Sistemi Integrati per il Monitoraggio, l’Early Warning e la Mitigazione del Rischio Idrogeologico

lungo le grandi vie di comunicazione

OR 4 - MODELLI

Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Competitività 2007-2010”

25 Luglio 2013

OR 4 – MODELLI

Modelli di previsione degli spostamentiPrevisione (Forecasting): capacità di

valutare probabilisticamente tempo, ubicazione e dimensione di un prossimo

evento disastroso.

OR 4 – MODELLI - Composizione

OR.4

WP 4.1

WP 4.2

WP 4.3

Modello areale - GEOTOP

Modello completo di versante - SUSHI

Modello di propagazione – SCIDDICA d1

Modello Idrologico FLaIR (Forecasting of Landslides Induced by Rainfall)

Il modello FLaIR operativoIl modello SCIDDICA operativo

Il modello GETOP [I]Il modello SUSHI [I]

OR 4 – MODELLI - Composizione

STRUTTURA SOFTWARE

Processing Post-Processing

Pre-Processing

Modulo Idraulico

Modulo Geotecni

co

[C] [C]

1. Carica Dxf Strati

[C]

Lettura file Dxf, Individuazione e gestione Polilinee

2. Carica Dati Stratigrafia

[C]

Lettura file testo, Associazione dati

fisico-meccanici alle polilinee

3. Carica Dati Pioggia [C]

- Lettura e memorizzazione in Struttura dati

4. polilinea, combinazioni di Macroelementi [C]

5. Def. combinazione ottimale Macroelementi [C]

Criterio di Valutazione Regolarità

6. Da strutt. Polilinea a Strutt. Macroelementi [C]

7. Visualizzazione a schermo della mesh generata [N]

8. Numerazione nodi nel Riferimento Globale [I]

9. Infittimento mesh

[N]

10. Algoritmo di rinumerazione dei nodi [N]

11.Gestione Interfaccia Grafica

[I]

GEOMETRIA E STRATIGRAFIA

INPUT DATI

CREAZIONE MESH PRIMARIA

• Rainfall data• Physical and mechanical param.• Boundary and initial conditions

INFITTIMENTO MESH

Pre-Processing

Post-ProcessingProcessing

Modulo Idraulico

EXIT Modulo Geotecnico

1. Implementazione e gestione elemento finito [C] [C]

2. Scrittura Equazione di Richards

in forma matriciale [C] [C]

3. Formulazione isoparametrica [C]

[C]

4. Traduzione e passaggio al Linguaggio C++ [N] [C]

5. Implementazione matrici dell’elemento [C]

[C]

6. Assemblaggio matrici globali [C]

[C]

7. Definizione forzante [C] [C]

8. Definizione condizioni al contorno [C]

[C]

9. Discretizzazione temporale [C]

[C]

10.Procedura iterativa non lineare [C] [C]

Mag.2013

Lug2013

Pre-Processing

Post-ProcessingProcessing

Procedura iterativa

implementata in

MAPLECONFRONTO

Procedura iterativa

implementata in

C++

Modulo Geotecnic

o1. Inizializzazione e allocazione memoria [C]

[C]

2. Acquisizione modello di simulazione [C]

[C]

3. Def. Sistema algebrico risolutivo [C] [C]

4. Generazione stato tensionale iniziale

con procedura gravity loading [C]

[C]

5. Calcolo spostamenti e stato tenso-deformativo [C]

[C]

6. Verifica violazione criterio snervamento [C]

[C]

7. Analisi step-by-step

in funzione dell’output del modulo idraulico [I] [C]

Risposta tenso-deformativa

Calcolo Fattore di sicurezza [C] [C]

Mag.2013

Lug2013

Pre-Processing

Post-ProcessingProcessing

Modulo Idraulico

…

DISPLAYING RESULTS

MODEL VALIDATION

Instruments

in Place

Software Output

COMPARISON

Pre-Processing

Post-ProcessingProcessing

GEOtop-OMS3 Integration Sarno Application

Fino ad Aprile 2013 Modello areale - GEOTOP

Modello areale - GEOTOP

Work in progress:

Applicazione a nuovi casi

Sviluppo del modulo per il calcolo probabilistico del fattore di sicurezza

Sviluppo della procedura per la visualizzazione delle mappe FS

Work in progress (1/3): Drake river basin calibration

Input data: Radiation Rainfall

Air Temperature Relative Humidity

Simulation time step: daily

Input data: Radiation Rainfall

Air Temperature Relative Humidity

Simulation time step: daily

Soil moisture raster maps at 30 cm depth

Work in progress (2/3): Drake river basin raster sim.

Soil Water Content Simulation Simulation period: 01-02-2008 – 01-02-2009

Time step: hourly

Work in progress (3/3): frana A3 Sa-Rc Rogliano

Km 26025-01-2009 ore 22.00 circa

15 Trento 17 June 2011G. Formetta, Trento 24 June 2011Leipzig 05 July 2012G. Formetta, Formetta G., ARS-USDA-Fort Collins (CO)Formetta G., University of Trento (Italy)

Where the landslides are?

