UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO

Facoltà di Ingegneria

Corso di frane A.A. 2013/2014

Prof. Ing. Michele Calvello

ESERCITAZIONE n. 4

Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese.

TITOLO DELL’ARTICOLO:

Monitoraggio, modellazione numerica e mitigazione del rischio della frana del Moscardo (Alpi Orientali Italiane)

STUDENTE: Stefano Iandoli n. matricola: 0622500144

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Indice

1. ILLUSTRAZIONE DEL CASO DI STUDIO 3

2. IL LAVORO DEGLI AUTORI 3

2.1 CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA E GEOMORFOLOGICA 5

2.2 SISTEMA DI MONITORAGGIO 5 2.3 SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA DEL MOSCARDO 7

2.3.1 Pendio Naturale ( Condizioni statiche) 8

2.3.2 Pendio Naturale ( Condizioni sismiche) 9

2.3.3 Pendio Artificiale 10

2.4 SIMULAZIONE DI DIFFERENTI SISTEMI DI DRENAGGIO 11 2.5 SIMULAZIONE DI DISPOSITIVI DI RITENUTA ED EFFETTI SISMICI 12

3. ANALISI CRITICA E CONSIDERAZIONI 13

4. BIBLIOGRAFIA 15

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1. ILLUSTRAZIONE DEL CASO DI STUDIO

I flussi di detrito sono diffusi fenomeni di instabilità dei versanti nelle Alpi orientali italiane e la regione è caratterizzata da una topografia aspra, con alto apporto di sedimenti lungo flussi di sorgente e eventi di forti precipitazioni relativamente frequenti[1]. Inoltre, l'affioramento di un substrato roccioso fratturato e alterato, insieme alla elevata sismicità della zona si traduce in una vasta attività di frana che incrementa il rischio idrogeologico.

Il bacino del torrente Moscardo rappresenta un sito ad alto rischio frana, dal momento che una profonda frana roto-traslazionale di circa 2 milioni di m3, associata ad una Deep-Seated Gravitational Slope Deformation (DSGSD), potrebbe arginare il torrente, con la conseguenza di aumentare la possibilità di eventi di sbarramento e grandi flussi di detriti di notevoli dimensioni, creando una minaccia per le infrastrutture e le attività socio-economiche dei paesi che punteggiano la vallata sottostante. Il pendio sul fianco destro del canale principale del Moscardo ha superato le condizioni limite di equilibrio, come risulta dalle caratteristiche del rilievo geologico e geomorfologico. In questo studio, un sistema di controllo costituito da 13 rilevatori GPS, 3 inclinometri e 3 piezometri è stato implementato al fine di determinare la geometria della frana e misurare le deformazioni in corso del pendio. La modellazione numerica tenso-deformativa della frana è stata poi effettuata con un codice di simulazione geomeccanica continuum bidimensionale (2D), basato sul metodo delle differenze finite esplicito, FLAC2D. Il codice permette di simulare grandi spostamenti e deformazioni, sia con comportamenti lineari dei materiali che non, su una vasta area. Il modello di pendio è stato impostato sulla base di indagini sotterranee e dati di monitoraggio . Parametri geotecnici sono stati ottenuti mediante back-analysis dei movimenti monitorati . Sono stati inoltre studiati i benefici potenziali di abbassamento della falda freatica e l’aumento delle forze stabilizzanti per mezzo di contromisure strutturali come scudi dei pozzi di drenaggio e muri di sostegno ancorati. . L'efficacia delle opere di stabilizzazione è stata dimostrata essere molto utile nella procedura di gestione del rischio adottata.

I risultati mostrano che un approccio multidisciplinare accurato e ben pianificato può aiutare i decisori nella scelta della soluzione tecnica più efficace per la mitigazione della pericolosità e del rischio da frana .

2. IL LAVORO DEGLI AUTORI

2.1 CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA E GEOMORFOLOGICA

Il bacino del torrente Moscardo è situato nella parte orientale della Alpi Italiane, sul versante Nord-Occidentale del monte Paularo, in provincia di Udine (Figura 1).

