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Laurea Magistrale in in Ingegneria per lambiente ed il territorio CORSO DI FRANE Anno Accademico 2013/2014 ESERCITAZIONE n.4 Analisi di un caso di studio.

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1 Laurea Magistrale in in Ingegneria per lambiente ed il territorio CORSO DI FRANE Anno Accademico 2013/2014 ESERCITAZIONE n.4 Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese. Prof. Ing. Michele Calvello Allievo: Iandoli Stefano FACOLTA DI INGEGNERIA Monitoraggio, modellazione numerica e mitigazione del rischio della frana del Moscardo (Alpi Orientali Italiane)

2 SOMMARIO ILLUSTRAZIONE CASO STUDIO IL LAVORO DEGLI AUTORI ANALISI CRITICA E CONCLUSIONI BIBLIOGRAFIA Affidabilità dei risultati prodotti Discussione delle ipotesi del modello numerico Gestione del rischio? Definizione dellarea oggetto di studio e della tipologia del fenomeno franoso Tipologia di monitoraggio effettuato e obiettivi dello studio condotto Caratterizzazione geologica e geomorfologica SISTEMA DI MONITORAGGIO Simulazione numerica della frana Simulazioni di sistemi di drenaggio Simulazione di dispositivi di ritenuta

3 ILLUSTRAZIONE CASO STUDIO: A REA OGGETTO DI RIFERIMENTO E TIPOLOGIA DI FRANA Collocazione geografica: Bacino del torrente Moscardo, Alpi Orientali Italiane, versante Nord-Occidentale del monte Paularo, Friuli Venezia Giulia, UD Dimensione del bacino : 5,5 Km 2 ;Volume stimato della frana: 2 milioni di m 3 Tipologia di fenomeno franoso: profonda frana roto-traslazionale associata ad una Deep-Seated Gravitational Slope Deformation Deformazione gravitativa profonda di versante (DSGSD)

4 ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO: TIPO DI MONITORAGGIO E OBIETTIVI DELLO STUDIO STRUMENTI DI MONITORAGGIO 3 Inclinometri (spostamenti orizzontali) 2 Piezometri elettrici (livello di falda) Rete GPS composta da 15 indicatori ( 2 riferimenti e 13 benchmarks, per la misura di spostamenti) OBIETTIVI DELLO STUDIO: Simulazione numerica in termini di spostamento della frana nelle condizioni di: pendio naturale, pendio artificiale ( in condizioni sia statiche che sismiche); Simulazione di differenti sistemi di drenaggio; Simulazione di dispositivi di ritenuta anche in presenza di effetti sismici; Il lavoro si propone come base per la gestione del rischio nella maniera più opportuna, ottimizzando risorse e tecnologia.

5 IL LAVORO DEGLI AUTORI: CARATTERIZZAZIONE GEOLOGICA E GEMORFOLOGICA Ammassi rocciosi affioranti nel bacino, di età Carbonifera Consistenti in flysch altamente fratturati e alterati, con quarzo–arenarie torbiditiche e scisti grigi, feldspato-arenarie e scisti verdastri con brecce vulcaniche esplosive. Materiale molto fragile e facilmente erodibile! 3 fori: I1 ( 100 m, miscela di terra e roccia sciolta, argillite con inclusi lapidei) I2 ( 80 m, stessa sequenza ma con Affioramenti rocciosi rilevati alla Profondità di 10 m per via dellerosione) I3 ( 60 m di materiale alluvionale del torrente Moscardo) Indagine geofisica: 2 STRATI STRATO SUPERIORE (s= 60m, materiale di franoso disintegrato); STRATO INFERIORE (substrato roccioso)

6 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SISTEMA DI MONITORAGGIO Rete GPS composta da 15 indicatori ( 2 riferimenti e 13 benchmarks, per la misura di spostamenti) Tutti installati su pilastri di cemento, 10 sulla cresta crinale della montagna, 3 sulla frana Entità degli spostamenti misurati : - Nessuno spostamento significativo tra (ottobre 2006 e maggio 2007) - Per M04 e M11 spostamento planare di 2,23 cm e 1,84 centimetri, in 12 mesi (da ottobre 2006) SETUP RETE GPS: Tempo di acquisizione: 20 min; Frequenza di campionamento 2s

7 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SISTEMA DI MONITORAGGIO PIEZOMETRI ELETTRICI (P1,P2) Periodo di acquisizione: 2 anni di misure continue; Frequenza di campionamento: 30 min. Nessuna oscillazione significativa del livello di falda MISURE INCLINOMETRICHE Periodo di acquisizione: lo stesso della rete GPS; Serie di letture: 5 per I1 e 4 per I2 Spostamenti ricavati: 1 cm/mese (I1); 1,5 cm/mese (I2). Zone di scorrimento: (52-62)m per I1; (9-10)m per I2.

