Obiettivi Formativi

L'obiettivo del corso di Stabilità dei Pendii è quello di fornire allo studente di Ingegneria Civile le conoscenze per valutare le condizioni di stabilità di un pendio e gli effetti su tali condizioni derivanti dalla realizzazione di strutture e infrastrutture sul pendio e per studiare altresì pendii in frana al fine di definire e progettare gli interventi per la stabilizzazione. Tale obiettivo viene conseguito attraverso la comprensione delle principali caratteristiche delle frane, dei fattori predisponenti e dei segni premonitori di fenomeni di instabilità, dell’importanza della sperimentazione in sito e in laboratorio sulle terre, del monitoraggio delle grandezze che governano la risposta del pendio, dei possibili meccanismi di collasso che possono interessare i pendii in funzione delle condizioni topografiche e stratigrafiche del sito oggetto di studio e dei criteri per la scelta dei metodi di stabilizzazione. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di applicare le conoscenze acquisite e la comprensione dei principi fondamentali della disciplina per: a) individuare e descrivere con terminologia rigorosa le caratteristiche delle frane; b) individuare le cause delle frane e pianificare le opportune campagne di indagini e di monitoraggio per eseguire compiutamente lo studio dei fenomeni di instabilità; c) studiare i moti di filtrazione dell’acqua nei pendii attraverso l’analisi critica di misure piezometriche, la formulazione di ipotesi sulle condizioni al contorno e l’uso di codici di calcolo per definire compiutamente il regime delle pressioni interstiziali nel pendio; d) eseguire analisi di stabilità in condizioni statiche e sismiche di pendii naturali, fronti di scavo e opere in terra, tenendo conto delle prescrizioni delle norme tecniche vigenti e utilizzando anche codici di calcolo; e) stimare gli spostamenti indotti nel pendio da azioni sismiche per valutare le condizioni di stabilità con un approccio di tipo prestazionale; f) progettare interventi di stabilizzazione dei pendii. Gli elementi di teoria consentiranno allo studente di identificare, formulare e risolvere problemi utilizzando metodi, tecniche e strumenti aggiornati, in modo da poter affrontare con successo problemi di geotecnica ricorrenti nella prassi professionale. La comprensione degli argomenti è volta a sviluppare la capacità di elaborazione dei concetti con piena autonomia di giudizio. Essa è supportata dall’apprendimento di un linguaggio tecnico appropriato e rigoroso, utile a presentare i risultati e sostenere argomentazioni teoriche su temi applicativi dell'Ingegneria, con particolare riferimento a quelli di ingegneria geotecnica finalizzati anche alla protezione del territorio. Essa permette altresì una sicura ed efficace comunicazione sia con interlocutori esperti nella materia che con interlocutori non specialisti e di diversa formazione.

Learning Goals

The aim of the course of Slope stability is to provide the student of Civil Engineering with the knowledge to evaluate the stability conditions of a slope and the effects on such conditions resulting from the construction of structures and infrastructure on the slope and also to study landslides in order to define and plan the interventions for stabilization. This is achieved by understanding the main characteristics of landslides, predisposing factors and warning signs of instability, the importance of in-situ and laboratory testing on soils, monitoring of the quantities governing the slope response, possible failure mechanisms that may affect the slopes depending on the topographical and stratigraphic conditions of the site being studied and the criteria for the choice of stabilization methods. At the end of the course the student will be able to apply the acquired knowledge and the understanding of the basic principles of the discipline for: a) identify and describe the landslides' characteristics with strict terminology; b) identify the causes of landslides and plan the appropriate surveys and monitoring campaigns to carry out the full study of instability phenomena; c) to study the seepage motions of the water in the slopes through the critical analysis of piezometric measurements, the formulation of assumptions on boundary conditions and the use of computer codes to fully define pore pressures distribution in the slope; d) perform stability analysis under static and seismic conditions of natural slopes, excavation fronts and earthworks, taking into account the requirements of the current technical standards and also using computer codes; e) to estimate the displacements induced in the slope by seismic actions to assess the stability conditions according to a performance-based approach; f) design interventions for the stabilization of slopes. Elements of theory will allow the student to identify, formulate and solve problems using up-to-date methods, techniques and tools, in order to successfully address geotechnical problems frequently recurring in professional practice. The understanding of the topics is aimed at developing the ability to process concepts with complete autonomy of judgment. Is supported by the learning of an appropriate and rigorous technical language, useful to present the results and to support theoretical arguments on practical issues of Engineering, with particular reference to those of geotechnical engineering aimed also to land protection. Allow an effective communication both with interlocutors experienced in the field of geotechnical engineering and slope stability and with interlocutors not specialized in this field having a different education background.