[2] Gli ammassi rocciosi affioranti nel bacino , che ha un'estensione di circa 5,5 km2, sono in età Carbonifera e consistono in flysch altamente fratturati e alterati, con quarzo–arenarie torbiditiche e scisti grigi, feldspato-arenarie e scisti verdastri con brecce vulcaniche esplosive che espongono un basso grado di facies metamorfiche. Questo tipo di roccia sembra essere molto fragile e soggetta ad erosione . Tuttavia, le caratteristiche lito-tecniche della roccia stessa non sono l'unica causa dei diversi fenomeni di instabilità dei versanti osservati nella zona. L' intero bacino è infatti coinvolto in una grande Deep-Seated Gravitational Slope Deformation (DSGSD), la cui evoluzione a lungo termine ha contribuito al progressivo indebolimento

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delle proprietà della massa rocciosa , aumentando sia l' entità che la frequenza dei fenomeni franosi collaterali , come ad esempio scorrimenti secondari e flussi di detrito. DSGSD può essere descritto come movimenti gravitazionali che coinvolgono grandi volumi rocciosi nelle zone di montagna con alti rilievi, in genere riguardanti l'intero versante.[3] I processi cinematici coinvolti nella evoluzione di un DSGSD non sono ancora del tutto chiari, anche se è ampiamente accettato che nelle fasi iniziali DSGSD mostrano una evoluzione dello scorrimento gravitazionale caratterizzata da piccoli tassi di spostamento. Per comprendere questa relazione , l'analisi geostrutturale dell'area di studio è stata effettuata per mezzo di una Digital Terrain Model ( DTM ) ad alta risoluzione, ottenuta con un apposito sondaggio Airborne LiDAR . I risultati mostrano che la DSGSD è chiaramentecontrollata dall’aspetto strutturale .

Figura 1 - Il torrente Moscardo, e la frana modellata che interessa il suo bacino

In generale , la cinematica della frana del Moscardo sembra essere strettamente legata a quella di tutto il versante , come suggerito dal continuo incremento di attività lungo il versante e dal ENE-WSW trend delle morfo -strutture , che si trovano sopra la corona di frana . Frammenti di informazione sul pendio instabile sono stati recuperati anche dall'analisi dei nuclei di tre fori praticati nel corpo della frana e successivamente equipaggiati con tubi inclinometrici ( Figura 1) . Nel foro l1 ( 100 m di profondità ) una miscela eterogenea di terra e frammenti sciolti di roccia che variano in forme granulometriche da particelle

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di argilla a blocchi di roccia è stata trovata fino alla profondità di 63 m , dove è locato il substrato roccioso rappresentato dalla " Dimon Formation ". Il foro I2 ( 80 m di profondità ) mostra la stessa sequenza , ma in questo caso , principalmente a causa del flusso erosivo , gli affioramenti rocciosi sono stati rilevati alla profondità di 10 m . Nel pozzo l3 , scavato all’interno della conoide detritica , è stato trovato uno strato spesso 60 m di materiale alluvionale del torrente Moscardo .

Un’ indagine geofisica con le tecniche di sismica a rifrazione è stata effettuata nel corpo della frana. I risultati mostrano che possono essere riconosciuti due strati. Lo strato superiore,con una velocità di 900 m/s, si estende fino alla profondità di 60 metri ed è riconducibile a materiale di frana disintegrato. Questo strato tende ad addensarsi per 30-60 metri che vanno da W ad E. Lo strato inferiore, da 60 m in giù, visualizza una velocità dell'ordine di 2200 m/s, che è relativamente elevata e ascrivibile al substrato roccioso. Sulla base di questi dati e delle prove geomorfologiche, la frana è stata classificata come una frana roto-traslazionale ed è stato costruito un modello geotecnico .

2.2 SISTEMA DI MONITORAGGIO

Nel settembre 2006 tre fori dotati di tubi inclinometrici e piezometri sono stati installati nel bacino del torrente Moscardo; inoltre , una rete di monitoraggio GPS costituita da 15 indicatori GPS (2 punti di riferimento e 13 parametri) è stata installata per misurare deformazioni , eventualmente provocate dalla DSGSD e frane correlate ( Figura 1 ) . Un processo di simulazione , utilizzato per definire la forma di una rete affidabile , ha suggerito il numero e la posizione delle stazioni di riferimento scelte tra quelle aree considerate stabili dal punto di vista morfologico e geologico . La stabilità delle due stazioni di riferimento è stata poi periodicamente sottoposta a un controllo incrociato di dati post-elaborati acquisiti nel corso delle indagini con quelli raccolti dalla stazione permanente Cercivento , che è distante circa 5 km . Il posizionamento dei 13 parametri di riferimento nel bacino del Moscardo è stato strettamente influenzato dalla morfologia del territorio , e dalla presenza di alberi che ostruiscono i segnali satellitari causando errori di multipath; 10 marcatori sono stati locati sulla cresta crinale della montagna , vicino alla corona della DSGSD e 3 sono stati installati sopra la frana .

