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An integrated approach of laboratory testing and field monitoring for the stability analysis of a partially saturated river embankment

Gragnano Carmine Gerardo Moscariello Mariagiovanna Cuomo Sabatino Rocchi Irene Gottardi Guido
Articolo Immagine
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2021
Numero:
2
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 2/2021
DOI:
10.19199/2021.2.0557-1405.035

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Un approccio integrato di prove di laboratorio e monitoraggio in sito per l’analisi della stabilità di un argine fluviale in condizioni di parziale saturazione 


La parziale saturazione è una caratteristica fondamentale dei materiali che tipicamente costituiscono i rilevati arginali, capace di fornire un significativo, spesso fondamentale, contributo alle condizioni di ritenzione idraulica e di stabilità di questo tipo di infrastruttura lineare. Nonostante le conoscenze legate al comportamento dei terreni insaturi siano diventate sempre più estese nel contesto della ricerca geotecnica, ad oggi una loro opportuna integrazione negli ambiti della protezione dal rischio alluvioni e del contrasto al dissesto idrogeologico è ancora piuttosto limitata. Questa circostanza è principalmente ascrivibile alle forti approssimazioni che tutt’ora contraddistinguono la comune pratica ingegneristica in questi ambiti, anche a causa della tipica mancanza di un’appropriata caratterizzazione dei terreni in condizioni di parziale saturazione e di una scarsa conoscenza delle condizioni di saturazione all’interno degli argini nel tempo. Con il presente studio si intende dunque investigare l’importanza della caratterizzazione meccanica dei terreni insaturi nella valutazione della stabilità di rilevati arginali. L’articolo presenta i risultati di indagini numeriche e sperimentali ottenute per un caso studio ben documentato e relativo ad una sezione arginale del fiume Secchia, affluente di destra del Po, quale esempio applicativo nell’ambito di un più ampio e realistico quadro di riferimento. Nel caso specifico, è stata svolta un’analisi dettagliata della variazione dei margini di sicurezza indotte da un’azione idraulica ed atmosferica variabile nel tempo, integrando gli appositi modelli numerici con le informazioni raccolte in sito tramite un esteso sistema di monitoraggio precedentemente installato. La valutazione della stabilità è stata quindi condotta considerando differenti criteri di resistenza per i terreni coinvolti e, poi, confrontando i risultati delle analisi predittive sulla base di modelli semplificati ovvero più accurati. Un’appropriata campagna di indagini di laboratorio è stata, inoltre, svolta focalizzandosi su prove di laboratorio condotte in condizioni di suzione controllata, quali prove di taglio diretto ed edometriche, che hanno consentito di descrivere accuratamente il comportamento meccanico e di ritenzione dei terreni in esame nelle condizioni rappresentative per il sito. Scopo ultimo di questo lavoro è fornire un utile contributo allo sviluppo di realistiche analisi di stabilità dei rilevati arginali e ridurre l’attuale distanza nell’utilizzo della meccanica dei terreni parzialmente saturi tra la ricerca e le applicazioni alla scala reale.

Partial saturation is a key-feature of the materials typically forming the river embankments, providing a significant contribution in terms of hydraulic retention and slope stability to such linear infrastructure. Although unsaturated soil related issues has become more and more investigated in geotechnical research, nowadays their adequate integration in the framework of flood protection and risk mitigation is still rather limited. Such circumstance can be mainly ascribed to the strong uncertainties that still affect their practical application, like the limited information on the actual soil suction distribution in the river embankments and the substantial lack of a suitable characterization of the materials under partially saturated conditions. This study aims at investigating the importance of a proper mechanical characterization of the unsaturated soil for the riverbank stability assessment. In order to introduce a more general and realistic approach, the paper presents the experimental and the numerical results obtained for a well-documented case study, concerning an embankment section of the river Secchia, a right tributary of the river Po. In particular, a detailed analysis of the safety variations induced by time-dependent hydraulic and atmospheric actions has been carried out by integrating the numerical model with the information collected on site from the extensive monitoring system purposely implemented. The stability analysis has been thus performed considering different soil failure criteria and then comparing the results of standard and more detailed predictive analyses. A suitable laboratory testing campaign has been also carried out, focusing on suction-controlled tests and including direct shear and oedometer tests, which enable to accurately describe the soil mechanical and retention behaviour at site-representative states. The final scope of the work is therefore to provide a contribution to the development of more realistic riverbank stability analyses and to bridge the gap between researchers and practitioners in the use of unsaturated soil mechanics.


Keywords: suction-controlled tests, unsaturated soil strength, field monitoring, stability analysis, transient seepage.