Analisi di filtrazione in terreni non saturi: il caso delle coperture piroclastiche nel territorio campano

Analisi di filtrazione in terreni non saturi Introduzione 
Introduzione 
La stabilità dei pendii è fortemente condizionata dai fenomeni piovosi, specialmente per 
quanto riguarda le coltri superficiali. 
Nel corso degli anni sono stati sviluppati diversi metodi di indagine per considerare 
l’influenza dei fenomeni piovosi e della conseguente filtrazione dell’acqua meteorica 
nel terreno. Tra i più importanti metodi vanno ricordati: il modello di “Green e Ampt” 
(1911), il modello di “Lumb” (1975) ed il modello di “Pradel e Raad” (1993). 
Il programma TRIGRS 2.0 (Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional 
Slope-Stability Analysis), utilizzato nel corso di questa tesi, si basa sul modello di 
“Iverson” (2000) e risulta particolarmente interessante in ambito geotecnico per le sue 
caratteristiche: 
 Considera non solo il campo saturo del terreno ma anche quello parzialmente 
saturo del terreno; 
 Modella in maniera efficiente eventi piovosi brevi e intensi; 
 I tempi di elaborazione dei dati da parte del programma sono molto brevi; 
 Gli output ottenuti (fattori di sicurezza del pendio in funzione del tempo 
trascorso) con il programma possono essere facilmente importati in ambiente 
GIS o in software come Surfer in modo da ottenere una rappresentazione 
tridimensionale dei risultati ai fini di conseguire una zonazione del territorio in 
classi di pericolosità. 
Nel corso di questa tesi TRIGRS 2.0 è stato utilizzato per stabilire quali sono i 
parametri che influenzano maggiormente la stabilità di un pendio in presenza di pioggia 
e per valutare l’efficacia del programma su un caso studio di una frana realmente 
avvenuta. 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
1. I movimenti franosi 
Prima di considerare le caratteristiche più salienti dei movimenti franosi è opportuno 
verificare l’uniformità o le differenze tra le definizioni che molti studiosi hanno dato del 
fenomeno. 
A partire dalla formulazione più generica di Almagià, 1910, secondo il quale si tratta di 
“ogni forma accelerata e catastrofica della demolizione sub-aerea che sia effetto più o 
meno diretto della gravità”, Terzaghi, 1950, e Varnes, 1958, precisano che si tratta di un 
“rapido spostamento di una massa di roccia, di terreno naturale o residuale, di sedimenti 
o combinazioni di più materiali, adiacenti ad un pendio, con movimento del centro di 
gravità della massa stessa verso il basso e verso l’esterno”. 
Nel 1969 Skempton e Hutchinson riconoscono che il suddetto spostamento è “risultante 
da una rottura per taglio ai limiti della massa in movimento”. 
Castiglioni, 1979, indica come “prevalente l’effetto della forza di gravità”, che in 
seguito Bates e Jackson, 1987, amplieranno nella definizione “Trasporto lungo un 
pendio, per azione della gravità, di materiale terroso o roccioso in massa, lungo una 
zona confinata o una superficie di taglio”. 
Sulla rilevanza dei fenomeni franosi si esprime Vallario, 1992, sostenendo che “i 
movimenti franosi si possono ritenere, a scala umana, gli agenti fondamentali del 
modellamento dei versanti, specie laddove le condizioni geologiche favoriscono il 
prodursi di fenomeni ampi e continui”. 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
1.1 Introduzione 
I movimenti franosi si verificano in una determinata area per effetto della concomitanza 
di diversi fattori sfavorevoli alla stabilità di un versante; appare quindi evidente che la 
determinazione ed il controllo di tali fattori aiuti ad evitare il ripetersi degli eventi 
negativi che generano danno all’uomo. I fattori da tenere sotto controllo sul territorio 
sono numerosissimi e riguardano diversi aspetti (naturali, antropici, geologici, ecc.); 
alcuni di essi risultano caratteristici di un versante e rimangono invariati nel corso del 
tempo, altri invece devono essere soggetti a controlli periodici o ancor meglio in 
continuo per la loro rapida variabilità. 