Il Benchmark M11 si è installato in una diga di controllo installata sul canale principale del torrente Moscardo, che è chiaramente danneggiata dalle deformazioni causate da movimenti franosi. Il Benchmark M12 è stato posto in prossimità del foro I1, e quello M13 nella parte superiore del pendio instabile (Figura 1). Tutti i benchmark sono stati installati su pilastri di cemento e, per gli errori di posizionamento, è stato costruito un sistema di centraggio. Un posizionamento statico relativo è stato applicato al fine di ottenere risultati più accurati entro un tempo di acquisizione di 20 min, con frequenza di campionamento di 2s e un angolo di cut-off di 15 °. Durante i 3 sondaggi che sono stati pianificati nell'ottobre 2006, maggio 2007 e ottobre 2007 sono stati utilizzati quattro ricevitori a doppia frequenza Leica SR530 (12 canali su L1 e 12 canali su L2). Due ricevitori sono stati posizionati sulle stazioni master, mentre gli altri sono stati spostati intorno a tutti i benchmark che raccolgono dati simultaneamente.

I dati sono stati post-trattati con effemeridi precise e gli effetti della troposfera sono stati ridotti applicando il modello di Hopfield. Durante ogni sondaggio, sono state calcolate le misure di differenza di 78 coordinate che corrispondono a 26 linee di base, che vanno da un minimo di 411 m ad un massimo di circa 2170 m. Nessuno spostamento significativo è stato registrato tra le prime due indagini (ottobre 2006 e maggio 2007), ma confrontando la prima misurazione con la terza (ottobre 2007), le deformazioni riscontrate su più di due punti di riferimento divennero evidenti. I pilastri M04 e M11 hanno registrato uno spostamento planare di 2,23 cm e 1,84 centimetri, rispettivamente, in 12 mesi (al 95% di affidabilità). I dati raccolti in

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M12, M13 sono molto rumorosi, a causa della presenza di alti alberi vicino ai pilastri e anche se le differenze delle coordinate misurate suggeriscono che si sono verificate deformazioni, essi non possono essere ritenuti affidabili dal punto di vista statistico.

Durante lo stesso periodo , 5 serie di letture inclinometriche sono state effettuate nel pozzo I1 e 4 serie in I2 , situato all'interno del corpo della di frana ( Figura 1 ) . I dati recuperati hanno chiaramente evidenziato la presenza di zone di scorrimento ad una profondità di 55-62 m in I1 e alla profondità di 9-10 m in I2 . La Fig . 2 mostra la velocità di spostamento , che sembra essere perfettamente costante e pari a 1 cm/mese e 1,5 cm/mese rispettivamente per i pozzi I1 e I2 . Il fatto che il tasso di spostamento derivato dall’ inclinometro è di circa 10 volte superiore al tasso di spostamento derivato dal benchmark M11 , che è molto vicino al foro , è dovuto al fatto che il punto GPS è stato posto sopra la spalla di un diga di controllo in calcestruzzo , la cui fondazione è più profonda rispetto alla superficie di scorrimento e quindi meno deformabile rispetto ai materiali circostanti . Sulla base della velocità di spostamento , la frana può essere descritta come molto lenta, con riferimento alla scala di Cruden e Varnes ( 1996)[4] . Inoltre , considerando la forma delle curve delle letture inclinometriche , si può presumere che la maggior parte della deformazioni tendono a concentrarsi lungo una superficie di taglio relativamente sottile , con una deformazione interna di basso livello all'interno del corpo di frana .

