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20- hillslope stability

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Un po' di teoria semplice per il calcolo del franamento in accordo al pendio indefinito

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  • 1. Stabilità dei versanti secondo J. Wall, The Destroyed Room, 1978 SHALSTAB Riccardo Rigon e Cristiano LanniWednesday, May 30, 12
  • 2. Franosità Obbiettivi •Introdurre e discutere il modello del pendio infinito • Accoppiarlo ad una analisi idrologica semplificata e stazionaria dei deflussi subsuperficiali, di cui si discutono i limiti •Introdurre il modello SHALSTAB •Affrontare il problema della determinazione dell’ammontare del detrito/ suolo disponibile •Discutere qualitativamente le formazione delle piene con grande trasporto solido 2Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 3. Pendio Indefinito ANALISI di STABILITA’: modello del pendio infinito R 3Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 4. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 5. Franosità Pendio infinito La formula Coesione 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 6. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 7. Franosità Pendio infinito La formula pendenza topografica 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 8. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 9. Franosità Pendio infinito La formula p e s o specifico 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 10. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 11. Franosità Pendio infinito La formula angolo di attrito 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 12. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 13. Franosità Pendio infinito La formula spessore del SSD 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 14. Franosità Pendio infinito La formula 4Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 15. Franosità Pendio infinito La formula Coesione Mohr-Coulomb Idrologia 5Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 16. SHALSTAB Consideriamo ora che se il coefficiente di sicurezza è minore di 1 il punto è instabile maggiore di 1 il punto è incondizionatamente stabile Il che non significa che sia assolutamente stabile perchè altre cause di instabilita (come la presenza di ruscellamento in superficie) possono essere presenti. Qui sono le instabilità generate dal deflusso subsuperficiale. 6 Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 17. Franosità Pendio infinito Coesione non presente + Acqua NON presente 7Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 18. Mininal information Minimal Hydrology Supponete dunque di essere paracadutati in un punto di un bacino e di avere solo informazioni solo sulla sua pendenza e sulla sua area a monte: Per poter dire qualcosa sulla sua stabilità dovete avere anche una ulteriore informazione: l’angolo di attrito. 8Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 19. Slope-Area Nel grafico Pendenza Aree Punti Instabili 70 50 30 Pendenza 20 Out[548]= 15 10 1 10 100 1000 104 9 HmL A bRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 20. Slope-Area Qual’e’ il senso che vi siano punti instabili che invece sono, in pratica stabili ? Proviamo ad elencarne alcune ragioni: •L’angolo di attrito non è in realtà una costante: i luoghi stabili che dovrebbero essere instabili, hanno in realtà un angolo di attrito superiore a quello stimato. •La presenza di radici, anche della sola erba, introducono un fattore di coesione: che aumenta l’angolo di attrito apparente •Non c’è suolo/ detrito •Il suolo c’è, ma è insaturo 10Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 21. Pendio Indefinito Angolo di attrito Hajdarwish, 2006 11Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 22. Slope-Area Nel grafico Pendenza Aree Punti Instabili 70 50 30 Pendenza 20 Out[548]= 15 10 1 10 100 1000 104 12 HmL A bRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 23. Cose che di solito si dimenticano Il problema geo-litologico E’ associare alla presenza di formazioni geologiche e litologiche, ed eventualmente ad altre informazioni, valori accettabilmente approssimati del coefficiente di attrito 13 Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 24. Cose che di solito si dimenticano La non saturazione Introduce una variazione del calcolo del Fattore di sicurezza, che tiene conto della: •coesione apparente introdotta dalla tensioni capillari Esistono varie formulazioni del problema (e.g Bishop, 1959, Ning Lu e Likos, 2006), ma per ora, ci limitiamo a considerare il caso da cui siamo partiti, che esclude questo contributo) 14Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 25. Cose che di solito si dimenticano Le stagioni Le stagioni non sono più quelle di una volta ma .... Esistono. E’ chiaro che, in montagna ed in inverno, le precipitazioni tendono ad essere nevose, il suolo si ghiaccia, i coefficienti di attrito cambiano (ma anche: le curve di ritenzione idrica, la coesione del suolo, la conducibilità idraulica, la viscosità cinematica dell’acqua. Tutto questo ha conseguenze sulla stabilità. 