Alla prima categoria appartengono (fattori che non variano nel tempo): 
 Fattori geologici ovvero riguardanti il tipo di materiale che costituisce l’area di 
interesse, sia in affioramento che in profondità; 
 Fattori idrogeologici quali la permeabilità che condiziona il tipo di circolazione 
idrica superficiale e sotterranea; quest’ultimo fattore risulta essere in assoluto 
uno dei più importanti in quanto la circolazione delle acque sotterranee è 
collegata all’entità ed alla distribuzione delle pressioni neutre che sono spesso 
causa dei fenomeni franosi; 
 Fattori morfologici ovvero le pendenze dei versanti dell’area di interesse che 
rivestono particolare importanza, poiché la forza che permette il movimento 
della frana è quella di gravità, per cui tanto più è inclinata la superficie 
topografica, tanto maggiore è l’instabilità (in quanto determina l’aumento della 
sollecitazione al taglio applicata al versante) e la velocità con la quale il 
movimento franoso si esplicherà: 
 Fattori strutturali quali la presenza o meno di fratture o faglie, superfici di 
stratificazione, scistosità (orientazione degli strati di roccia dovuta all’effetto 
della pressione esercitata) e quant’altro possa costituire una superficie di 
debolezza del deposito; 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
 Fattori geologico - tecnici ovvero quelli, misurabili in laboratorio mediante 
indagini accurate e specifiche per ogni litologia, che ci danno indicazione delle 
resistenze alle sollecitazioni di taglio offerte dalle rocce agli sforzi direzionali. 
Alla seconda categoria di fattori (quelli che cambiano velocemente nel tempo) 
appartengono invece: 
 Fattori climatici che svolgono un ruolo determinante nell’innesco dei fenomeni 
franosi, soprattutto nei climi dove si alternano lunghe stagioni secche a periodi 
di intensa e/o prolungata piovosità. Ciò può comportare sia variazioni di portata 
della rete drenante superficiale con incrementi delle azioni erosive, sia 
innalzamenti delle superfici libere delle falde acquifere sotterranee, con effetti 
particolarmente negativi, soprattutto quando le falde sono prossime alla 
superficie topografica; 
 Fattori vegetazionali: una estesa copertura boschiva costituisce un naturale 
ostacolo all’azione degli agenti atmosferici; 
 Fattori antropici ovvero legati all’azione dell’uomo che per le loro esigenze, 
impongono interventi in tempi estremamente brevi, provocando alterazioni 
improvvise delle situazioni naturali raggiunte in tempi molto lunghi. Le azioni 
antropiche, siano esse attive quali gli scavi, gli appesantimenti dei versanti o i 
disboscamenti, siano esse passive, quali l’abbandono delle terre, svolgono un 
ruolo di accelerazione dei processi morfogenetici, provocando reazioni fino alla 
rapida alterazione degli equilibri naturali. 
Tutte le azioni che turbano gli equilibri naturali di un versante, provocando lo 
spostamento di ammassi rocciosi e/o di terreni sciolti sotto l’azione della gravità, 
costituiscono le cause dei fenomeni franosi. Secondo i diversi studiosi che si occupano 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
del problema frane esse possono essere distinte in: cause strutturali o predisponenti e 
cause occasionali o determinanti. 
 Le cause strutturali sono quelle connesse ai fattori geologici, morfologici, 
idrogeologici, quali la forma e le dimensioni dei corpi geologici, i tipi litologici, 
la giacitura degli strati, lo strato di fratturazione, l’alterazione delle rocce, la 
permeabilità, la pendenza dei versanti, ecc.. 
 Le cause occasionali sono quelle che determinano in quel particolare momento 
l’alterazione degli equilibri naturali, in conseguenza della sfavorevole 
combinazione di più fattori: le più frequenti sono legate all’azione delle acque 
sia superficiali che profonde, nonché all’attività antropica. 