Per quanto riguarda le condizioni idrogeologiche, i piezometri elettrici P1 e P2 (Figura 1) non hanno mostrato variazioni rilevanti del livello di falda. Nei due anni di misure continue (frequenza di campionamento fissata a 30 min per l'intero periodo), il livello è rimasto costante ad una profondità di 11,3 m di P1 e a 9,9 m di P2, che rappresenta il livello medio per il torrente Moscardo. Vale la pena di notare la presenza di una sorgente (Figura 1) nella zona di testa della frana, a circa 1250 m slm. La sorgente ha una portata media bassa (pochi l/s), ma è perenne e alimenta il torrente. I risultati raccolti dalla rete di monitoraggio hanno fornito i parametri geometrici, geomeccanici e cinematici utilizzati per costruire, calibrare e validare il modello numerico.

Figura 2 - Spostamenti cumulati misurati nel tempo tramite inclinometri

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2.3 SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA DEL MOSCARDO

In questo studio , l'obiettivo generale dell’analisi numerica è quello di fornire informazioni sul comportamento del pendio allo stato attuale e in futuro , sia in stato naturale ( anche in caso di un evento sismico ) che dopo opere di stabilizzazione .

La modellizzazione della frana del Moscardo si è basata su dati geologici, geomorfologici, geofisici e di monitoraggio che hanno permesso l'evoluzione del processo di versante da analizzare in condizioni naturali e artificiali. Una serie di opere di mitigazione sono state simulate in entrambi i diversi layout e in diversi scenari, al fine di proporre le contromisure più efficaci. La simulazione numerica è stata effettuata con il codice FLAC 2D (Fast lagrangiana Analisi Continua, ITASCA, 2000), un codice di continuum bidimensionale alle differenze finite per la modellazione di suolo, roccia e comportamento delle strutture, dotate dell'opzione di scorrimento.

La simulazione è stata effettuata su una sezione trasversale NE-SW, che può essere considerata rappresentativa del pendio, prima e dopo l'eventuale costruzione delle diverse serie di misure di attenuazione (figura 1). Il modello numerico del versante è stato basato su quello geomeccanico, che è a sua volta basato sui dati dei pozzi e misure inclinometriche. Secondo i risultati recuperati dai dati inclinometrici, la frana si muove approssimativamente come un blocco e la deformazione di taglio è concentrata in una zona di scorrimento relativamente sottile. Quindi, l'ipotesi che il comportamento plastico e viscoso caratterizzano questa zona, considerando che sia il substrato roccioso che il blocco di frana sono elastici, è abbastanza ragionevole. Quindi, il pendio è stato diviso in 3 parti, vale a dire, roccia, frana e una zona di scorrimento stretta compresa tra i precedenti, il cui spessore è stato considerato di 1,5-2 m.

Le condizioni idrauliche iniziali sono indotte dalla falda, come interpretato dai dati piezometrici e dalle evidenze di superficie (cioè la posizione della sorgente e del torrente). L'ipotesi era quella di un cambiamento del profilo di falda parabolica che interseca il profilo del versante in elevazione alla sorgente. Per quanto riguarda le leggi costitutive adoperate, si è ipotizzato che il criterio di rottura di Mohr-Coulomb determina il limite di plasticità e il modello visco-elasto-plastico di Burger determina la variazione di viscosità nella zona di scorrimento , permettendo di determinare il rapporto tra il tempo e lo spostamento.[5]

Figura 3 - Divisione del modello di pendio in zone geotecniche

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2.3.1 Pendio Naturale ( Condizioni statiche)

La procedura di simulazione della deformazione in pendio naturale allo stato attuale è stata divisa in due parti. La prima , servita per la determinazione dei parametri del modello e dei risultati delle misure inclinometriche, ha contribuito a verificarne l'adeguatezza. La congruenza degli spostamenti misurati e simulati nei sondaggi dopo 67 giorni (tra il riferimento e la prima misura, effettuate rispettivamente il 5.10.2006 e il 11.12.2006) e dopo 194 giorni (tra il riferimento e la seconda misura al 18.04.2007) è stata soddisfacente. Dopo aver stabilito i valori dei parametri, è stata eseguita la seconda parte della simulazione, in cui è stata fatta la determinazione del futuro spostamento del versante. I periodi considerati per la previsione sono stati: 1 anno, 2 anni, 5 anni e 10 anni. In Fig. 4 è presentato lo spostamento orizzontale nel primo anno per i punti indicatori 4 e 5. Lo spostamento nella parte inferiore del pendio predomina leggermente e concorda con lo spostamento misurato nei fori I1 e I2, come illustrato nella fig. 2.

