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Monitoring and analysis of an earthflow in tectonized clay shales and study of a remedial intervention by KCl wells

Di Maio Caterina Vassallo Roberto Scaringi Gianvito De Rosa Jacopo Pontolillo Dario Michele Grimaldi Giuseppe Maria
Articolo Immagine
ISSN:
0557-1405
Rivista:
Rivista Italiana di Geotecnica
Anno:
2017
Numero:
3
Fascicolo:
Rivista Italiana di Geotecnica N. 3/2017
DOI:
10.19199/2017.3.0557-1405.048

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Monitoraggio e analisi di una colata in argilliti tettonizzate e studio di un intervento di mitigazione basato su pozzi di KCl. 

Le colate in Argille Varicolori della valle del Basento, e in particolare le colate del versante di Costa della Gaveta a est della città di Potenza, costituiscono i casi di studio. Sulla base di indagini di sito e di laboratorio, monitoraggio degli spostamenti superficiali e profondi, misura e calcolo delle pressioni interstiziali, si è ricostruita la struttura geologica del colle, descritta la cinematica delle frane principali e studiata l’influenza delle piogge sulle pressioni interstiziali e sugli spostamenti. Integrando la rete di monitoraggio installata sulla frana di Costa della Gaveta nel 2005, sono stati realizzati nuovi fori in punti “strategici”, in cui sono state installate sonde inclinometriche fisse e celle piezometriche con acquisizione continua. E’ stato quindi valutato l’andamento nel tempo degli scorrimenti profondi e delle deformazioni interne del corpo di frana in vari punti della sezione longitudinale e di alcune sezioni trasversali. Il meccanismo di scorrimento sembra corrispondere a un movimento a portata di terreno costante nel canale, con velocità medie annue poco variabili nei dieci anni di osservazione. Le piogge influenzano le variazioni di velocità stagionali. Il legame fra spostamenti e piogge, analizzato tramite regressione polinomiale ottimizzata con approccio data driven, è descrivibile con un buon grado di approssimazione per i dieci anni di osservazione con un polinomio semplice. Mediante modellazione 3D, sono stati valutati gli effetti della serie storica di piogge sulle pressioni interstiziali. Questi sono risultati significativi fino a profondità di circa 10-15 m e trascurabili alle profondità maggiori. Le variazioni di velocità lungo la superficie di scorrimento sembrano pertanto dipendere dalle variazioni delle pressioni interstiziali sulle fasce perimetrali, meno profonde, della superficie di scorrimento che peraltro contribuiscono con una percentuale notevole dell’area totale. Gli effetti delle piogge sui terreni superficiali possono essere anche di natura chimica. Allo scopo di caratterizzare la frana da un punto di vista chemo-meccanico, sono stati valutati la composizione del fluido interstiziale naturale in numerose verticali e gli effetti delle sue variazioni su numerosi parametri meccanici e, in particolare, sulla resistenza residua a taglio e sugli scorrimenti viscosi lungo superfici di rottura al residuo. I risultati sperimentali suggeriscono che la riduzione di concentrazione di Na+ del fluido interstiziale, avvenuta per vari processi naturali, abbia contribuito al decadimento delle proprietà meccaniche dei terreni in esame. E’ stata quindi valutata la possibilità di indurre un efficace recupero di resistenza sempre mediante processi chimici e, in particolare, mediante l’incremento della concentrazione di K+ della soluzione di porosità. A tale scopo è stato realizzato un campo prove di “miglioramento chemo-meccanico” con vari fori, in parte usati per l’immissione di sali di potassio a profondità predefinite, in parte per l’imposizione di gradienti idraulici in grado di direzionare flussi di acqua e ioni. La propagazione ionica nel corpo di frana viene monitorata analizzando la soluzione prelevata da fori realizzati ad hoc a varie distanze dai pozzi di sale. I primi risultati mostrano che la velocità di propagazione degli ioni K+ risulta abbastanza alta, in alcune zone della superficie di scorrimento, e tale da rendere i tempi dell’intervento accettabili da un punto di vista applicativo.

This paper describes the behaviour of an earthflow in a marine origin clay shale of the Southern Italian Apennines, and analyses the first results of an experimental remedial measure of soil improvement based on KCl wells. The main features of the structure and kinematics of the earthflow have been evaluated on the basis of geomorphologic analyses, geotechnical laboratory and field investigations, monitoring of deep/superficial displacements and pore water pressures, and modelling by phenomenological and physically-based approaches. The results of the study show that the landslide movement corresponds to a very slow sliding on a deep shear surface, along a fault line, in the residual shear strength conditions. Internal viscous strains also occur locally, above all in the weathered and softened soil, and contribute to the constancy of soil discharge along the channel. The average yearly rate of displacement, over the past ten years, has been in the order of few cm/year in the head zone and one/two orders of magnitude lower in the accumulation. The seasonal rate variations are apparently influenced by rain which can influence, besides pore pressures, pore fluid composition. The pore fluid is a composite saline-sodic solution, the concentration of which decreases dramatically from the stable soil to the landslide body and to the uppermost soil horizon. Laboratory results show that with sodium concentration decreasing, the shear strength decreases and the shear displacement rate under constant effective stresses increases. On the other side, the laboratory results show that exposure to potassium chloride solutions makes the soil shear strength increase greatly and permanently. First results of a chemical treatment by KCl wells in the head zone of the earthflow show that, locally, the ion transport in the surrounding soil is rather fast.