Le alterazioni dell’equilibrio possono essere ricollegate essenzialmente a due categorie: 
 Incremento degli sforzi tangenziali (di taglio) che possono essere causati da 
diversi fattori quali sollecitazioni sismiche, aumenti di carico sul versante 
(dovuti a costruzione di rilevati stradali, grandi opere in genere), aumento del 
peso specifico apparente del terreno (a seguito dell’aumento del contenuto 
d’acqua), aumento dell’acclività del versante (dovuta o a fenomeni di 
scalzamento al piede in occasione di eventi pluviometrici importanti che 
producono un aumento dell’azione erosiva o ad interventi antropici come 
sbancamenti alla base del versante). I casi di incremento degli sforzi di taglio si 
verificano principalmente durante lavori di scavo, sbancamento o costruzione di 
edifici e rappresentano versioni diverse di uno stesso fenomeno, ossia il 
cambiamento nella distribuzione dei pesi all’interno del pendio. Il peso delle 
masse situate nella porzione alta del pendio, gioca a favore della rottura e del 
franamento, perché si traduce in gran parte appunto in forze di taglio. Quello 
invece delle masse poste invece alla base esercita un ruolo di contrasto e di 
stabilizzazione, del tutto simile a quello svolto da un reggilibro su una fila di 
volumi. Aumentare la rapidità di un pendio, caricarne la sommità o asportarne 
del materiale alla base, equivale a incrementare i pesi situati nella parte alta a 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
discapito di quelli distribuiti in basso. Si produce così quell’aumento delle forze 
di taglio che può portare al franamento. 
 Decrementi delle resistenze al taglio che possono invece dipendere da una 
diminuzione della coesione tra le particelle (in seguito a fenomeni alterativi di 
tipo fisico, chimico o biologico), rammollimento del materiale (per presenza 
d’acqua), aumento delle pressioni neutre (per eventi meteorici o per particolari 
condizioni idrauliche al contorno che determinano una diminuzione delle 
pressioni effettive e, quindi, della resistenza al taglio) o con l’insorgere di 
sollecitazioni di natura sismica. Nei materiali coerenti la rottura avviene lungo 
superfici concave più o meno regolari (come quelle lasciate da un cucchiaio). 
Nei materiali sciolti non si ha invece una vera e propria rottura, ma un 
assestamento delle particelle, che tendono a ricostruire una superficie la cui 
inclinazione coincida con l’angolo di riposo. Nel caso della saturazione in acqua, 
il meccanismo di rottura è più complesso, e riguarda soprattutto la resistenza per 
attrito. Dato però che la saturazione è il motivo principale o la concausa della 
maggior parte delle frane, è necessario un breve approfondimento. Nei materiali 
coerenti l’acqua ha un effetto destabilizzante minimo, limitato alla dissoluzione 
del cemento che lega le particelle quando questo è di natura solubile. In quelli 
incoerenti, invece, ha diversi effetti secondo le condizioni di partenza. Quando è 
in piccole quantità, ossia quando non riempie completamente gli spazi vuoti tra 
una particela e l’altra, crea un sottilissimo, ma tenace velo che avviluppa le 
particelle. Se queste ultime sono abbastanza piccole, come granelli di sabbia, 
limo o argilla, il velo le trattiene insieme con una forza di natura elettrostatica 
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notevole (dell’ordine di 25 t per ogni cm di superficie di contatto). Questo tipo 
di coesione è presente nei terreni umidi, ed è quella che permette per esempio di 
costruire i castelli di sabbia. Nel caso invece in cui della semplice umidità si 
passi alla completa saturazione del terreno (in altre parole al completo 
riempimento degli spazi vuoti tra le particelle), l’acqua elimina totalmente la 
coesione apparente e riduce in maniera sensibile la resistenza per attrito. La 
resistenza a taglio delle rocce e dei terreni è di solito la somma di coesione ed 
attrito, in forme e in modi differenti secondo le condizioni in cui si trovano. 
Inoltre, uno stesso versante raramente si presenta come un corpo omogeneo e 
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Analisi di filtrazione in terreni non saturi 1- I movimenti franosi 
compatto; infatti esso è attraversato da fratture, stratificazioni o altre superfici di 
debolezza, lungo le quali agisce in pratica la sola forza d’attrito. Per questa 
ragione l’acqua è il più importante agente destabilizzante per i versanti. 
1.2 Nomenclatura dei fenomeni franosi 
Un movimento franoso può essere definito mediante il seguente diagramma idealizzato 
(Fig. 1.1) proposto da Varnes (1978) che, in maniera semplificata, permette di 
individuare le 
parti fondamentali che compongono il fenomeno, con la relativa nomenclatura: 
Figura 1.1 Spaccato di versante con l’individuazione delle principali componenti di un movimento franoso, Varnes 
(1978). 
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