Metodi didattici

Il corso prevede un impegno in aula di 48 ore e viene erogato mediante lezioni frontali (24 ore) ed esercitazioni in aula (24 ore). Le lezioni sono svolte alla lavagna stimolando frequentemente l'interazione con gli studenti e sono finalizzate all’acquisizione delle conoscenze sul comportamento meccanico delle terre. Le esercitazioni vengono svolte dagli studenti sotto la guida del docente. Esse sono finalizzate ad applicare le conoscenze acquisite e rappresentano un momento fondamentale di interazione e di partecipazione nel quale è incoraggiato il lavoro di gruppo e il confronto tra i risultati ottenuti. Nel corso delle esercitazioni gli studenti vengono chiamati alla lavagna per illustrare i risultati ottenuti in modo da stimolare la loro capacità di formulare soluzioni elaborate in autonomia o in gruppo, da acquisire dimestichezza con la presentazione dei loro risultati e da affinare la loro capacità di espressione utilizzando un linguaggio rigoroso.

Teaching Methods

The course consists of 48 hours of classroom activities and is delivered through lectures (24 hours) and guided exercises with teacher support (24 hours). Lessons are given at the blackboard, frequently stimulating interaction with students. The exercises are carried out by the students under the guidance of the teacher. They are aimed to apply the acquired knowledge to simple problems. Classroom exercises represent a fundamental moment of interaction and participation in which teamwork and comparison among different solutions and results are encouraged. During the classroom exercises the students are asked to explain the results they obtained in order to stimulate their ability to formulate solutions developed independently or in groups, to become familiar with the presentation of their results and to refine their ability to express technical information using rigorous language.

Prerequisiti

Sono necessarie le conoscenze di base di Meccanica delle terre e di Geotecnica.

Prerequisites

Basic knowledge of soil mechanics and geotechnical engineering are required.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è effettuata attraverso una prova di esame orale. La prova consiste nella discussione di almeno tre argomenti ed è volta a verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso. Sono altresì oggetto di valutazione il rigore metodologico e la proprietà di linguaggio nell'esposizione degli argomenti. Ciascuno degli argomenti trattati all’esame è oggetto di separata valutazione in trentesimi. La valutazione finale, espressa in trentesimi, è il risultato di un giudizio complessivo della prova d’esame che tiene conto della media delle valutazioni della discussione dei vari argomenti.

Assessment

The level of learning is checked through an oral examination. The exam, in the form of an interview, consists in the discussion of at least three topics, each scored out of thirty. The exam aims at verifying the level of knowledge and understanding of the course contents. The methodological rigor and appropriate scientific language in the presentation of the topics are also assessed. The final grade is expressed out of thirty and is the result of an overall assessment of the examination that accounts for the average of the scores obtained in the discussion of the different topics.

