Analisi per la valutazione del rischio da frana nell'area di Craco (Matera)

Capitolo VIII - Analisi di stabilità

    8.1. Obiettivo
    8.2. Metodo di calcolo adottato
    8.3. Procedura adottata per le analisi

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8.1. Obiettivo
 

Al fine di valutare le condizioni di stabilità del versante della frana grande del centro storico, sono state eseguite delle analisi di stabilità su una sezione tipo, rappresentativa per stratigrafia e morfologia (pendenza e topografia) dell’area di studio.

L’utilizzo del calcolatore per analizzare le caratteristiche meccaniche delle formazioni presenti ha un duplice obbiettivo:

1. In primo luogo le analisi di stabilità servono a verificare la correttezza dei parametri geomeccanici assegnati in precedenza alle diverse formazioni, una sorta di calibratura della caratterizzazione geotecnica dei litotipi coinvolti tramite il metodo delle analisi a ritroso (back analysis)
    

2. Come secondo risultato si possono verificare, anche se con un certo margine di approssimazione, le condizioni di sicurezza cui verte il versante in termini di resistenza residua mobilizzabile su di una o più superfici potenziali di scivolamento.
    

3. In fine si possono individuare attraverso il valore del coefficiente di sicurezza i profili e quindi le aree più instabili, cui vanno indirizzati gli interventi di messa in sicurezza con priorità elevata

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8.2. Metodo di calcolo adottato

Per le analisi di stabilità, si è deciso di utilizzare una tool di FLAC ed in particolare Flac/Slope, un software per il calcolo del fattore di sicurezza e per l’analisi di stabilità dei pendii naturali e artificiali.

FLAC/Slope è un programma di calcolo, derivato da FLAC (Fast Lagrangian Analysis of Continua) e progettato in modo specifico per il calcolo del fattore di sicurezza nell’analisi di stabilità dei pendii. Questo programma differisce dai metodi tradizionali che utilizzano “l’equilibrio limite” per determinare il fattore di sicurezza.

I codici per l’equilibrio limite utilizzano uno schema approssimativo basato tipicamente sul metodo dei conci e su determinate ipotesi, quali ad esempio la posizione e l’angolo delle forze all’interno dei conci. L’analisi si basa sul rapporto tra forze agenti e forze resistenti lungo superfici ipotetiche di potenziale rottura scegliendo tra queste la superficie in cui si sviluppa il valore più basso del fattore di sicurezza. L’equilibrio è soddisfatto soltanto per una serie ideale di superfici.

FLAC/Slope fornisce, invece, una soluzione completa sull’analisi sforzi/deformazioni, dell’equilibrio e delle equazioni costitutive. Sulla base di una serie di proprietà geometriche del pendio e geotecniche dei materiali il sistema calcola la stabilità o l’instabilità. Il programma calcola la superficie potenziale di scivolamento attraverso il cambiamento delle proprietà di resistenza dei materiali (tecnica della riduzione della resistenza al taglio), in corrispondenza del punto di stabilità.

Rispetto all’analisi dell’equilibrio limite, il metodo a differenze finite consente i seguenti vantaggi (Dawson and Roth, 1999; Cala and Flisiak, 2001):

1. Ciascuna superficie di scivolamento potenziale si sviluppa in modo naturale, senza il bisogno di specificare in anticipo un insieme di superfici di prova.
    
2. Non c’è necessità di fornire in ingresso alcun parametro artificiale (es. funzioni per angoli di forza inter-concio).
    
3. Le superfici multiple di scivolamento si evolvono naturalmente se le condizioni ne favoriscono l’insorgenza.
    
4. Esiste la possibilità di modellare realisticamente l’interazione tra il terreno ed elementi strutturali (es. chiodature, tiranti, geotessili).
    
5. La soluzione consiste in meccanismi di tipo cinematico, mentre il metodo dell’equilibrio limite considera solo le forze).

Nel caso di FLAC, il programma utilizza un metodo time-marching esplicito (fig. 8.1) per risolvere le equazioni algebriche, ma schemi di soluzione impliciti di tipo matriciale sono più comuni negli elementi finiti.