I/O GIS integration

Parameter estimation

Model Setup

Measurementdata

3D-(Multi)Point simulations

I/O GIS integration

GEOtop Model

Model Setup

Raster simulations

MODEL OUTPUT:

• Soil moisture maps for each layer (SM)

• Suction maps for each layer (WP)

SAFETY FACTOR MAP COMPUTATION:

FS(WP, SM, C, φ, SLOPE, etc.)

Prove e parametri necessari

Definizione della geometria – dominio di indagine

Definizione delle coperture Caratterizzazione dei parametri idraulici e

geotecnici Definizione delle Curve Caratteristiche (SWRC)

Validazione degli spostamenti calcolati:

• Spostamenti superficiali

• Spostamenti profondi Misure inclinometriche

Sensori superficiali

Sistemi Integrati per il Monitoraggio, l’Early Warning e la Mitigazione del Rischio Idrogeologico

lungo le grandi vie di comunicazione

OR 4 - MODELLI

Programma Operativo Nazionale “Ricerca e Competitività 2007-2010”

25 Luglio 2013

Modello elasto-plastico perfetto alla Mohr-Coulomb I parametri che descrivono il modello sono 6:

• Peso dell’unità di volume γ

• Modulo elastico di Young E• Coefficiente di Poisson ν

• Coesione c’• Angolo di attrito interno φ’ • Angolo di dilatanza ψ

Prove triassiali, edometriche

Prove triassiali, taglio diretto

Identificazione del terreno

• Spostamenti superficiali

• Spostamenti profondi Misure inclinometriche

Sensori superficiali

Validazione

• Valori della pressione neutra e suzione (piezometro e tensiometro)• Valori del contenuto d’acqua (TDR)

• Stato tensionale (celle di pressione)

Modello elasto-plastico perfetto alla Mohr-Coulomb I parametri che descrivono il modello sono 6:

• Peso dell’unità di volume γ

• Modulo elastico di Young E• Coefficiente di Poisson ν

• Coesione c’• Angolo di attrito interno φ’ • Angolo di dilatanza ψ

Prove triassiali, edometriche

Prove triassiali, taglio diretto

Identificazione del terreno

1. Collegamenti con le altre OR2. Dati e misure in ingresso ai modelli3. Uscite dei modelli

OR 4 – MODELLI

OR4

OR 1

OR 2

OR 6

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

OR 1Scelta appropriata del sito di indagine/applicazione dei modelliOR 2Scelta dei sensori/strumentazioni a supporto dei modelliOR 6Definizione dei flussi di scambio tra il CAED ed i modelli

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Modello puntuale – SUSHI

• Contenuti Idrici• Valori delle

suzioni e pressioni neutre

Modulo Idraulico

• Stati tensionali

• Stati deformativi

• Spostamenti

Modulo Geotecnico

• LIVELLO 1• FS Equilibrio Limite

(rigido plastico)• LIVELLO II• FS pendio (elasto-

plastico)• Tensioni e Deformazioni

USCITA

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Modello puntuale – SUSHI

File txt con contenuti alfa-numericiImmagini a bande di colori (s, e, s,

u…)Immagini con vettori direzione

spostamento…… E.W.S (???)

•Contenuti Idrici•Valori delle suzioni e pressioni neutre

Modulo Idraulico

•Stati tensionali

•Stati deformativi

•Spostamenti

Modulo Geotecnico

• LIVELLO 1• FS Equilibrio Limite (rigido plastico)

• LIVELLO II• FS pendio (elasto-plastico)

• Tensioni e DeformazioniUSCITA

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

FSpendio

>FSsoglia

FSpendio≥FS1

Procedura 1

FS1<FSpendio≤FS2

Procedura 2

FSpendio>FS2

Procedura 3

<FSsoglia

Nessuna procedu

ra

FS pendioE.W.S (???)

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Risposta tenso-deformativa

E.W.S (???)

0

50

100

150

200

250

19/ 5/ 200712:00

19/ 5/ 200715:00

19/ 5/ 200718:00

19/ 5/ 200721:00

20/ 5/ 200700:00

20/ 5/ 200703:00

20/ 5/ 200706:00

20/ 5/ 200709:00

20/ 5/ 200712:00

20/ 5/ 200715:00

Cumulative Ra

infall (m

m)

N51 - Po Toi N19 - Lantau N11 - Tsing Yi N26 - Cheung Chau N21 - Tung Chung N25 - Peng Chau H28 - Shek O N23 - Lantau H15 - Stanley N49 - Tuen Mun

dYYpYEPEP tt |

s

u

1Y2Y

3Y

)(tY

tt t

attivazione della fase 1

t

Attivazione della fase 2

t

Attivazione della fase 3

Trasmissione dei dati di pioggia IN TEMPO REALE

Y(t)

Valutare la Criticità

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Modello propagazione – Sciddica

Ad ogni Step e per ogni Cella è possibile avere le seguenti informazioni:• Quota• Spessore di Detrito in

Transito o Accumulato• Velocità ed Energia del

Detrito • Profondità della

Copertura Detritica

Alla fine della Simulazione è possibile avere GRID-ASCII contenete:• Area invasa dalla Frana • Morfologia Modificata• Depositi di Detrito

Finali• Profondità della

Copertura Detritica Finale

Step 0

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Modello propagazione – Sciddica

Collegamenti con le altre OR

Dati e misure in ingresso ai modelli

Uscite dei modelli

Modello propagazione – Sciddica

Step finale