8 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA (IMPOSTAZIONE) Simulazione numerica effettuata con: FLAC 2D Sezione trasversale caratteristica: NE-SW Suddivisione geotecnica del pendio in 3 zone: substrato roccioso, zona in frana e zona di scorrimento compresa tra le 2 dello spessore di circo 2m. TABELLA DEI PRINCIPALI PARAMETRI GEOTECNICI UTILIZZATI NOTA: Il set ottimale dei parametri è stato ottenuto con un analisi a posteriori, mediante una procedura di «Trial and error».

9 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA (PENDIO NATURALE) Pendio naturale (condizioni statiche) NOTA: Lapplicazione dellaccelerazione orizzontale a h è compresa tra l 1% ed 5% di g Sostanziale congruenza tra spostamenti misurati e simulati con riferimenti ai primi 194 giorni. Pendio naturale (condizioni sismiche)

10 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA (PENDIO ARTIFICIALE) SIMULAZIONI DI 2 DIFFERENTI SISTEMI DI DRENAGGIO: Pozzi verticali di 60m e 35m di profondità, situati nell parte centrale del pendio. Drenaggi sub-orizzontali situati allaltezza di 100 m rispetto al sistema di riferimento locale ( si estendono per circa 40 m) Simulazione in 5 fasi di funzionamento; la prima fase inizia dopo un periodo di creep della durata di 2 anni. Ogni fase dura 6 mesi, tranne lultima che dura da 4 a 12 anni. Spostamenti orizzontali nel processo di creep: (a)pozzi verticali profondi 60 m; (b)drenaggi sub-orizzontali.

11 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA (PENDIO ARTIFICIALE) SIMULAZIONI DI DISPOSITIVI DI RITENUTA: Muro di sostegno ancorato in cemento armato, inserito per una profondità di 15 m. La parete intercetta la superficie di scorrimento ed è fissata al substrato stabile per circa 3m. Modulo di elasticità: Ew= Mpa Pali di fondazione: diametro = 0,8 m; interasse = 1m Il muro è stato testato in accoppiamento con i drenaggi in due prove distinte di simulazione: Muro + drenaggi sub-orizzontali Muro + drenaggi verticali (35 m) Spostamenti orizzontali nel processo di creep: (a)Drenaggi sub-orizzontali + muro di sostegno; (b)Drenaggi verticali + muro di sostegno.

12 IL LAVORO DEGLI AUTORI: SIMULAZIONE NUMERICA DELLA FRANA (PENDIO ARTIFICIALE) EFFETTI SISMICI: Test effettuato sullopera di mitigazione costituita dal muro di sostegno unitamente al drenaggio verticale. Accelerazione orizzontale: a h = 5-30% g Spostamenti orizzontali: Effetti positivi con riduzione degli spostamento pari alla metà tra la zona inferiore del pendio in cui è situato il muro di contenimento e quella superiore.

13 ANALISI CRITICA E CONLUSIONI: Una della maggiori criticità, è la scelta dei punti da monitorare nonché degli strumenti da utilizzare per effettuare il monitoraggio. Rete GPS utilizzata per il monitoraggio degli spostamenti: garantisce buona copertura dellarea da monitorare, ma comporta problematiche nel posizionamento di riferimenti e benchmarks in aree vegetate che ne consizionano fortemente il collocamento ( alcuni parametri hanno fornito dati disturbati e alcune incongruenze con le rilevazioni inclinometriche. 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. I due piezometri elettrici installati non hanno 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.

14 ANALISI CRITICA E CONLUSIONI: Ipotesi del modello numerico di simulazione: analisi a posteriori dei parametri geotecnici tramite procedura «prova e correggi». I parametri sono stati variati di volta in volta fino a convergenza con i dati misurati. 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,che 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. 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. Delocalizzazione? ( è una zona ad alto rischio!)

15 BIBLIOGRAFIA [1] Ceschia, M., Micheletti, S., Carniel, R., Rainfall over Friuli Venezia Giulia: high amounts and strong geographical gradients. Theoretical and Applied Climatology 43, 175–180. [2] Venturini, C., Geological Map of the Carnic Alps. Museo Friulano di Storia Naturale. [3] Zischinsky, U., On the deformation of high slopes. Proc. 1st Int. Congr. Rock Mech., Lisbon, Sect. 2, pp. 179–185. [4] Cruden, D.M., Varnes, D.J., Landslide type and processes. In: Turner, A.K., Shuster, R.L. (Eds.), Landslide Investigation and Mitigation. Natl. Acad. Press, Washington, D.C., pp. 36–75. [5] Jaeger, J.C., Elasticity, Fracture and Flow. Menthuen & Co. Ltd. and Science. 231 pp. [6] Bragato, P.L., Slejko, D., Empirical ground motion attenuation relations for the Eastern Alps in the magnitude range 2.5–6.3. Bulletin of the Seismological Society of America 95, 252–276. [7] G.B. Crosta et al., 2013, Deep seated gravitational slope deformations in the European Alps, Engineering Geology 605, [8] Josep A. Gili et al.,2000, Using Global Positioning System techniques in landslide monitoring, Engineering Geology, 55, 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,che 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. 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. Delocalizzazione? ( è una zona ad alto rischio!)


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