Two Applications of Soil Water Balance in Unsaturated Pyroclastic Soils

Abstract Evaluation of the monthly soil water balance (SWB) provides a tool for understanding and predicting the effects of seasonal and long-term changes in soil water conditions within many geotechnical problems. In this paper, two applications of the SWB approach in the pyroclastic partially saturated soils are shown. Firstly, rainfall, evapotranspiration, water storage measured or estimated at the experimental site in Monteforte Irpino (in Southern Italy) are shown. Secondly, rainfall, infiltration, actual evapotranspiration and water storage measured by data provided by a physical model are shown. In the both cases, data are reported over two years (2010-2012). The physical model was constituted by a wooden tank filled with reconstituted silty pyroclastic soil taken from experimental site at Monteforte Irpino (AV) and it was exposed to the atmosphere at a site in Napoli. Comparison between soil hydraulic behaviours observed is discussed and the scale effects on the estimation of the SWB are analysed, treating with practical implications. From the results, it is clear that similar trends in SWB and the same value of suction over wet season (10 kPa) can be observed at both the scales in spite of differences in meteorological conditions and hydraulic properties of soils exposed to atmosphere

PREVISIONE DELL’INNESCO DI COLATE RAPIDE SULLA BASE DEL CONTENUTO D’ACQUA

I sistemi di early warning per la previsione delle colate rapide sono attualmente basati su soglie empiriche definite in termini di intensità e durata della pioggia, riconosciuta come il fattore innescante. Tuttavia la risposta idraulica del pendio non dipende solo dalle caratteristiche della precipitazione, ma anche dalle condizioni idrauliche nel sottosuolo prima dell’evento critico e da fattori geomorfologici locali. Lo scopo del presente lavoro consiste nello stabilire una soglia di contenuto d’acqua nel sottosuolo, (water storage, WS) oltre la quale il pendio si trova in condizioni che predispongono l’innesco di possibili colate rapide. Le simulazioni numeriche volte a riprodurre la frana avvenuta a Pozzano il 10/01/1997 mediante un modello idro-meccanico disaccoppiato hanno permesso di identificare il valore di contenuto d’acqua che predispone l’innesco nel contesto geologico e geotecnico dei Monti Lattari in Regione Campania

IL RUOLO DELLO STATO INIZIALE DEL TERRENO NELL’INNESCO DELLE COLATE DI FANGO

Numerosi studi svolti sull’innesco delle colate di fango nei terreni piroclastici non saturi hanno messo in evidenza il ruolo dello stato di umidità iniziale del terreno prima dell’evento di pioggia innescante. Le grandezze (contenuto di acqua e suzione) che consentirebbero di definire lo stato iniziale non vengono usualmente misurate, ma possono essere ragionevolmente riprodotte in funzione delle piogge che precedono l’evento critico, indipendentemente dalla condizione ipotizzata alla partenza del calcolo. Ciò è vero se l’intervallo di tempo sul quale è svolta l’analisi è sufficientemente lungo da consentire il raggiungimento della condizione idraulica di equilibrio con le condizioni al contorno imposte, seppur variabili nel tempo. Lo studio è basato su un’analisi a ritroso della frana di Pozzano, frazione di Castellammare di Stabia (Na), avvenuta il 10/01/97, svolta con un approccio disaccoppiato e con l’ausilio dei codici di calcolo SEEP/W e SLOPE/W, che consentono di investigare rispettivamente la risposta idraulica del pendio al variare delle condizioni idrauliche al contorno e la stabilità globale del pendio stesso. Nota la stratigrafia della sezione, le caratteristiche idrauliche e meccaniche dei terreni in esame (ottenute da una campagna di indagine condotta sul territorio dei Monti Lattari), sono stati eseguiti due gruppi di analisi per modellare la risposta del pendio soggetto a piogge di diversa durata e a diverse condizioni di partenza del calcolo. Le serie di pioggia applicate sono state registrate alla vicina stazione pluviometrica di Castellammare di Stabia e culminano con l’evento critico che innescò la frana. Dall’analisi dei risultati si evince che lo stato di equilibrio idraulico nel pendio viene raggiunto nell’arco di pochi mesi precedenti l’evento. Questo risultato consente di determinare l’intervallo temporale a cui estendere lo studio per ricavare lo stato del sottosuolo

