le caratteristiche geotecniche delle strutture …

SeminarioIL RISCHIO IDROGEOLOGICO IN TOSCANA:LE STRUTTURE ARGINALI

LE CARATTERISTICHE GEOTECNICHE DELLE STRUTTURE ARGINALI

Alessandro GhinelliScuola di Ingegneria

Università degli Studi di Firenze

2Alessandro Ghinelli LE CARATTERISTICHE GEOTECNICHE DELLE STRUTTURE ARGINALI


EROSIONE AL PIEDE LATO FIUME

EROSIONE ESTERNA

SORMONTO (overtopping)

EROSIONE INTERNA (seepage, piping )

SIFONAMENTO

ROTTURA MECCANICA

CEDIMENTI

INSTABILITA’ DI MASSA


Collasso di argini fluviali in terra per instabilit à di massa

ROTTURA MECCANICA

INSTABILITA ’ DI MASSA

Applicazione dei principi della meccanica delle terreni alla valutazione della condizioni di stabilità lato fiume e lato campagnaa partire da:

- variazione delle pressioni neutre all’ interno del rilevato arginaleottenibile da,analisi di filtrazione

- valori dei parametri fisico- meccanici dei terreniottenibili da,analisi geotecnicainterpretazione dei risultati di indagini in sito e prove di laboratorio

- identificazione dei caratteri geometrico-dimensionaliottenibili da,dati topografici


Carrione 2014

Serchio 2009


Ombrone 2010

Massaciuccoli 2010


Approccio metodologico


n = Numero di parametri predisponenti disponibili

m =

Num

ero

di p

aram

etri

di s

olle

cita

zion

e di

spon

ibili

MODELLO SPEDITI

VO

MODELLO S

EMPLIFIC

ATO

MODELLO

COMPLETO

Si perviene alla scalabilit à del modello per successive semplificazioni attraverso:

-analisi comparativa dei parametri del sistema, sia predisponenti che di sollecitazione;

-individuazione delle peculiarit à delle fenomenologie studiate;

-tarature dei modelli implementati;

-analisi dei dati disponibili.

Si perviene alla scalabilit à del modello per successive semplificazioni attraverso:

-analisi comparativa dei parametri del sistema, sia predisponenti che di sollecitazione;

-individuazione delle peculiarit à delle fenomenologie studiate;

-tarature dei modelli implementati;

-analisi dei dati disponibili.

La metodologia implementata si caratterizza per la grande flessi bilit à di calcolo in ragione dei dati disponibili per il singolo sito

La metodologia implementata si caratterizza per la grande flessi bilit à di calcolo in ragione dei dati disponibili per il singolo sito

Approccio metodologico


Principali effetti delle ipotesi semplificative sul calcolo

1) la rottura si manifesta lungo una superficie netta di separazione tra la massa instabile e il terreno stabile

2) la massa instabile è un blocco indeformato in moto di roto -traslazione rigida

3) la resistenza mobilitata lungo la superficie di scorrimento in condizioni di equilibrio limite è costante nel tempo, indipendente dalle deformazioni e pari alla resistenza al taglio

TUTTAVIAl’affidabilità dei risultati dipende quasi esclusivamente dalla

corretta schematizzazione del fenomeno e dalla scelta dei parametri di progetto che, proprio a causa della scarsa aderenza alla realt à fisica del modello costitutivo adottato per il terreno, devono essere fissati con grande attenzione e consapevolezza

Principali caratteristiche del fenomeno

1) Influenza della tridimensionalit à fisica sul fenomeno di instabilit à lungo uno una sezione

2) Disomogeneit à delle caratteristiche fisico meccaniche dei terreni i e variabilit à spaziale della successione stratigrafica

3) Legami sforzi -deformazioni non lineari

Solutori numerici agli elementi finiti e alle differenze finite (modellazione al continuo) consentono una stima aderente alle realt à fisica del fenomeno, permettendo di ottenere una stima accurata di: stato tensionale efficace iniziale, effetti della storia di carico del terreno, variazione puntuale del regime delle pressioni interstiziali, caratteristiche di rigidezza e resistenza dei terreni in condizioni statiche, dinamiche e cicliche