15 Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 26. Pendio Indefinito Pendio infinito Falda al piano di campagna ⌘w z La condizione di stabilità diventa 16Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 27. Mininal information Minimal Hydrology Poichè il peso specifico del Suolo/Sedimento/Detrito (d’ora in poi SSD) è attorno a 2, allora con l’informazione sull’angolo di attrito, siamo in grado di stabilire quali punti siano anche stabili in condizioni di completa saturazione 17 Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 28. Slope-Area Nel grafico Pendenza Aree Punti Instabili 70 50 30 Pendenza 20 Out[548]= 15 Punti Stabili 10 1 10 100 1000 104 18 HmL A bRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 29. SHALSTAB SHA.L.STAB (Montgomery and Dietrich, 1992,1994) FoS <---- 1 c’ <--- 0 19Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 30. SHALSTAB SHA.L.STAB (Montgomery and Dietrich, 1992,1994) Ovvero un punto è instabile (condizionatamente alla presenza di una falda alla quota relativa ) 20Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 31. Mininal information Minimal Hydrology Se si trascura la coesione e si conosce la posizione della falda, si è in grado di dire se il punto è instabile per effetto del contenuto d’acqua. 21 Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 32. SHALSTAB SHA.L.STAB Ma come si calcola la posizione della falda ? Sostituita l’espressione sopra in quella della slide precedente 22Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 33. SHALSTAB SHA.L.STAB Stabilità condizionale 70 Aree 50 condizionatamente 30 Stabili Pendenza 20 Out[548]= 15 Instabili 10 1 10 100 1000 104 23 HmL A bRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 34. Slope-Area La Linea verde s f o r z o tangenziale dovuto al deflusso superficiale t i r a n t e deflusso superficiale 24Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 35. Slope-Area La Linea verde rappresenta una soglia all’erosione bilancio di massa in regime stazionario 25Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 36. Slope-Area La Linea verde rappresenta una soglia all’erosione costante di gravità resistenza al moto 26Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 37. Slope-Area La Linea verde rappresenta una soglia all’erosione numero di Reynolds 27Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 38. Slope-Area La Linea verde rappresenta una soglia all’erosione Con le opportune sostituzioni si ottiene la condizione necessaria per innescare l’erosione: dove e c sono due coefficienti empirici 28Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 39. Slope-Area Tutto insieme 70 AREE INSTABILI 50 30 EROSIONE INSATURO Pendenza 20 SATURO Out[548]= 15 NO EROSIONE 10 AREE STABILI 1 10 100 1000 104 HmL A 29 bRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 40. Slope-Area Nota Si noti che le considerazioni precedenti valgono separatamente per ogni punto del pendio, in quanto le curve di separazione sono diverse da punto a punto (anche se nei lavori in letteratura, per esempio tutti i punti di un versante sono tracciati sullo stesso grafico. Per ogni area omogenea. 30Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 41. Slope-Area Assegnato il punto Traccio le linee separatrici nel piano pendenze aree Le condizioni di stabilità sono determinate ripeti per ogni punto 31Riccardo RigonWednesday, May 30, 12
  • 42. SHALSTAB again Just SHALSTAB Oltre alle grandezze morfologiche: A, b, Si mappa Si mappa l’angolo di attrito 32Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 43. SHALSTAB again Just SHALSTAB Rimane da determinare Tk/rp che, dal punto di vista di SHALSTAB e’ un unico parametro. In pratica questo diventa un parametro di taratura 33Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 44. SHALSTAB again Just SHALSTAB Anche se, in letteratura, vi sono tentativi di determinare TK sulla base dell’analisi dei suoli o dei detriti presenti e rp sulla base delle precipitazioni antecedenti, mediate su un certi intervallo temporale. Ma questo ha solo un valore euristico. Da un altro punto di vista , si può pensare di considerare la trasmissività (Mappa della) conducibilità idraulica (Mappa dello) spessore dei suoli 34 a saturazioneRigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 45. SHALSTAB again Just SHALSTAB Bisognerebbe considerare poi che dove non c’e’ detrito/sedimento ... non cè’ nulla da portare via.A. Sperandio Torrente Canali 35Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 46. SHALSTAB again SHALSTAB 36Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 47. SHALSTAB again and a little of magic SHALSTAB Dopo aver consultato il genio della lampada e combinato le varie mappe mostrate nelle slide precedenti S. Harris 37Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 48. SHALSTAB again and a little of magic SHALSTAB Si selezionano i volumi di sedimento che possibilmente possono fluire nell’alveo 38Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 49. SHALSTAB again and a little of magic Si può tentare di usare questa informazionePer alimentare dei modelli di propagazione del sedimento, o semplicemente, usarel’informazione così com’è, se serve. G. Ulrici - 2000? Potremmo terminare qui, ma si possono tentare di fare alcune ulteriori considerazioni 39Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 50. Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni Precipitazioni 110 mm/day no cohesion 40Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 51. Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni Precipitazioni 110 mm/day no cohesion Usando precipitazioni ragionevolmente intense i nostri bacini alpini tendono a presentare aree di instabilità troppo estese per essere realistiche 41Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 52. Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni 10 mm/day no cohesion Ragionevolmente questo è il pattern di instabilità che si ottiene. 42Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 53. Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni Se si introduce la coesione Pa 43Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 54. Generalizzazioni di SHALSTAB e osservazioni 10 mm/day cohesion 44Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 55. Varie Varie altre questioni legate alla mappatura del pericolo Il reticolo idrografico estratto dai DTM ufficiali NON coincide con con quello estratto dal DEM In blu il reticolo ufficiale della P.A.T. (formato shape) ed in rosso la rete estratta dal DTM a 5x5m. 45Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 56. Varie Varie altre questioni legate alla mappatura del pericolo Anche i rilievi laser-altimetrici possono presentare degli errori 46Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 57. Varie Varie altre questioni legate alla mappatura del pericolo La determinazione quantità di suolo/sedimento/detrito disponibile al trasporto richiede analisi geologiche e geofisiche normalmente non disponibili (e soprattutto che le amministrazioni non si rendono conto di dover produrre o considerare) 47Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 58. Argille - Courtesy of M. Berti Usereste SHALSTAB in terreni argillosi ? (vedi Appennino Emiliano) M.Berti 48Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 59. Argille - Courtesy of M. Berti Q: Usereste SHALSTAB in terreni argillosi ? (Si vedano i lavori di Matteo Berti) A: In terreni argillosi l’acqua praticamente non si muove lateralmente. La falda si trova in posizioni approsimativamente stabili che rispecchiano l’andamento stagionale/climatico delle precipitazioni. In Appennino la falda è spesso prossima alla superficie (il terreno è completamente saturo o quasi). Le condizioni di stabilità sono praticamente ben definite e variano di poco, in dipendenza dell’infiltrazione verticale (che avviene anche attraverso crack e macropori). E’ questa infiltrazioni che causa i successivi riattivarsi delle frane. 49Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 60. Q&A Q: Conta di più l’infiltrazione verticale o la redistribuzione laterale ? (Si vedano vari contributi di Montgomery-Dietrich, R. Iverson e D’Odorico et al.,) Hanno ragione Bill e David ? O Dick ? 50Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 61. Q&A Q: Conta di più l’infiltrazione verticale o la redistribuzione laterale ? (Si veda Lanni et al. 2010 ... quando riusciremo a finirlo) A: La risposta in generale è: dipende! •Dalla conducibilità dei suoli •Dalla pendenza •Dal volume d’acqua precedentemente presente nel versante 51Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 62. Q&A Q: Esistono modelli idrologici e di Franamento più completi di SHALSTAB o BTW di TRIGRS ? (Quest’ultimo di Baum et al. 2002) 52Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 63. Q&A A: This is it ! snow, ice, permafrost water cycle shallow landslides 53Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 64. Grazie-Grazie-Grazie Grazie per l’Attenzione G. Ulrici - 2000? 54Rigon e LanniWednesday, May 30, 12
  • 65. Tabella dei simboli 55Rigon e LanniWednesday, May 30, 12

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