Figura 8.1. Ciclo di calcolo di base esplicito

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8.3. Procedura adottata per le analisi

La metodologia adottata prevede i seguenti step operativi:

1. scelta di sezioni tipo su cui eseguire le analisi
2. definizione della topografia di dettaglio delle sezioni (utilizzo di un GIS o di un CAD)
3. definizione e rilievo della stratigrafia di dettaglio della sezione in oggetto
4. assegnazione dei parametri geotecnici a tutti i litotipi presenti
5. elaborazione di una sezione geologica/geotecnica (utilizzo di un CAD)
6. implementazione del modello di stabilità con Flac/slope
7. analisi dei risultati

1. Per la scelta delle sezioni tipo su cui eseguire le analisi di stabilità si sono seguite due diverse priorità, sono state, infatti, in primo luogo selezionate le zone dove in passato l’attività del corpo frana si era sviluppata con particolare intensità e quindi si è scelto un profilo tipo che coinvolgesse a monte, zone di pregio (centro storico dell’abitato di Craco).
    

2. Per quanto riguarda la topografia di dettaglio una volta realizzato un modello digitale del terreno, tramite un’extension del programma arcview® (easyprofile 2.0) è stato possibile derivare profili in formato vettoriale in modo automatico. E’ stata quindi realizzata una sezione topografica di dettaglio, in prossimità della zona del centro storico, (Fig. 8.2, profilo B-B).
   
   
   
   Fig. 8.2. Realizzazione sezioni e profili tipo dal modello digitale del terreno di Craco
    

3. Una volta scelte la sezione, sono stati effettuati dei rilievi geologici di dettaglio al fine di definire con esattezza la successione stratigrafica, gli spessori delle varie formazioni, la giacitura ed eventuali discontinuità.

4. Sono stati elaborati tutti i dati delle passate campagne di indagini e tutte le prove di laboratorio per giungere a definire e a caratterizzare le proprietà meccaniche necessarie per il modello.

5. Una volta definiti i parametri, la topografia e la geologia di dettaglio per la sezione tipo è stato possibile disegnare una sezioni geologica/ geotecnica in formato vettoriale (vedi Fig.8.2).

6. Grazie alla realizzazione di una sezione geologica/geotecnica così dettagliata, l’implementazione del modello ad elementi finiti con flac/slope è particolarmente facile.
   
   
   Fig. 8.3 Profili della frana del Centro storico
    

   	Densità (Kg/m^3)	Porosità	Ang. di attrito (°)	Ang.di dilatanza (°)	Coesione (MPa)	Tensione (KPa)
   conglomerato	2000	0.50	37	2	0.98	500
   Conglomerato arg. Sab.	1800	0.50	34	1	0.98	500
   flysh	1800	0.50	22	1	2.5	10
   Arg. varicolori	1900	0.50	18	1	1.7	10

   Tab. 8.1 - Parametri utilizzati nel modello per le formazioni affioranti
    

7. Sono state eseguite due simulazioni per il profilo della frana del centro storico, una in condizioni drenate, e l’altra in condizioni sature ipotizzando la falda coincidente con il piano campagna
   
   Fig. 8.4 – Simulazione in condizioni drenate

   La prima simulazione ha fornito un coefficiente di sicurezza pari a 1.62 in condizioni asciutte e la totale assenza di piani di debolezza all’interno delle argille varicolori, mentre la simulazione in condizioni sature ha fornito un valore per il coefficiente di sicurezza pari a 1,32 cioè ancora in condizioni stabili per la normativa italiana. Si evidenzia però una potenziale superficie di scivolamento profonda al di sotto delle argille varicolori, coerente con quelle che si sono sviluppate in passato per la frana grande del centro storico.

   Le conclusioni che si possono trarre dalla simulazione delle condizioni di stabilità del versante relativo alla frana grande del centro storico sono le seguenti:

   ·     la frana al momento attuale sembra essere quiescente;

   ·   la maggior parte del materiale è stato già asportato da fenomeni passati e non sembrano esserci segnali per fasi parossistiche, anche in concomitanza di falda coincidente con il piano campagna (pendio saturo);

   il movimento è di tipo lento e viscoso la cui cinematica va indagata con una rete di monitoraggio ad hoc per il sito.

   
   Fig. 8.5 – Simulazione in condizione di falda a piano campagna

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