MODELLO NUMERICO SEMPLIFICATOMODELLO TEORICO COMPLETO

Instabilità di massa


Caratteristiche meccaniche

terreno argine

•’ , c’ , c u

Caratteristiche meccaniche

terreno fondazione

•’ , c’ , c u

Entità pressioni neutre – variabili con t

Indipendentemente dal metodo di verifica di stabilit à di un argine (Bishop, Morgenstern e Price, Strenght reduction method, etc. ), occorre conoscerne le caratteristiche meccaniche e idrauliche :

Permeabilità e porosit à



Peck, 1953

Japan Road Association, 1990

Caquot

Alcune correlazioni

Lunne e Eide

( ) ( ) ( )c v ou

K

q z zc z

Nσ−

= Mayne & Kemper, 1988 (NK = 15 per penetrometro a punta elettrica)



Formula di Hazen

Grafici di Prugh per sabbie non cementate


ANALISI DEI RISULTATI E DETERMINAZIONE DEI VALORI CARATTERISTICI

16Alessandro Ghinelli LE CARATTERISTICHE GEOTECNICHE DELLE STRUTTURE ARGINALISCALA REGIONALE

Tratti con presenza

di dati geotecnici

Reticolo Fluviale

Ubicazione delle campagne diindagini geotecniche disponibili

Complessivamente 55 tratti distinti,

Considerandosia indagini puntuali

sia estese con continuit à per alcuni km

(e.g. Arno, Serchio, Stella)suddivisi su

38 corsi d’acqua

(e.g. Arno 6 tratti, Serchio e Stella 1 tratto)

Per insufficienza dei dati geotecnici in termini di quantit à e qualit à, le

caratterizzazioni hanno riguardato 19 tratti

distinti,suddivisi su 14 corsi d’acqua

Dati disponibili

Complessivamente 55 tratti distinti,Considerando sia indagini puntuali sia estese con continuit à per alcuni km (e.g. Arno, Serchio, Stella) suddivisi su 38 corsi d ’acqua (e.g. Arno 6 tratti, Serchio e Stella 1 tratto)

Per insufficienza dei dati geotecnici in termini di quantit à e qualit à, le caratterizzazione hanno riguardato 19 tratti distinti,suddivisi su 14 corsi d’acqua

TIPOLOGIA DATIA GENERALIB CARTOGRAFICIC TOPOGRAFICID GEOLOGICIE GEOTECNICIF IDROLOGICIG IDRAULICIH INTERFEROMETRICII VEGETAZIONALI


Sondaggi a c. c. con/senza prove in foro tipo SPT :

316 Sondaggi a distruzione : 9

Prove penetrometriche statiche (CPT, CPTU) : 450

Prove dinamiche superpesante (DPSH) : 26

Prove di permeabilit à in foro tipo Lefranc : 141

Prove dilatometriche (DMT) : 56

Prove di carico su piastra : 22

Prove geoelettriche : 13

Prove sismiche a rifrazione/riflessione : 11

Prove MASW : 4

Prove down –hole (DH) : 2

Campioni indisturbati (con prove di

classificazione, granulometrie, LL. AA.) : 353

Campioni rimaneggiati (con prove di

classificazione, granulometrie, LL. AA.) : 123

Prove edometriche : 67

Prove triassiali (TxCiD, TxCiU, TXUU) : 93

Prove a espansione laterale libera (ELL) : 44

Prove di taglio diretto (TD) : 91

Prove Proctor : 22

PROVE DI LABORATORIOPROVE IN SITU

Composizione delle indagini in sito e delle prove di laboratorio disponibili


Caratterizzazioni geotecniche

Legenda simboliIP : indice di plasticit à•’: angolo d ’attritocu : coesione non drenata

