09 fp frane

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

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

Due categorie:
–Amplificazioni
–Instabilità
Approcci semiquantitativo e quantitativo

• 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

Approccio probabilistico
• Modello digitale del terreno
• Carta acclività
• Carta esposizione
• Carta geologica
• Carta geomorfologica
• Carta dell’uso del suolo
• Carta del reticolo idrografico

• 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.

• PREDIZIONE
– frane quiescenti
– unità litotecniche
– angolo del versante
– esposizione del versante
– uso del suolo classificato
– distanza dalle linee di drenaggio
• VERIFICA
– frane attive

• 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)

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

• 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

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. Penice
Complesso 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-SEMIALLOCTONA
DI LOIANO,RANZANO-BISMANTOVA
UNITA' LIGURI
UNITA' SUBLIGURI
Esempio applicativo

0 5 Km
Tav. 3 - Modello digitale del terreno e reticolo idrografico
Esempio applicativo

< 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

0 5 Km
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
LEGENDA
Tav. 5 - Carta dell'esposizione dei versanti
Esempio applicativo

LEGENDA
Aree urbane/industriali e cave
Roccia affiorante alvei e calanchi
Seminativi e seminativi arborati
Prati permanenti
Pascoli nudi e pascoli cespugliati o alberati
Vigneti e frutteti
Incolto e cespugliato
Pioppeto
Rimboschimento
Bosco ceduo
Bosco altofusto (conifere)
Bosco altofusto (latifoglie)
Bosco altofusto (misto)
0 5 Km
Tav. 6 - Carta dell'uso del suolo riclassificato
Esempio applicativo

• Colamenti
–Carta dei colamenti
–Carta acclività
–Carta esposizione
–Carta uso del suolo
–Carta litotecnica
Esempio applicativo

LEGENDA
0 5 Km
aree ad alta stabilità
aree a media stabilità
aree incerte
aree a media instabilità
aree ad alta instabilità
Tav. 10 - Carta di instabilità per fenomeni di colamento
Esempio applicativo

• 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

LEGENDA
0 5 Km
aree ad alta stabilità
aree a media stabilità
aree incerte
aree a media instabilità
aree ad alta instabilità
Tav. 11 - Carta di instabilità per fenomeni di scorrimento traslazionale e di scorrimento traslazionale-colamento
Esempio applicativo

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)

Ia
g
a t dt
tf
= ∫
π
2
2
0
( )
pd
g
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)]

FORZE AGENTI LUNGO UN PENDIO
W
Wn
Wt
β
βz
zw
u
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

Analisi statiche
Pendio indefinito
• Condizioni asciutte
• Condizioni totalmente sature
( )
)cos()(
)'tan()cos(' 2
ββγ
φβγγ
zsin
zmc
Fs w−+
=

Analisi pseudostatiche
Pendio indefinito
• Condizioni asciutte
• Condizioni totalmente sature
( ) ( )
)'tan()tan(
)tan()'tan()cos(' 2
φβγγ
βγφγγβ
zz
zzmc
Kc w
+
−−+
=

Analisi dinamiche
Abachi di correlazione
• Aree riattivabili
PGA ≥ Kc: movimento riattivabile;
PGA < Kc: movimento non riattivabile

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)202.191.0
021.0 −
= 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
Displacement(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)

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
Displacement(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

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

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 > 5m
Depositi 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

LEGENDA
0 5 Km
0.9 - 1.0
1.01 - 1.1
1.11 - 1.2
1.21 - 1.3
1.31 - 1.4
1.41 - 1.5
I valori sono espressi in m/sec
2
Tav. 8 - Carta dei valori del picco di accelerazione
Esempio applicativo

0 5 Km
0.14 - 0.16
0.17 - 0.19
0.20 - 0.22
0.23 - 0.25
0.26 - 0.28
0.29 - 0.31
0.32 - 0.34
0.35 - 0.37
0.38 - 0.40
I valori sono espressi in m/sec
Tav. 9 - Carta dei valori dell'intensità di Arias
LEGENDA
Esempio applicativo

LEGENDA
0 5 Km
Fs > 1.5
Fs 1
1 < Fs 1.25
1.25 < Fs 1.5
non valutato
Tav. 12 - Carta dei valori del fattore di sicurezza (Fs) in assenza di acqua
Esempio applicativo

LEGENDA
0 5 Km
non valutato
0.01 < Kc 0.03
0.03 < Kc 0.06
Kc 0.01
0.06 < Kc 0.1
0.1 < Kc 0.2
Kc > 0.2
Tav. 14 - Carta dei valori del coefficiente di accelerazione orizzontale critica (Kc) in assenza di acqua
Esempio applicativo

LEGENDA
0 5 Km
aree non esaminate
aree non riattivate
aree riattivate
Tav. 16 - Carta delle aree potenzialmente riattivabili durante un evento sismico
Esempio applicativo

LEGENDA
0 5 Km
assente
0 - 10 cm
11 - 30 cm
31 - 50 cm
> 50 cm
aree non esaminate
Tav 17 - Carta dello spostamento potenziale del terreno durante un evento sismico
Esempio applicativo

Esempio applicativo
LEGENDA
0 5 Km
aree non influenzate
infrastrutture e centri abitati non danneggiati
infrastutture e centri abitati danneggiati
Tav. 18 - Carta del danneggiamento delle infrastrutture e dei centri abitati

• 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

Analisi statiche
(Bishop, Jambu, Fellenius, ecc.)
1 (c’ b + (W - u b) tanφ’) secα
Fs= ----------- --------------------------------------
W sinα 1 + tanα tanφ’
-------------------
Fs

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
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

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
Ne
Te
x
y
W
M an
M at
z

Crolli
•Analisi geologiche, geomorfologiche,
geo-meccaniche e sismiche
•Analisi storiche

• 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;
Analisi geomorfologiche, geo-meccaniche
e sismiche

• 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;
e sismiche

• 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.
e sismiche

• 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
Analisi storiche

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 ocataclasato
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
quiescente
frana da crollo
quiescente
frana da crollo
SUBSTRATO ROCCIOSO
Successioni carbonatico-dolomitiche e marnoso -
selciose:
ST stratificato
SF stratificato molto fratturato ocataclasato
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

- 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

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
 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

 DC detriti cementati, conglomerati e travertini
 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
 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

COPERTURA
 Depositi continentali sciolti:
 terreni prevalentemente a grana grossa
 γ (kN/m3) 16 20
 φ (°) 20 45
 c (kPa) 0 50
 Vp (m/s) 800 1200
 Vs (m/s) 200 300
Esempio applicativo

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

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

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 19 100 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)

Esempio applicativo
RISULTATI CROLLO

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