Skip to main content
SpringerLink
Log in

Stress–strain history from the geological evolution of the Orvieto and Radicofani cliff slopes (Italy)

  • Original Article
  • Published:
Landslides Aims and scope Submit manuscript

Abstract

The study proposes geological evolution models for the cliff slopes of the two Italian towns of Orvieto (Umbria) and Radicofani (Tuscany). The models were validated by the use of a stress–strain numerical modelling, implemented by the finite-difference code FLAC 5.0. The numerical modelling was approached in a sequential way, by assuming specific stiffness values related to the evolutionary stages. For this purpose, unconventional laboratory tests were performed aiming at reproducing the stress path related to the geological evolution model, using standard equipment for CID triaxial testing. The geological evolution models infer that deformation in both cases is driven by stress reduction. At the Orvieto plateau, stress reduction is induced by stress relief involving a tuff plate; in the case of Radicofani, stress reduction is due to stress release in consequence of lateral erosion of clay. Numerical simulations refine the lithotechnical zoning of the two investigated slopes, introducing a stress–strain criterion in addition to the conventional geological and geomechanical ones.

This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.

Access this article

Log in via an institution

Price excludes VAT (USA)
Tax calculation will be finalised during checkout.

Instant access to the full article PDF.

Institutional subscriptions

Fig. 1
Fig. 2
Fig. 3
Fig. 4
Fig. 5
Fig. 6
Fig. 7
Fig. 8
Fig. 9
Fig. 10
Fig. 11
Fig. 12
Fig. 13

Similar content being viewed by others

Abbreviations

σ v′:

effective vertical stress

σ h′:

effective horizontal stress

K 0 :

lateral stress ratio at rest

p′:

(σ v′ + σ h′)/2

q :

(σ v′ − σ h′)/2

w n :

natural water content

γ n :

natural unit weight

γ s :

solids unit weight

W LL :

liquid limit

W LP :

plastic limit

IP:

plastic index

φ :

angle of internal friction

c :

cohesion

σ 3 :

confining pressure range in tests

E t :

tangent modulus

E s :

secant modulus

f :

correction factor for stiffness

t c :

tension cut-off

t :

resistance to tensile stress

ν :

Poisson ratio

References

  • Agnesi V, Macaluso T, Monteleone S, Pipitone G (1978) Espansioni laterali (lateral spread) nella Sicilia occidentale. Geologia Applicata e Idrogeologia 13:319–326

    Google Scholar 

  • ASTM D 854-92. Standard test method for specific gravity of soils. Annual Book of ASTM. Standards, Vol. 04.08

  • ASTM D 2216-92. Standard test method for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock. Annual Book of ASTM Standards, Vol. 04.08

  • ASTM D4318-95. Standard method for liquid limit, plastic limit and plasticity index of soils. Annual Book of ASTM standards, Vol. 04.08

  • ASTM 4767-88. Standard test method for consolidated-undrained triaxial compression test on cohesive soils. Annual Book of ASTM standards, Vol. 04.08

  • ASTM D 5311-92. Standard test method for load controlled cyclic triaxial strength of soil. Annual Book of ASTM standards, Vol. 04.08

  • Barbero M, Barla G, Demarie GV (2004) Applicazione del metodo degli elementi distinti alla dinamica di mezzi discontinui. Rivista Italiana di Geotecnica 3/2004:9–24

    Google Scholar 

  • Barla G, Borli Brunetto M, Vai L (1990) Un esempio di modellazione matematica in rocce tenere: la Rupe di Orvieto. In: Mir’90, III Ciclo di conferenze di meccanica ed ingegneria delle rocce, Turino, pp 14.1–14.12

  • Berry P, Sciotti M (1974) I “Peperini” del Lazio. In: Proc. 1st Convegno Internazionale sulla coltivazione di pietre e minerali litoidi. Torino (4–6/10/1974), pp 1–50

  • Bertocci R, Casagli N (1992) Fenomeni di espansione laterale in alcune aree dell’Appennino tosco-romagnolo: aspetti geomorfologici e proprietà geotecniche dei materiali argillosi coinvolti. Atti Tic Sc Terra 35:31–42

    Google Scholar 

  • Bossio A, Costantini A, Lazzarotto A, Liotta D, Mazzanti R, Mazzei R, Salvatorini G, Sandrelli F (1993) Rassegna delle conoscenze sulla stratigrafia del neoautoctono toscano. Mem Soc Geol It 49:17–98