Figura 4 - Spostamenti orizzontali nel processo di creep ( periodo di simulazione - 1 anno)

In Fig. 5 è riportato il campo di spostamenti orizzontali nel primo processo di simulazione.

Figura 5 - Campo di spostamenti orizzontali nella simulazione di creep

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Il confronto tra spostamenti misurati e calcolati mostra che le differenze sono piccole e gli spostamenti misurati e quelli simulati aumentano con un andamento lineare. Ciò significa che il corso di spostamenti previsti sarà approssimativamente simile in futuro, a meno di eventuali fenomeni imprevisti (ad esempio, scosse sismiche) che possono eventualmente verificarsi.

2.3.2 Pendio Naturale ( Condizioni sismiche)

L’accelerazione ah, che si esprime in termini di accelerazione di gravità della Terra g (in %), è stata applicata con un intervallo variabile da 1,5% al 5% di g nella naturale condizione di gravità del pendio. Tuttavia, questo valore risulta essere particolarmente elevato, e nel parere degli Autori era più logico assumere valori più bassi, in modo da evitare sovrastima delle contromisure caratteristiche. Si è notato che in seguito all'aggiunta della componente orizzontale dell'accelerazione , il processo di deformazione accelera improvvisamente e la pendenza cambia ampiamente , in linea con la notevole accelerazione ( Figura 6) . L'intensità dello spostamento aumenta significativamente , quando ah è maggiore di 2,0-2,5 % di g . Il torrente sembra essere arginato quando ah>3 % di g .

Figura 6 – Relazione tra spostamento ed accelerazione orizzontale durante il terremoto nel pendio naturale

La Fig . 7 presenta il campo di spostamenti orizzontali e la forma finale del versante per a h = 5 % di g . Questi risultati evidenziano che anche un piccolo terremoto può provocare gravi danni al pendio e di conseguenza lo sbarramento del torrente Moscardo .

Figura 7 - Campo di spostamenti orizzontali dopo il terremoto, ah=5% g

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Le evidenze dei risultati mostrano pertanto la necessità di misure correttive quali sistemi di mitigazione al fine di evitare condizioni di alto rischio. Sulla base di uno studio di Bragato e Slejko (2004 )[6] , l'accelerazione sismica prevista nella zona potrebbe raggiungere il 28 % di g ed è significativamente più grande dell'accelerazione che causa frana di area vasta . Pertanto le opere di mitigazione sono state progettate e testate numericamente sotto l'ipotesi che dovrebbero essere efficaci con accelerazione pari fino al 28 % di g .

2.3.3 Pendio artificiale

Un compito importante nel quadro della gestione del rischio è quello di proporre opere di mitigazione, che possono stabilizzare pendii instabili e valutare la loro efficacia nel medio-lungo termine. In questo studio, è stato simulato un trend di spostamento di 10 anni e sono stati testati diversi tipi di opere permanenti di mitigazione strutturali, cioè pozzi verticali di drenaggio o fognature, sub-orizzontali, eventualmente accoppiate con pareti retro-sostenute fondate su pali, situati in aree chiave distinte della frana. Negli ammassi rocciosi altamente scomposti del corpo della frana la permeabilità può essere stimata nell'ordine di almeno di 1.0E-7 m/s. Questo assicura l'efficacia delle misure previste che però viene generalmente raggiunta alcuni mesi dopo l'attuazione del sistema di drenaggio . Per evitare danni in caso di riattivazione e/o accelerazione della frana , i pozzi di drenaggio possono essere accoppiati con muri in cemento armato fondati su pali trivellati contigui in loco. Il rinforzo può essere garantito da ancore retro-legate , installate e tese contro la faccia del muro . E ' degno sottolineare il fatto che , insieme all’ effettivo scopo di ritenzione, le pareti hanno anche la funzione chiave di garantire la protezione dei pozzi di drenaggio , che sono a loro volta causa stabilizzante del pendio abbassando il livello delle acque sotterranee , riducendo così le forze motrici e migliorando le proprietà dei materiali viscoplastici.