Review on Types of Root Failures in Shallow Landslides

Nowadays the interest of geotechnical engineers for green solutions is being developed and the use of vegetation as a reinforcement to improve slope stability is growing. The sliding surface of shallow landslides tends to not exceed 1.5–2 m depth, and as a consequence it can be crossed by roots that, in this case, work as a stabilizing measure. Therefore, the study of the soil-roots interaction is necessary to quantify the contribution of vegetation to the stability of shallow landslides. The goal of this paper is to provide an overview of the root failure mechanisms that can occur along the sliding surface and of the forces applied by roots, in order to evaluate the safety factor of a reinforced slope. Several prevailing stress states occur along a shallow landslide failure surface: tension stress at the slide crest, shear stresses along the base of the unstable soil layer and passive earth pressures at the slope toe. Some considerations are also made regarding acceptable simplifications, in terms of root geometry and soil-root friction strength, that are currently assumed in the literature

Calibration of TDR probes for water content measurements in partially saturated pyroclastic slope

Monitoring of water content in partially saturated slopes prone to landslide could be essential for the good functioning of an early warning system. In this regard, Campania region in Southern Italy is an area with an extensive record of rainfall-induced landslides. In Western Campania, slopes consist of pyroclastic soil cover in partially saturated conditions resting on limestone. Time-domain reflectometry (TDR) allows monitoring of the soil dielectric constant, which is related to the volumetric water content. Topp et al. (1980) proposed the most popular relation between these two parameters but it does not provide satisfactory results when applied to volcanic soils. Therefore, when dealing with pyroclastic soil, ad hoc calibration is required. Here, the calibration of TDR probes in undisturbed pyroclastic soil samples collected at the Mount Faito test site (Campania, Italy) is shown and the proper relation between volumetric water content and dielectric constant is proposed. Lastly, these calibration curves are compared to those found for other pyroclastic soils belonged to different geologic contexts in Campania

Il contributo della geologia e della geotecnica nel ripristino dei terrazzamenti dell'area amalfitana

Il lavoro analizza le caratteristiche geomorfologiche, stratigrafiche e geotecniche dei versanti terrazzati nell’area di Amalfi-Ravello (23 km2) e le relative condizioni di stabilità, allo scopo di individuare le cause principali che determinano il collasso dei manufatti. In base ad una serie di sopralluoghi in campo finalizzati all’individuazione delle dimensioni delle opere murarie e di prove fisico-meccaniche in laboratorio sui terreni piroclastici sostenuti dalle macére, sono state condotte verifiche di stabilità, sia in condizioni statiche che dinamiche, valutando anche l’effetto della spinta aggiuntiva imputabile alla formazione di accumulo d’acqua temporaneo a tergo del muro. Lo studio ha evidenziato che, in presenza di eventi critici ed accumulo d’acqua a tergo del muro dovuto ad un cattivo funzionamento del sistema di smaltimento delle acque piovane, si verifica un’instabilità locale che può comportare il tranciamento o il ribaltamento del muro. Tali condizioni possono giustificare l’innesco di fenomeni di colata rapida che interessano frequentemente ampie porzioni di versante. Pertanto, ne deriva la necessità di prevedere: l’istallazione di sistemi di canalizzazione che allontanino le acque meteoriche impedendone l’infiltrazione a tergo del muro; un ‘ordinaria manutenzione dei sistemi di drenaggi del manufatto stesso. Tenuto conto dell’estensione dei terrazzamenti nell’area di studio (circa 163 km) e dell’abbandono delle antiche pratiche agronomiche in molte zone difficilmente raggiungibili, si ritiene che questi interventi possano migliorare, in molti casi, la stabilità globale di questi territori antropizzati ma fortemente vulnerabili

