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>
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(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.
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Normativa: analisi di stabilità
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“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)
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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.
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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.
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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.
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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.
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Normativa: analisi di stabilità
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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.
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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.
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Valori del coefficiente di sicurezza
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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
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New Priority Classification for Slopes and Retaining Walls - GEO Report No. 68 (1998)
Geotechnical Manual for Slopes (1979, 1984)
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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.>>
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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
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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
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Analisi di stabilità Scivolamento lungo un piano
fonte: Nocilla (2000)
Analisi di stabilità di ammassi rocciosi fratturati
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Analisi di stabilità Rottura a cuneo
Analisi di stabilità di ammassi rocciosi fratturati
fonte: Nocilla (2000)
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