2.4 SIMULAZIONE DI DIFFERENTI SISTEMI DI DRENAGGIO

Sono stati considerati due sistemi di drenaggio possibili nella simulazione numerica: il primo composto da pozzi verticali di 60 m o 35 m di profondità; i pozzi dovrebbero essere situati nella parte centrale del pendio. Un secondo sistema è composto da drenaggi sub-orizzontali, situata all'altezza di circa 100 m rispetto al sistema di riferimento locale. I pozzi verticali sono idealmente costruiti continuamente nel tempo fino alla profondità di circa 60 m, cioè alla profondità della superficie di scorrimento. La modellazione numerica è stata suddivisa in 5 fasi di simulazione. La prima inizia dopo un periodo di creep di 2 anni, che è il tempo previsto tra inizio dell’installazione delle opere di mitigazione e il loro pieno funzionamento. Il tempo di scorrimento per ogni fase è uguale a 6 mesi, tranne quella finale, che dura da 4 a 12 anni. In Fig . 8a vengono visualizzate le curve di spostamento orizzontale in funzione del tempo di scorrimento per i 4 punti di marcatori scelti. Le linee continue rappresentano la situazione originale ( cioè senza drenaggio ) mentre le linee tratteggiate mostrano gli effetti con una serie di pozzi verticali profondi 60 m . L'influenza dei pozzetti sugli spostamenti è chiaramente evidente. Gli scarichi sub-orizzontali sono di circa 40 m di lunghezza. Questa soluzione tecnica è più economica rispetto ai pozzi verticali, avendo inoltre il vantaggio di un sistema di pompaggio non per forza necessario. Le curve di spostamento dei marcatori sono rappresentate in Fig. 8b. È evidente che questa soluzione di drenaggio a scarichi sub-orizzontali non è molto efficiente e non fornisce una corretta stabilizzazione del pendio, anche se insiemi di scarichi lunghi potrebbero probabilmente fornire effetti migliori. Il campo di spostamenti orizzontale dimostra che il

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pendio si muove approssimativamente in modo omogeneo, soprattutto nella parte centrale. Anche la regione superiore è molto instabile, quindi, questo tipo di drenaggio non è sufficiente per stabilizzare tutto il pendio.

Figura 8 - Spostamenti orizzontali nel processo di creep; Figura 9 – Spostamenti orizzontali nel processo di creep;(a) pozzi verticali profondi 60 m; (b) drenaggi (a) drenaggi sub-orizzontali e muri di sostegno; (b) pozzi sub-orizzontali. Profondi 35 m e muri di sostegno.

2.5 SIMULAZIONE DI DISPOSITIVI DI RITENUTA ED EFFETTI SISMICI

Un palo di fondazione e un muro di sostegno ancorato, raggiungente una profondità di 15 m è stato modellato nella parte inferiore del pendio, in prossimità del foro I2. La parete intercetta la superficie di scorrimento ed è fissata al substrato stabile, per circa 3 m. Si è supposto che il muro di contenimento è costituito da cemento armato, in modo che possa essere considerato elastico, con il modulo di elasticità pari a Ew = 20000 MPa, ed è stato creato con tali specifiche. Il diametro del palo è pari a 0,8 m e la spaziatura tra le aste è di 1 m.

Sono state effettuate due prove di simulazione:

▪ Muro e scarichi sub-orizzontali;▪ Muro di contenimento e pozzi di drenaggio verticali, con una profondità di 35 m.

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I risultati della simulazione hanno evidenziato che l'effetto della parete è limitato alla regione inferiore, quindi, al fine di essere efficace per l’intero pendio, deve essere accoppiata con un sistema di drenaggio. Le curve di spostamento orizzontale corrispondente ai marcatori comprovanti l'effetto di stabilizzazione sono mostrate in fig . 9. Come nei casi precedenti , una concentrazione di spostamento orizzontale può ancora essere osservata nella parte inferiore del pendio . Si può notare che anche la parete subisce spostamenti orizzontali abbastanza grandi, dell'ordine di 8 cm. La stabilizzazione è assicurata anche se il pendio è vuotato con pozzi di drenaggio verticali profondi 35m e sostenuti dal muro di contenimento progettato. Le curve di spostamento orizzontale in corrispondenza dei marcatori in funzione del tempo di scorrimento sono mostrati in fig . 9b .