    Google Scholar 

  • Bozzano F, Floris M, Gaeta M, Martino S, Scarascia Mugnozza G (2005) Assetto geologico ed evoluzione per frana di rupi vulcaniche nel Lazio Settentrionale. Boll Soc Geol It 124:413–436

    Google Scholar 

  • Bozzano F, Martino S, Priori M (2006) Natural and man-induced stress evolution o slopes: the Monte Mario hill in Rome. Environ Geol 50:505–524

    Article  Google Scholar 

  • Broili L, Conversini P, Sabatini P (1978) Verifica delle condizioni geostatiche della rupe di Orvieto. Geologia Tecnica n 2:5–16

    Google Scholar 

  • Calabresi G, Izzo S, Lazzarotto A, Menicori P, Pieruccini U (1995) Movimenti gravitativi nell’area di Pienza. Mem Soc Geol It 50:67–82

    Google Scholar 

  • Canuti P, Casagli N, Garzonio CA, Vannocci P (1990) Lateral spreads and landslide hazards in the Northern Apennine: the example of Mt. Fumaiolo (Emilia Romagna) and Chiusi della Verna (Tuscany). In: Proc. 6th Int. I.A.E.G. Congr., Rotterdam, pp 1525–1533

  • Cecere V, Lembo Fazio A (1986) Condizioni di sollecitazione indotte dalla presenza di una placca lapidea su un substrato deformabile. In: Associazione Geotecnica Italiana—XVI Convegno Nazionale di Geotecnica. Bologna

  • Cestelli Guidi C, Croci G., Ventura P (1983) The stability of the Orvieto Rock. In: Proceeding International Congress on Rock Mechanics, Melbourne. Pubblicazione n. 181 anno 1983 Istituto di scienza e tecnica delle costruzioni; Facoltà di Architettura della Università degli Studi di Roma “La Sapienza”

  • Ciccacci S, D’Alessandro L, Fredi P, Lupia Palmieri E (1988) Contributo dell’analisi geomorfica quantitativa allo studio dei processi di denudazione nel bacino idrografico del Torrente Paglia (Toscana meridionale–Lazio settentrionale). Suppl Geogr Fis Dinam Quat 1:171–188

    Google Scholar 

  • Ciccacci S, Del Monte M, Marini R (2003) Erosion and recent morphological change in a sample area of the upper Orcia river basin (southern Tuscany, Italy). Geogr Fis Dinam Quat 26:97–109

    Google Scholar 

  • Colica A (2000) Analysis of the genesis and evolution of calanco morphology in an experimental area of Paiccia (Radicofani, Siena, Italy). Geogr Fis Dinam Quat 23:21–32

    Google Scholar 

  • Collettini C, De Paola N, Holdsworth RE, Barchi MR (2006) The development and behaviour of low-angle normal faults during Cenozoic asymmetric extension in the Northern Apennines, Italy. J Struct Geol 28:333–352

    Article  Google Scholar 

  • Conti S, Tosatti G (1993) Landslides affecting tabular rocks in complex geological situations: the case of Sasso di Simone and Simoncello (Northern Apennines, Italy). In: Novosad S, Wagner P (eds.) “Landslides”, Proc. 7th ICFL, pp 219–224, Prague and Bratislava, Balkema

  • Conversini P, Lupi S, Martini E, Pialli G, Sabatini P (1977) Rupe d’Orvieto Indagini geologico-tecniche. Quaderni della Regione Umbria, suppl. al n. 15

  • Conversini P, Martini E, Pane V, Pialli G, Tacconi P, Tortoioli L, Ubertini L (1995) La Rupe di Orvieto e il colle di Todi: due casi di città fragili. Geol App e Idrogeol 30:215–229

    Google Scholar 

  • Costanzo A, Silvestri F, Lampitiello S, Olivares L, Lanzo G, Tommasi P (2004) Vulnerabilità sismica di centri storici su rilievi: i Casi di Bisaccia, Orvieto, Gerace. In: XI Congresso Nazionale ANIDIS, “L’Ingegneria Sismica in Italia”. Genova, 25–29 Gennaio 2004

  • Curli G, Martini E (1986) Rupe di Orvieto: controllo della stabilità dei pendii. In: Associazione Geotecnica Italiana—XVI Convegno Nazionale di Geotecnica. Bologna 14–16 marzo 1986:485–494

