Course Syllabus
Obiettivi
Conoscenza approfondita dei processi e meccanismi di instabilità dei
versanti naturali ed artificiali; capacità di riconoscere e caratterizzare
diverse tipologie di instabilità; capacità di utilizzare operativamente i
principali metodi e strumenti per l’analisi di stabilità.
Contenuti sintetici
Teoria e tecniche di base ed avanzate per il
riconoscimento, la caratterizzazione e la modellazione dei fenomeni di
instabilità dei versanti in terre e rocce.
Programma esteso
Teoria:
1) Sistema versante nel contesto geologico, topografico e idrologico; terminologia, classificazione, cause e fattori di controllo delle frane; rischio da frana.
2) Indagini per aree in frana: fotointerpretazione e rilevamento, monitoraggio, indagini in sito (topografiche, geognostiche, geofisiche).
3) Processi di instabilità dei versanti: richiami alle caratteristiche fisico-meccaniche e costitutive dei terreni e degli ammassi rocciosi; distribuzione e percorsi degli sforzi in un versante; ruolo dell'acqua nell'instabilità dei versanti; concetto di Fattore di Sicurezza; analisi in sforzi totali ed efficaci; rammollimento e rottura progressiva; prima rottura vs. riattivazione.
4) Tipologie di frana: grandi frane profonde in roccia: caratteri morfostrutturali, controlli litologici e strutturali, meccanismi di innesco ed evoluzione temporale; crolli in roccia: processi, caratterizzazione e modellazione di innesco e propagazione, pericolosità e rischio; frane superficiali indotte dalle precipitazioni: caratterizzazione, aspetti idrologici e meccanici, analisi di stabilità, previsione a scala regionale; flussi e colate detritiche: reologia delle miscele di sedimenti, processi di innesco e propagazione, evidenze di terreno e modellazione dinamica.
5) Metodi
per l’analisi di stabilità: metodi dell’Equilibrio Limite (LEM) per
meccanismi di rottura sub-circolari: Taylor, Fellenius, GLE, Spencer, Bishop
semplificato, Janbu semplificato; metodi per meccanismi di rottura "structurally-controlled
(scivolamento planare e di cunei, ribaltamento): metodi di analisi cinematica e
LEM; analisi probabilistica e di affidabilità; metodi numerici.
6) Tecniche
di monitoraggio: finalità e applicazioni; tecniche terrestri e remote per la
misura degli spostamenti superficiali; tecniche di misura delle deformazioni in
profondità; misura delle variabili idro-meteorologiche e delle pressioni neutre;
architettura di una rete di monitoraggio.
7) Mitigazione del rischio da frana: approcci attivi e passivi; tecniche di stabilizzazione dei versanti; opere di protezione attiva e passiva; Early Warning.
Attività di laboratorio:
1) Mappatura di diverse tipologie
di frane e delle loro relazioni con ambiente geologico ed elementi a rischio da
foto aeree, ortofoto e HRDEM.
2) Ricostruzione del modello geologico di una frana da dati di rilevamento, indagini in sito e monitoraggio.
3) Soluzione pratica al computer di problemi di stabilità in terre e ammassi rocciosi tramite metodi di: a) analisi di stabilità cinematica di blocchi e cunei rocciosi; b) analisi all’equilibrio limite (LEM, deterministica e probabilistica) per versanti in terre e ammassi rocciosi, considerando gli effetti di acqua, sollecitazioni dinamiche, azioni esterne e intervento di stabilizzazione; 3) analisi numerica agli elementi finiti (SSR-FEM).
Attività di campo:
Field trip nelle Alpi Centrali: riconoscimento e mappatura delle caratteristiche tipiche di diversi tipi di frane, visita a importanti siti di frane storiche o attive.
Prerequisiti
Geologia, idrogeologia, geologia applicata
Modalità didattica
- Lezione frontale, 28 ore (4 CFU)
- Attività di laboratorio, 12 ore (1CFU)
- Attività di campo, 10 ore (1 CFU)
Materiale didattico
Dispense e materiale bibliografico forniti dal docente
Periodo di erogazione dell'insegnamento
II semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova orale con discussione di un progetto assegnato allo studente e 4 domande sulla teoria
Orario di ricevimento
Su appuntamento
Aims
Advanced knowledge of processes and mechanisms of natural and engineered slope instability; ability to recognize and characterize different types of slope instabilities; ability to use stability analysis methods and tools to solve practical problems.
Contents
Theory and techniques for the recognition,
characterisation and modelling of slope instability processes in soils and
rocks.
Detailed program
Lectures:
1) Slope system and its geological, topographic and hydrological setting; landslide terminology, classification, controls and triggers; landslide risk.
2) Landslide investigations: photo-interpretation and field mapping, monitoring, site investigations (topographic, borehole, geophysical).
3) Slope instability processes: physic-mechanical and constitutive features of soils and rocks relevant to slope stability; stress distributions and paths in a slope; role of water in slope instability; concept of Safety Factor; total stress and effective stress analyses; short- vs. long-term in slope stability; weakening, softening, and progressive failure; first-time rupture vs. reactivation.
4) Landslide types: large rock slope instabilities: morphostructural features, lithological and structural controls, triggering processes and long-term evolution; rockfalls: processes, characterization and modelling of onset and propagation, susceptibility and risk assessment; rainfall-indiced shallow landslides: characterization, hydrological and mechanical aspects, stability analysis, regional-scale prediction; flow landslides and debris flows: rheology of water-sediment mixtures, onset and propagation processes, field evidence and dynamic modelling.
5)
Methods
of stability analysis:
Limit Equilibrium (LEM) methods for circular failures: Taylor, Fellenius, GLE,
Spencer, Bishop simplifiied, Janbu simplified); methods for
"structurally-controlled” failure mechanisms (planar and wedge failure,
topplings): kinematic analysis and LEM methods; probabilistic and reliability
analyses; numerical methods.
6)
Monitoring: aims and applications; ground-based and remote
surface displacements monitoring techniques; underground deformation
monitoring; monitoring of hydro-meteorological variables and pore pressures;
monitoring network architecture.
7) Landslide risk mitigation: active vs. passive approaches; slope stabilization techniques; active and passive structural protection; non-structural protection and Early Warning.
Lab work:
1) landslide mapping from aerial photos, ortho-photos and HRDEM, characterization of geological controls and interactions with elements at risk
2) Reconstruction of a landslide geological model from field, site investigation and monitoring data.
3) Application of software tools to the ptactical solution of slope stability problems in soils and rock masses using: a) kinematic stability analysis methods for structurally controlled block failure modes; b) limit equilibrium analysis methods (LEM, deterministic e probabilistic) for soil and rock slopes, including the effects of water, dynamic loading, external actions and stabilization works; c) numerical finite-element methods (SSR-FEM).
Field work:
Field trip in the Central Alps: recognition and mapping of typical features related to different landslide types, visit to important historical or active landslide sites.
Prerequisites
Geology, hydrogeology, engineering geology
Teaching form
- Lectures, 28 hours (4 CFU)
- Lab work, 12 hours (1 CFU)
- Field work, 10 hours (1 CFU)
Textbook and teaching resource
Lecture notes and supplementary material
Semester
2nd semester
Assessment method
Oral examination with a discussion on a project assignment and 4 questions on the theory
Office hours
On appointment
Students' evaluation
Staff
- Federico Agliardi