L'effetto di una accelerazione orizzontale generata da un evento sismico , con un valore che va da 0 % a 100 % di g , è stato testato con riferimento ai dati sismici sull’ accelerazione massima di eventi sismici passati da Bragato e Slejko (2004 ) , cioè 28 % di g . Tenendo conto di questo valore è stato possibile limitare la gamma delle simulazioni al 5-30 % di g . Tuttavia , è interessante notare che il rapporto tra spostamenti e accelerazione non è lineare e che l'effetto del tasso di accelerazione diminuisce nel caso dei suoi valori più elevati . È stato considerato il sistema di mitigazione composto da pozzi di drenaggio verticali e un muro di contenimento . La procedura di calcolo è la stessa come nel caso del pendio in condizioni naturali. I risultati tradotti in termini di curve di spostamento nelle diverse parti del pendio in funzione delle accelerazioni sono mostrati in Fig. 10 . L'effetto positivo del muro di sostegno è chiaramente visibile , come lo spostamento orizzontale nella parte inferiore del pendio , dove si trova il punto di registrazione 5 ( vicino al muro di contenimento) , il quale circa due volte più piccolo della spostamento nella sua parte centrale e superiore .

Figura 10 - Spostamenti del pendio stabilizzato in funzione dell'accelerazione orizzontale prodotta dal terremoto

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3. ANALISI CRITICA E CONSIDERAZIONI

Lo studio in esame si occupa della modellazione numerica di una grande frana roto-traslazionale, che interessa l’area del bacino del torrente Moscardo. Il modello geomeccanico è stato costruito sfruttando la grande quantità di dati recuperati dalle indagini geologiche e dalla rete di monitoraggio, che ha permesso di determinare la geometria della massa in movimento, le condizioni idrogeologiche e l'entità degli spostamenti in diversi settori del versante.

Una della maggiori criticità, soprattutto qualora come nel caso in esame si voglia effettuare una simulazione numerica del fenomeno franoso, è la scelta dei punti da monitorare nonché degli strumenti da utilizzare per effettuare il monitoraggio. Da questi elementi infatti, oltre che dalle ipotesi del modello numerico dipenderà l’affidabilità dei risultati ottenuti. Va precisato che l’area da investigare è relativamente ampia e pertanto utilizzare una copertura tramite rete GPS si è rivelata una scelta azzeccata in tal senso per il monitoraggio degli spostamenti. Tuttavia le problematiche connesse al posizionamento dei 2 riferimenti e dei 13 benchmarks sono risultate evidenti. Gli stessi autori ammettono che “il posizionamento dei 13 parametri di riferimento nel bacino del Moscardo è stato strettamente influenzato dalla morfologia del territorio , e dalla presenza di alberi che ostruiscono i segnali satellitari causando errori di multipath…… I dati raccolti in M12, M13 sono molto rumorosi, a causa della presenza di alti alberi vicino ai pilastri e anche se le differenze delle coordinate misurate suggeriscono che si sono verificate deformazioni, essi non possono essere ritenuti affidabili dal punto di vista statistico.” Non a caso ben 10 dei 13 parametri sono stati locati sulla cresta crinale della montagna , vicino alla corona della DSGSD, mentre solo 3 sono stati installati sulla frana. Tale scelta se da un lato consente di approfondire lo studio del fenomeno DSGSD[7], piuttosto diffuso nelle Alpi Europee e dai cinematismi non ancora del tutto definiti, rischia di concentrarsi poco sulle frane “collaterali” ad esso correlate, ovvero sugli eventi singoli di versante.

La collocazione dei fori per i sondaggi geotecnici, nonché per le misure di carattere inclinometrico ed idrogeologico è stata più agevole e ben pensata, coprendo in maniera significativa il corpo della frana nonché la zona di deposito dove è installato il foro I3.

Il confronto incrociato tra le due tecniche di monitoraggio utilizzate mostra ancora una volta la criticità della scelta dei punti da monitorare evidenziata in precedenza: il fatto che il tasso di spostamento derivato dall’ inclinometro è di circa 10 volte superiore al tasso di spostamento derivato dal benchmark M11 , che è molto vicino al foro , è dovuto al fatto che il punto GPS è stato posto sopra la spalla di un diga di controllo in calcestruzzo , la cui fondazione è più profonda rispetto alla superficie di scorrimento e quindi meno deformabile rispetto ai materiali circostanti .[8]

Rilevante infine nell’ambito del monitoraggio il fatto che i due piezometri elettrici installati non abbiano rilevato in 2 anni di misure ad alta frequenza, significative variazioni del livello di falda, nonostante la regione sia interessata da eventi di pioggia piuttosto intensi e che il torrente Moscardo sia alimentato da monte da una sorgente perenne.