  • D’Orazio M (2003) The Radicofani volcano. Per. Mineral.: 72, Special Issue: Miocene to recent plutonism and volcanism in the Tuscan Magmatic Province, pp 183–193

  • Del Monte M (2003) Caratteristiche morfometriche e morfodinamiche dell’alto bacino del fiume Orcia (Toscana meridionale) In: Atti XXVIII Congr. Geogr. It. Giugno 2000. Roma, settembre

  • Disperati L, Liotta D (1998) Estimating uplift of clay-filled extensional basins through the porosity-depth curve: the case of the Radicofani Basin (Italy). Annales Tectonicae 12(1–2):162–176

    Google Scholar 

  • Donnelly LJ, Culshaw MG, Hobbs PRN, Flint RC, Jackson PD (2005) Engineering geological and geophysical investigations of a slope failure at Edinburgh Castle, Scotland Bull. Eng Geol Environ 64:119–137

    Article  Google Scholar 

  • Elter P (1955) Geologia della regione di Castell’Azzara a Sud del Monte Amiata. Boll Soc Geol It 74:317–337

    Google Scholar 

  • ENEA (1990) Civita di Bagnoregio, osservazioni geologiche e monitoraggio storico dell’ambiente. Associazione Progetto Civita

  • Farmer IW (1968) Engineering properties of rocks. Spon, London

    Google Scholar 

  • Felicioni G, Martini E, Ribaldi C (1995) Studio dei centri abitati instabili in Umbria. Articolo estratto dalla Pubblicazione n. 979 del GNDCI-CNR, U.O. 2.17 Rubettino editore

  • Focardi P, Parrucci E (1986) Le frane di crollo nella Rupe di Radicofani. In: Associazione Geotecnica Italiana—XVI Convegno Nazionale di Geotecnica, vol. II. Bologna 14–16 marzo, pp 43–50

  • Giannini E, Lazzarotto A, Signorini R (1971) Lineamenti di geologia della Toscana meridionale. In «La Toscana Meridionale. Fondamenti geologici-minerari per una prospettiva di valorizzazione delle risorse minerarie». Rend Soc It Min Petr 27, (fascicolo speciale), pp 33–168

    Google Scholar 

  • Griffith A (1920) The phenomena of rupture and flow in solids. Phil Trans R Soc Lond A 221:163–198

    Article  Google Scholar 

  • ITASCA (2005) FLAC 5.0: User manual. Licence number 213-039-0127-16143. University of Rome, Earth Science Department, Sapienza

  • Jumikis AR (1983) Rock mechanics, 2 edn. TransTech, Germany

  • Lazzarotto A (1967) Geologia della zona compresa fra l’alta valle del fiume Cornia e il torrente Pavone (Prov. Di Pisa e Grosseto). Mem Soc Geol It 6:151–198

    Google Scholar 

  • Lembo Fazio A, Manfredini G, Sciotti M, Totani G (1982) Caratteristiche geotecniche dell’ argilla di Orvieto. Quaderni dell’Istituto di Arte Mineraria Giugno

  • Lembo Fazio A, Manfredini G, Ribacchi R, Sciotti M (1984) Slope failure and cliff instability in the Orvieto Hill. In: Proceedings of IV International Symposium on Landslides, vol. II, Toronto, pp 115–120

  • Liotta D (1994) Structural features of the Radicofani basin along the Piancastagnaio (Mt. Amiata)—S. Casciano dei Bagni (Mt. Cetona) cross section. Mem Soc Geol It 48:401–408

    Google Scholar 

  • Liotta D (1996) Analisi del settore centro meridionale del bacino pliocenico di Radicofani (Toscana meridionale). Boll Soc Geol It 115:115–143

    Google Scholar 

  • Lunardi P, Fornaro M (1980) Criteri di scelta per interventi di consolidamento della Rupe di Orvieto e proposte operative. In: Associazione Geotecnica Italiana—XIV Convegno Nazionale di Geotecnica. Firenze 28–31 ottobre, pp 219–228

  • Manfredini G, Martinetti S, Ribacchi R, Sciotti M (1980) Problemi di stabilità della Rupe di Orvieto. In: Associazione Geotecnica Italiana—XIV Convegno Nazionale di Geotecnica, vol. I. Firenze 28–31 ottobre 1980, pp 231–246