Prova in sitoconsiderate

Determinazioneeffettuata

Affidabilit àAssegnata

Sondaggi a c.c. Riconoscimento lito -stratigrafico ***

Prove CPT

Riconoscimento lito -stratigrafico **

cu terreni a grana fine ***•’ terreni a grana grossa *

Prove SPT•’ terreni a grana grossa ***

cu terreni a grana fine** noto I P

*Prove Lefranc Permeabilità a saturazione k ***



Legenda simboli•’0 : tensione litostatica efficace alla profondit à di estrazione del provino su cui è eseguita la prova;•’c : pressione di consolidazione pari alla differenza fra la pressi one di cella e la contropressione interstiziale

Prove di laboratorio

considerate

Determinazione

effettuata

Affidabilit à

assegnata

Prova edometriche

Porosit à n alla •= •’0 ***

Modulo di compressibilit à di volume m v alla •= •’0 ***

Permeabilità k alla •=•0 ***

Prova TDCoesione efficace c ’ ***Angolo di attrito efficace •’ ***

Prova TxCiDCoesione efficace c ’ ***Angolo di attrito efficace •’ ***

Prova TxCIUCoesione efficace c ’ ***Coesione non drenata cu se •’c = •’v0 **

Angolo di attrito efficace •’ ***Prova TxUU Coesione non drenata cu ***

Prova ELL Coesione non drenata cu **

Prove di classificazione Granulometriche,LL. AA

Riconoscimento lito -stratigrafico **




Fattori che influenzano la distribuzione territoriale delle prove su scala regionale :- Omogeneit à dei terreni che costituiscono gli argini fluviali- Disponibilità dei dati esistenti nelle banche dati (uffici tecnici, piani regolatori, etc.)- Costi

Frequenza usuale delle indagini (Viggiani, 1993)

SI VUOL OTTENERE UNA MAPPATURA COMPLETA


- Sondaggi a carotaggio continuo: 16 fino a 20,0 m di profondit à (6 attrezzati con piezometro)- Prove penetrometriche statiche (CPT): 104

Composizione delle indagini sito e delle prove di laboratorio di sponibili

- Icona rossa: la prova CPT è stata eseguitain prossimit à di un sondaggio geotecnico

- Icona gialla: punti di esecuzione delle sole prove CPT

Caratterizzazione geotecnica: il caso del

fiume Serchio presso Lucca

Lunghezza investigata • 10 km


- Sondaggi a carotaggio continuo: 16 fino a 20.0 m di profondit à (6 attrezzati con piezometro)- Prove penetrometriche statiche (CPT): 104 - Prove Lefranc: 16- Campioni Indisturbati (con prove di classificazione, granulometrie, LL.AA.): 31-Prove triassiali consolidate non drenate (TxCIU): 31

RISULTATO SINTETICO DELLE CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA

Caratterizzazione geotecnica: il caso del fiume Serchio

COMPOSIZIONE DELLE INDAGINI SITO E DELLE PROVE DI LABORATORIO DISPONIBILI

Rilevato/Sponda Fondazione

µ •dv CV [%] min max µ •dv CV [%] min max

γn [kN/m 3] 18.38 1.03 5.60 15.890 19.486 19.74 0.75 3.80 19.08 20.55

ϕ' [ °] 29.76 2.31 7.76 23.45 32.92 30.67 2.29 7.47 25.87 37.57c' [kPa] 0.00 0.00 - 0.00 0.00 0.00 - - - -cu [kPa] 82.32 24.65 29.94 43.09 162.61 - - - - -k [cm/s] 4.45E-04 5.72E-04 128.54 3.31E-05 2.93E-03 4.97E-04 4.40E-04 88.53 2.75E-05 1.73E-03D10 [mm] 0.010 0.008 80.00 0.002 0.025 - - - - -D60 [mm] 0.088 0.061 69.32 0.019 0.250 - - - - -n [%] < 42.40 2.20 5.19 < 38.39 < 46.41 - - - - -

mv [Mpa-1] - - - - - - - - - -


•dv = 2.29 °

ϕ ' [°] – TERRENO FONDAZIONE ( )[ ] ( )( )0

' a r c t a n 0 . 1 0 . 3 8'c

v

q zz

zϕ

σ

° = + ⋅

Robertson e Campanella (1983)