Programma del Corso

Il corso è suddiviso in sette capitoli che, a partire dalla classificazione delle frane e dalle indagini e dal monitoraggio specifici per lo studio dei pendii, fino all’esame dei metodi di analisi per la valutazione delle condizioni di stabilità in condizioni statiche e sismiche e ai metodi di stabilizzazione dei pendii in frana, forniscono tutti gli strumenti necessari all’ingegnere civile per affrontare i problemi relativi allo studio della stabilità e della stabilizzazione dei pendii. L'elenco dettagliato degli argomenti trattati è il seguente: 1.CLASSIFICAZIONE DELLE FRANE E RICONOSCIMENTO DEI CARATTERI: Nomenclatura e classificazione delle frane; Segni premonitori di un fenomeno di instabilità; Individuazione della superficie di scorrimento. 2. INDAGINI GEOTECNICHE E MISURE IN SITO: Misure di spostamento; Prove di permeabilità. 3. APPROFONDIMENTI SULLE PROPRIETÀ MECCANICHE DEI TERRENI: Relazioni tensioni-deformazioni e resistenza al taglio; Meccanismi di rottura progressiva e resistenza residua; Influenza delle discontinuità sulla resistenza al taglio; Scelta dei parametri nelle analisi di stabilità. 4. LE PRESSIONI INTERSTIZIALI NEI PENDII: Richiami sui moti di filtrazione, moti non confinati, filtrazione in mezzi anisotropi ed eterogenei; Rappresentazione delle pressioni interstiziali: superficie piezometrica e coefficiente di pressione interstiziale; Valutazione delle sovrappressioni interstiziali in condizioni non drenate. 5.METODI DI ANALISI DI STABILITÀ DEI PENDII: Definizione del coefficiente di sicurezza; Metodi dell’equilibrio limite: metodi globali (pendio indefinito, metodo dei blocchi, metodo del cerchio d’attrito), metodi delle strisce (metodo di Fellenius, metodo di Bishop semplificato, metodo di Janbu semplificato, metodo di Morgenstern e Price, metodo di Spencer come caso particolare del metodo di Morgenstern e Price), confronto tra i metodi delle strisce; Uso di abachi di stabilità. 6.STABILITÀ DEI PENDII IN CONDIZIONI SISMICHE: Valutazione dell’azione sismica: Valutazione semplificata della risposta sismica, Amplificazione stratigrafica e topografica, Comportamento ciclico dei terreni a piccole, medie e grandi deformazioni, Approccio pseudostatico, abachi di Koppula; Riduzione della resistenza: valutazione delle sovrappressioni interstiziali e degradazione della resistenza non drenata; Analisi degli spostamenti: equazione del moto, accelerazione critica, metodi semplificati. 7. INTERVENTI DI STABILIZZAZIONE: Criteri di intervento per la stabilizzazione dei pendii; Riprofilatura del pendio e criterio della linea neutra; Drenaggi a gravità: tipologie e modalità costruttive, efficienza idraulica e stabilità di un pendio, caratteri di un processo di drenaggio, dimensionamento di un sistema di trincee drenanti, dimensionamento di un sistema di dreni tubolari; Interventi con strutture di sostegno.

Course Syllabus

The course is divided into seven chapters which, from landslides classification and specific site investigation and monitoring for the study of slopes, to analysis methods for the assessment of static and seismic stability conditions and methods for the stabilization of landslides, provide the main tools needed by the civil engineer to address problems related to the study of stability and stabilization of slopes. The detailed list of subjects covered is as follows: 1. LANDSLIDES CLASSIFICATION AND RECONNAISSANCE: Nomenclature and classification of landslides; Premonitory signs of an instability; Detection of the sliding surface. 2. IN SITU INVESTIGATION AND MONITORING OF LANDSLIDES: Displacement measurements; Permeability tests. 3. MECHANICAL PROPERTIES OF SOILS: Stress-strain relationships, shear strength; Progressive failure and residual strength; Influence of discontinuities on shear strength; Choice of strength parameters in stability analysis. 4. PORE WATER PRESSURES IN SLOPES: Seepage flow in slopes, unconfined flows, seepage in anisotropic and heterogeneous soils; Representation of pore pressures: piezometric surface an pore pressure coefficient; Pore pressures in undrained conditions. 5. METHODS FOR SLOPE STABILITY ANALYSIS: Definition of safety factor; Limit equilibrium methods: global methods (infinite slope, method of blocks, friction circle method); Slice methods (Fellenius method, simplified Bishop method, simplified Janbu method, Morgenstern and Price method, Spencer method as a particular case of the Morgenstern and Price method), Comparison among slice methods of analysis; Stability charts. 6. SEISMIC SLOPE STABILITY ANALYSIS: Evaluation of seismic action: simplified evaluation of seismic site response, stratigraphic and topographic amplification, Cyclic behaviour of soils at different strain levels, pseudo-static approach, Koppula’s charts; Strength reduction: excess pore pressure build-up and undrained shear strength degradation; Displacement analysis: equation of motion, critical acceleration, simplified methods. 7. REMEDIAL MEASURES FOR SLOPE STABILIZATION: Criteria for slope stabilization; Slope re-profiling and neutral line criterion; Drainage in slopes: types and construction methods, hydraulic efficiency, drainage process features, dimensioning of a trench drain system, dimensioning of a pipe drain system; Retaining structures.