  • Nappi G, Chiodi M, Rossi S, Volponi E (1982) L’ignimbrite di Orvieto nel quadro dell’evoluzione vulcano-tettonica dei vulsini orientali. Caratteristiche geologiche e tecniche. Boll Soc Geol It 101:327–342

    Google Scholar 

  • Nemcok AE, Baliak F (1977) Gravitational deformation in Mesozoic rocks of the Carpathian mountain range. Bull IAEG 16:109–111

    Google Scholar 

  • Orlando L, Bernabini M, Bertini G, Cameli GM, Dini I (1991) Bacino neogenico di Radicofani. Studi Geol Camerti Vol Spec 1991(1):199–205

  • Pappalardo M, Porrotto C, Spagnolo EM (2001) Ricostruzione paleomorfologica dell’area vulcanica di Radicofani (Toscana sud-orientale). Atti Soc tosc Sci nat Mem Serie A 2000–2001:17–26

  • Pascucci V, Costantini A, Martini IP, Dringoli R (2006) Tectono-Sedimentary analysis of a complex, extensional, Neogene basin formed on thrust-faulted, Northern Apennines hinterland: Radicofani Basin, Italy. Sediment Geol 183:71–97

    Article  Google Scholar 

  • Pasek JE, Pulinowa MZ (1976) Block movements of cretaceous sandstones in the Stolowe Gory Mts, Poland. Bull IAEG 13:79–82

    Google Scholar 

  • Pasquare’ G, Chiesa S, Vezzoli L, Zanchi A (1983) Evoluzione paleogeografica e strutturale di parte della Toscana meridionale a partire dal Miocene superiore. Mem Soc Geol It 25:145–157

    Google Scholar 

  • Sciotti M (1980) Fattori geologici ed antropici nei problemi di stabilità di antichi centri abitati dell’Italia centrale. In: Associazione Geotecnica Italiana—XIV Convegno Nazionale di Geotecnica, vol III. Firenze 28–31 ottobre 1980, pp 85–89

  • Tommasi P, Ribacchi R (1998) Mechanical behaviour of the Orvieto tuff. In: Evangelista & Picarelli (eds) The geotechnics of hard soils—soft rocks. Balkema, Rotterdam, pp 901–909

  • Tommasi P, Ribacchi R, Sciotti M (1985) Analisi storica dei dissesti e degli interventi sulla Rupe di Orvieto: un ausilio allo studio dell’evoluzione della stabilità del centro abitato. Geol Appl e Idrogeol XX:99–153

    Google Scholar 

  • Tommasi P, Ribacchi R, Sciotti M (1996) Geotechnical aspects in the preservation of the historical town of Orvieto. In: Viggiani C (ed) Proceedings of the Arrigo Croce Memorial Symposium on Geotechnical Engineering for the Preservation of Monuments and Historic Sites, Napoli, Italy, 3–4 October. Balkema, Rotterdam, The Netherlands, pp 849–858

  • Tommasi P, Pellegrini P, Boldini D, Ribacchi R (2006) Influence of rainfall on hydraulic conditions and movement rates in the Orvieto hill (central Italy). Can Geotech J 43:70–86

    Article  Google Scholar 

  • Vlcko J (2004) Extremely slow slope movements influencing the stability in Spis Castle, UNESCO site. Landslide 1:67–71

    Article  Google Scholar 

Download references

Author information

Authors and Affiliations

  1. Earth Science Department, “Sapienza” Università di Roma, Piazzale Aldo Moro 5, Rome, 00185, Roma

    Francesca Bozzano, Alberto Bretschneider & Salvatore Martino

Authors
  1. Francesca Bozzano
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  2. Alberto Bretschneider
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

  3. Salvatore Martino
    View author publications

    You can also search for this author in PubMed Google Scholar

Corresponding author

Correspondence to Alberto Bretschneider.

Rights and permissions

Reprints and permissions

About this article

Cite this article

Bozzano, F., Bretschneider, A. & Martino, S. Stress–strain history from the geological evolution of the Orvieto and Radicofani cliff slopes (Italy). Landslides 5, 351–366 (2008). https://doi.org/10.1007/s10346-008-0127-2

Download citation

  • Received:

  • Accepted:

  • Published:

  • Issue Date:

  • DOI: https://doi.org/10.1007/s10346-008-0127-2

Keywords

Search

Navigation