3 0 6 0c

s

q

f< ≤ Terreno sabbioso in matrice limosa


•dv = 24.65 kPa

( ) ( ) ( )c v ou

K

q z zc z

Nσ−

=Cu[°] – TERRENO RILEVATO ARGINALE Mayne & Kemper (1988)

30c

s

qf

≤ terreno prevalentemente limoso


Profondità[m]

k[cm/s]

Profondità[m]

k[cm/s]

Profondità[m]

k[cm/s]

Profondità[m]

k[cm/s]

S1 1.65÷2.15 7.24E-04 3.15÷3.75 2.88E-04 6.15÷6.85 1.71E-04 9.15÷9.75 8.74E-04S2 1.65÷2.35 6.47E-05 4.65÷5.25 3.31E-05 6.15÷6.65 8.23E-04 9.15÷9.75 8.69E-04S3 1.65÷2.25 2.88E-04 3.15÷3.85 3.87E-04 6.15÷6.85 4.83E-04 9.15÷9.75 1.73E-03S4 1.65÷2.25 7.91E-05 3.15÷3.85 2.12E-04 6.15÷6.85 1.83E-04 9.15÷9.75 1.01E-03S5 N/D N/D N/D

S6 1.65÷2.25 8.12E-04 3.15÷3.85 7.61E-05 6.15÷6.75 7.06E-05 9.15÷9.90 2.37E-04S7 1.65÷2.35 8.85E-04 3.15÷3.75 1.01E-03 6.15÷6.85 3.33E-04 9.15÷9.75 1.51E-04S8 1.65÷2.25 9.84E-05 3.15÷3.75 7.02E-05 6.15÷6.65 2.74E-04 9.15÷9.85 7.32E-05S9 1.65÷2.25 2.61E-04 3.15÷3.85 9.60E-05 6.15÷6.75 1.29E-04 9.15÷9.85 5.64E-05

S10 N/D N/D N/DS12 1.65÷2.25 2.93E-03 3.15÷3.75 7.35E-04 6.15÷6.85 3.65E-04 9.15÷9.75 6.57E-04S13 1.65÷2.25 5.33E-04 3.15÷3.85 2.79E-04 6.15÷6.85 9.75E-05 9.15÷9.75 1.50E-03S14 1.65÷2.25 5.11E-04 3.15÷3.85 6.44E-04 6.15÷6.65 2.03E-04 9.15÷9.75 6.57E-04S15 1.65÷2.25 2.78E-04 4.65÷5.35 1.02E-04 6.15÷6.75 1.35E-04 7.65÷8.35 2.75E-05S16 1.15÷1.75 8.12E-04 3.15÷3.85 9.98E-05 6.15÷6.85 7.19E-04 9.15÷9.75 6.87E-04S17 1.65÷2.15 9.12E-05 3.15÷3.75 7.39E-05 6.15÷6.65 8.71E-04 9.15÷9.65 5.38E-04

RISULTATI - PROVE LEFRANC

La permeabilit à misurata in tratti di prova a profondit à minori di 5.35 m è considerata rappresentativa dei terreni componenti il rilevato arginale; viceversa la permeabilit à misurata in tratti

di prova a profondit à maggiori di 5.35 m è considerata rappresentative dei terreni di fondazione.


DISTRIBUZIONE DI FREQUENZA (ARGINE)

Ampiezza 2.0E -04 cm/s


FREQUENZE Vs DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA’ (ARGINE)


DISTRIBUZIONE DI FREQUENZA (TERRENO DI FONDAZIONE)

Ampiezza 1.14 E -04 cm/s


FREQUENZE Vs DISTRIBUZIONE DI PROBABILITA ’ (TERRENO DI FONDAZIONE)


REALIZZAZIONE NUOVI ARGINI O INNALZAMENTO DEGLI ARGINI ESISTENTI

PROVE PROCTOR

-peso di volume secco massimo- contenuto d ’acqua optimum

Angolo d ’attrito optimum

SeminarioIL RISCHIO IDROGEOLOGICO IN TOSCANA:LE STRUTTURE ARGINALI

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

le caratteristiche geotecniche delle strutture …

Documents