SVILUPPO DI UN SENSORE INNOVATIVO PER LA MISURA DEL CONTENUTO D’ACQUA DI TERRENI PARZIALMENTE SATURI

La nota presenta lo sviluppo e la calibrazione di un sistema innovativo per la misura del contenuto d’acqua in terreni parzialmente saturi, basato sulla spettroscopia d’impedenza. Tale tecnica, relativamente recente e poco comune in applicazioni geotecniche, permette di caratterizzare un campione di terreno a partire dalle sue proprietà elettriche, determinate applicando una tensione alternata e misurando l’intensità di corrente nel campione per valori di frequenza compresi nell’intervallo [500 Hz - 50 kHz]. L’impedenza del mezzo, dovuta sia alla resistenza opposta al passaggio di corrente sia alla reattanza, ovvero alla capacità di immagazzinare e cedere energia, dipende dal contenuto d’acqua del campione di terreno. La sperimentazione di laboratorio discussa in questa nota è volta a costruire una funzione di calibrazione del sistema di misura. I risultati preliminari mostrano un adeguato grado di ripetibilità delle misure e suggeriscono l’esistenza di una correlazione monotona tra il modulo dell’impedenza e il contenuto d’acqua gravimetrico

Analisi sperimentale per lo studio del comportamento idromeccanico di un terreno costipato

La valutazione delle condizioni di stabilità delle opere in terra rappresenta una difficoltà spesso sottovalutata nella pratica ingegneristica e, viceversa, di attualità della ricerca scientifica in geotecnica. Infatti, è certamente vero che il contenuto d’acqua dei terreni costituenti tali opere e la distribuzione della pressione interstiziale nelle strutture in terra variano nel tempo a causa dei mutevoli effetti delle condizioni idrometriche e climatiche al contorno, cosa che influenza significativamente le condizioni di stabilità dell’opera. In questo lavoro è presentata una procedura per la caratterizzazione del comportamento idromeccanico di una miscela di sabbia e limo al variare dell’energia di costipamento. I dati sperimentali vengono discussi al fine di contribuire allo studio del comportamento in esercizio delle opere in terra

Analisi predittive del comportamento idro-meccanico di un modello di argine fluviale in condizioni di flusso transitorio

Il frequente manifestarsi di eventi alluvionali per collasso di opere in terra costituisce un problema di particolare rilevanza nella valutazione del rischio idrogeologico e della pianificazione territoriale. In questo contesto risulta cruciale un’accurata stima delle condizioni di stabilità che tenga conto dello stato di parziale saturazione dei terreni costituenti il rilevato. Altrettanto importante è tenere conto delle condizioni di flusso transitorio che si instaurano negli argini e nei terreni di fondazione a seguito delle continue variazioni del livello idrometrico dei corsi d’acqua. Tutto ciò influenza notevolmente la risposta idro-meccanica delle opere in parola. In tale prospettiva la nota illustra uno studio numerico, basato sull’approccio agli elementi finiti e sul metodo dell’Equilibrio Limite, per l’analisi del comportamento di un argine fluviale rappresentativo delle opere di difesa idraulica degli affluenti alpini e appenninici del fiume Po. Lo studio proposto tiene debito conto delle condizioni di parziale saturazione del corpo arginale interessato da un moto di filtrazione in regime transitorio. Le analisi numeriche proposte costituiscono parte integrante della progettazione di una prova in centrifuga geotecnica su un modello fisico in scala ridotta, finalizzata a investigare la vulnerabilità delle infrastrutture arginali nei confronti di eventi di piena

Modellazione fisica in centrifuga di un argine fluviale soggetto a forzanti idrauliche

In questo lavoro sono riportati i risultati sperimentali di una prova in centrifuga su un modello di argine fluviale soggetto ad una progressiva sollecitazione idraulica. Le misure di pressioni neutre e di suzione nell’argine mostrano che il fronte di saturazione raggiunge il lato campagna attingendo la condizione stazionaria solo dopo una persistenza irrealistica dell'evento di piena simulato. Pertanto svolgere la progettazione o la valutazione delle condizioni di sicurezza di un argine fluviale con proprietà simili a quello testato nel presente lavoro, assumendo l'ipotesi semplificata di un regime stazionario di filtrazione potrebbe risultare in molti casi un approccio eccessivamente conservativo e, comunque, poco significativo