 Vp (m/s) 800 1200 Vs (m/s) 200 300
Parametri geotecnici
Esempio applicativo
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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
Esempio applicativo
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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°.
Esempio applicativo
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Esempio applicativo
ACC1
ACC2
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Esempio applicativo
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)
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Esempio applicativo RISULTATI CROLLO