Laurea Magistrale in Ingegneria per l’ambiente ed il territorio

1. FACOLTA’ DI INGEGNERIA Laurea Magistrale in Ingegneria per l’ambiente ed il territorio CORSO DI FRANE Anno Accademico 2013/2014 Prof. Ing. Michele Calvello ESERCITAZIONE n.4 Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese. Monitoraggio, modellazione numerica e mitigazione del rischio della frana del Moscardo (Alpi Orientali Italiane) Allievo: IandoliStefano 0622500144

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

3. ILLUSTRAZIONE CASO STUDIO: Area 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 Km2; Volume stimato della frana: 2 milioni di m3 Tipologia di fenomeno franoso: profonda frana roto-traslazionale associata ad una Deep-SeatedGravitationalSlopeDeformation Deformazione gravitativa profonda di versante (DSGSD)

4. ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO: tipo di monitoraggio e obiettividello studio 2 Piezometri elettrici (livello di falda) 3 Inclinometri (spostamenti orizzontali) STRUMENTI DI MONITORAGGIO 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: caratterizzazionegeologica 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! 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 dell’erosione) 3 fori: I3 ( 60 m di materiale alluvionale del torrente Moscardo) STRATO SUPERIORE (s= 60m, materiale di franoso disintegrato); Indagine geofisica: 2 STRATI STRATO INFERIORE (substrato roccioso)

6. IL LAVORO DEGLI AUTORI: sistema di monitoraggio • SETUP RETE GPS: • Tempo di acquisizione: 20 min; • Frequenza di campionamento 2s 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)

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: simulazionenumericadellafrana(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: simulazionenumericadellafrana(PENDIO NATURALE) Pendio naturale (condizioni statiche) Sostanziale congruenza tra spostamenti misurati e simulati con riferimenti ai primi 194 giorni. Pendio naturale (condizioni sismiche) NOTA: L’applicazione dell’accelerazione orizzontale ah è compresa tra l’ 1% ed 5% di g

10. IL LAVORO DEGLI AUTORI: simulazionenumericadellafrana(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 all’altezza 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 l’ultima che dura da 4 a 12 anni. Spostamenti orizzontali nel processo di creep: pozzi verticali profondi 60 m; drenaggi sub-orizzontali.

11. IL LAVORO DEGLI AUTORI: simulazionenumericadellafrana(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= 20000 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: Drenaggi sub-orizzontali + muro di sostegno; Drenaggi verticali + muro di sostegno.

12. IL LAVORO DEGLI AUTORI: simulazionenumericadellafrana(PENDIO ARTIFICIALE) • EFFETTI SISMICI: • Test effettuato sull’opera di mitigazione costituita dal muro • di sostegno unitamente al drenaggio verticale. • Accelerazione orizzontale: ah= 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 dell’area • 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. • Idue 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., 1991. Rainfall over Friuli Venezia Giulia: high amounts and strong • geographical gradients. Theoretical and Applied Climatology 43, 175–180. • [2] Venturini, C., 2002. Geological Map of the Carnic Alps. Museo Friulano di Storia Naturale. • [3]Zischinsky, U., 1966. 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., 1996. 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., 1969. Elasticity, Fracture and Flow. Menthuen & Co. Ltd. and Science. 231 pp. • [6] Bragato, P.L., Slejko, D., 2004. 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, 13-33. • [8] Josep A. Gili et al.,2000, Using Global Positioning System techniques in landslide monitoring, Engineering • Geology, 55, 167-192. • 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!)