Qualche considerazione va fatta sulle ipotesi del modello utilizzato per la simulazione numerica nei diversi scenari tramite il software FLAC 2D (Fast lagrangiana Analisi Continua, ITASCA, 2000), un codice di continuum bidimensionale alle differenze finite per la modellazione di suolo, roccia e comportamento delle strutture, dotato dell'opzione di scorrimento.

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Siccome la descrizione del supporto dal punto di vista geotecnico non era sufficiente a costruire il modello corretto a priori , una procedura di "trial and error " è stata seguita nei calcoli, rinunciando comprensibilmente ad una costosa e laboriosa indagine geotecnica della sovrastruttura in corrispondenza della superficie di scorrimento. La procedura ha coinvolto ovviamente i parametri geotecnici in gioco, i quali sono stati variati fino a convergenza con le misure sperimentali. Pertanto la taratura del modello è stata fatta a posteriori.

I parametri viscosi sono difficili da valutare. Prove Creep di laboratorio potrebbero essere utili , ma sia l'effetto di scala a causa delle dimensioni del campione rispetto alla superficie di taglio , e l'effetto scala temporale dovuto alla durata effettiva del test rispetto al processo di scorrimento naturale del versante non possono essere superati . Pertanto , lo studio di questi fenomeni è basato su un insieme limitato di dati sperimentali .

Nonostante le semplificazioni necessarie il modello sembra adattarsi bene alla realtà e l'analisi numerica fornisce importanti informazioni sul comportamento dello scorrimento roto-traslatorio della frana del Moscardo, classificabile come frana lenta. [4]

La simulazione di creep in condizioni statiche ha predetto un processo di deformazione monotono e lineare. In queste condizioni , la probabilità di uno smottamento improvviso del versante con il conseguente sbarramento del torrente Moscardo è relativamente bassa , anche se non è possibile escludere totalmente l'accelerazione dei movimenti in caso di evento meteoclimatico estremo. In questa situazione , la progettazione e la costruzione di qualsiasi opera di mitigazione potrebbe essere considerata eccessiva in quanto , anche se potrebbe in teoria fermare completamente la deformazione, il rapporto costi/benefici sarebbe davvero troppo alto . La situazione si capovolge se si prendono in considerazione gli effetti sismici. I terremoti generando una accelerazione orizzontale ah>3.5 % di g sarebbero in grado di deformare il pendio molto intensamente , provocando il suo collasso ed il conseguente sbarramento del torrente . In questo caso particolare , la costruzione di un sistema di drenaggio supportato dalla costruzione di un muro di sostegno potrebbe migliorare la stabilità del pendio , in particolare nella sua parte inferiore , sopportando accelerazioni orizzontali fino al 20-30 % di g . In queste condizioni le opere di mitigazione diventano necessarie , in quanto diminuiscono in modo significativo la possibilità di collasso del pendio.

Il risultato più importante della modellazione numerica è la simulazione del comportamento della frana nelle sue fasi di sviluppo, a partire dal presente e in condizioni mutevoli successive, cioè dopo l'introduzione di insiemi di opere di mitigazione. Scenari di diversi tipi di contromisure collocate in posti diversi sono stati analizzati al fine di valutare il più efficace. Questo studio mostra che le indagini geologiche e geotecniche, insieme ad un sistema di monitoraggio efficace, sono essenziali per una modellazione numerica affidabile, a dimostrazione che un approccio multidisciplinare accurato e ben pianificato può portare ad una migliore gestione del rischio frana, che fornisce le linee guida generali per la sua mitigazione. I risultati di questa metodologia può aiutare i decisori nella scelta delle soluzioni tecniche più efficaci che possono essere analizzate in termini di costi e benefici.

Stante le ipotesi di mitigazione proposte e correttamente analizzate dal modello proposto dagli Autori, ci si pone la seguente domanda: dati gli elevati volumi in gioco, gli effetti derivabili da uno straripamento frana-indotto del Moscardo e l’entità dei fattori coinvolgenti gli elementi a rischio nonché la vulnerabilità che per ipotesi sembrerebbero non trascurabili, potrebbe essere questo il caso

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per i decisori di prendere in considerazione sempre in relazione ad un analisi costi-benefici una delocalizzazione?

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