Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio

I passaggi di calcolo da eseguire con i risultati delle analisi non lineari dinamiche che simulano il processo di infiltrazione della pioggia e relativa saturazione dello strato di terreno sopra il livello di falda originario con innalzamento di quest’ultima

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Analizziamo nel dettaglio il caso di studio riportato nel volume Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici di Matteo Felitti e Francesco Oliveto, edito da Maggioli Editore, che si riferisce all’instabilità di una scarpata per innalzamento del livello di falda a causa di intense precipitazioni che tendono a saturare il pendio con livello di falda prossimo al piano di campagna.

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Il passaggi di calcolo da eseguire

Come anticipato sopra, il caso in oggetto che andiamo ad analizzare interessa l’instabilità di una scarpata in terreno a grana fine per innalzamento del livello di falda a causa di intense precipitazioni che infiltrandosi attraverso la coltre vegetale tramite un flusso continuo e variabile nel tempo fino al termine dell’evento piovoso tendono a saturare il pendio con conseguenziale aumento del livello di falda prossimo al piano di campagna.

In tali condizioni le tensioni efficaci diminuiscono a spese dell’incremento del regime di pressioni neutre provocando un’instabilità della scarpata con probabili cedimenti del piano campagna a monte ove sono presenti fabbricati.

La geometria della scarpata, il modello geotecnico e idrogeologico e i relativi parametri geomeccanici sono riportati nelle Tabelle 1-2 e nelle Figure 1-2.

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Tabella 1_Parametri fisico-meccanici e idraulici del terreno in condizioni drenate ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Tabella 2_Caratteristiche geometriche della scarpata ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Fig.1_Curva di possibilità pluviometrica o di pioggia h[m]-t[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Fig.2_Modello geotecnico e idrogeologico del pendio ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore

In Tabella 3 sono riportate in sequenza le analisi non lineari dinamiche che simulano il processo di infiltrazione della pioggia e relativa saturazione dello strato di terreno sopra il livello di falda originario con innalzamento di quest’ultima.

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Tabella 3_Analisi non lineari non stazionarie e di stabilità al variare della durata dell’evento ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore

Ad intervalli più o meno regolari si valuta tramite il metodo SFR (Strength-reduction factor) la stabilità della scarpata con condizioni idrauliche al contorno variabili. Modellazione e analisi portano al monitoraggio del fattore di sicurezza del pendio, il grado di saturazione e lo stato deformativo a monte della scarpata per la verifica di compatibilità dei cedimenti.

Nella Fig.3 si riporta il modello FEM corrispondente al modello geotecnico.

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Fig.3_Modello FEM 2D non lineare in condizioni fluido-solido accoppiato ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore

Nelle Figure dalla 4 alla 19 si riportano alla fine di ogni analisi del transitorio fluido-solido tramite consolidazione del terreno agli istanti temporali t = 10-20-30-40-60-80-90 [h], i seguenti dati:

  • il grado di saturazione del pendio;
  • il fattore di sicurezza alla stabilità del pendio;
  • gli spostamenti del piano campagna a monte del pendio a 90 h.

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Fig.4_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 10[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Fig.5_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.20 a T = 0-10[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 67
Fig.6_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 20[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Fig.7_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.19 a T = 20[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 69
Fig.8_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 30[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
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Fig.9_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.17 a T = 30[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 71
Fig.10_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 40[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 72
Fig.11_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.15 a T = 40[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 73
Fig.12_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 60[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 74
Fig.13_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.10 a T = 60[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig.4 75
Fig.14_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 80[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig.4 76
Fig.15_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.05 a T = 80[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 77
Fig.16_Modello FEM 2D – Grado di saturazione del pendio a T = 90 [h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 78
Fig.17_Modello FEM 2D – Fattore di sicurezza del pendio FSMIN = 1.02 a T = 90[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore
Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 79
Fig.18_Modello FEM 2D – Verifica di compatibilità dei cedimenti a monte del pendio a T = 90[h] ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore

Instabilità scarpata per piogge intense con aumento livello di falda: calcolo di un caso studio Fig 4 80
Fig.19_Andamento fattore di sicurezza del pendio con la durata dell’evento ©Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici – Maggioli Editore

Per saperne di più, continua a leggere dal volume

Nel manuale Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici di Matteo Felitti e Francesco Oliveto, edito da Maggioli Editore è presente una sezione di approfondimento su come affrontare il problema del dissesto idrogeologico, con focus su:

  • fenomeni da azioni franose, smottamenti e cedimenti
  • colate detritiche e di terra
  • crolli in roccia
  • cedimenti per smottamenti e variazioni del livello di falda
  • instabilità delle scarpate per piogge intense con aumento del livello di falda

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Valutazione della robustezza di sistemi strutturali e geotecnici

“Un testo che declina dettagliatamente un concetto che reputo alla base della progettazione strutturale” (Franco Bontempi).“Nel volume non ci si limita ad introdurre in modo semplice la problematica, ma si guida il lettore alla comprensione della risposta strutturale agli eventi inattesi attraverso esempi concreti” (Ivo Caliò)La robustezza di un sistema strutturale e geotecnico è intesa, sostanzialmente, come la capacità di prevenire o ridurre le conseguenze derivanti da un evento locale (eccezionale e/o estremo).Il testo, suddiviso in due parti distinte per un’agevole consultazione, affronta con piglio autorevole e approccio operativo il tema – ancora oggi poco conosciuto – della valutazione del comportamento strutturale attraverso gli indici di robustezza.Tra i molteplici aspetti trattati, il manuale analizza, in dettaglio, il fenomeno del collasso progressivo, le forme con cui può manifestarsi ed i relativi meccanismi di innesco e propagazione, proponendo, poi, esempi di interventi di retrofitting per ottimizzare la risposta strutturale.Inoltre, vengono riportati, in maniera esaustiva, numerose applicazioni numeriche per la stima degli indici di robustezza, con particolare riferimento alle strutture esistenti in c.a., murature e opere geotecniche.Tali casi studio, rappresentano utili strumenti operativi per lo strutturista che si occupa di tali tematiche.Matteo FelittiTitolare dello studio ENGINEERING & CONCRETE CONSULTING, si occupa principalmente di calcolo strutturale, dissesti statici nelle costruzioni esistenti, degrado dei materiali e risoluzione di contestazioni. Cultore di Scienza delle Costruzioni ICAR/08, docente Esterno di “Calcolo Automatico delle Strutture” presso l’Università degli Studi di Napoli Federico II.Francesco OlivetoIngegnere specializzato nell’ambito strutturale e geotecnico. Collabora con Gruppo Sismica srl per la formazione e lo sviluppo di metodologie di calcolo di strutture in muratura e in c.a. in condizioni di danno pregresso e attuale ai fini della stima della capacità residua.Gli Autori, in collaborazione con STACEC Srl, hanno sviluppato e implementato, nel software FaTA Next, alcuni modelli di degrado per la valutazione degli indicatori di rischio su strutture in calcestruzzo armato con danno inglobato. Tale argomento sarà oggetto di una prossima pubblicazione.

Matteo Felitti, Francesco Oliveto | 2021 Maggioli Editore

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