Applicazione del modello SLIP come sistema di pre-allerta per fenomeni franosi superficiali indotti da pioggia

Modellazione spazio-temporale di soil slip

Un approccio multi-scala per la definizione di un sistema di pre-allerta per fenomeni franosi superficiali indotti da pioggia

INTRODUZIONE
Con la terminologia anglosassone “soil slip” si intendono i movimenti franosi della coltre di terreno superficiale indotti da pioggia, che si sviluppano in ambiente prealpino, appenninico o in zone collinari. Questi fenomeni sono stati ampiamente descritti in letteratura scientifica da diversi autori in relazione a differenti aree geografiche: California (Campbell, 1975; Ellen & Fleming, 1987; Wieczorek, 1987); Nuova Zelanda (Claessens et al., 2007; Schmidt et al., 2008); Portogallo (Zezere et al., 2008); Italia (Luino, 1997; Crosta & Dal Negro, 2003; Crosta et al., 2003; Guzzetti et al., 2004; Cascini et al., 2005; Giannecchini & Pochini, 2003); Svizzera (Meusburger & Alewell, 2008); Austria (Moser & Hohensinn, 1983). Come notato dalla maggior parte degli autori, questi fenomeni accadono principalmente in concomitanza con piogge brevi e molto intense o dopo lunghi periodi piovosi o a seguito di un repentino scioglimento delle nevi. In altre parole, l’innesco di questi fenomeni è strettamente correlato alla saturazione del terreno superficiale. La loro pericolosità è legata alla rapidità d’innesco, alla mancanza di indizi premonitori e all’elevata intensità di distribuzione dei singoli fenomeni sul territorio. In occasione di particolari condizioni meteorologiche, porzioni di terreno superficiale si staccano dagli strati più addensati sottostanti, o dal tetto del substrato roccioso sul quale poggiano e, muovendosi su una superficie in genere sub-planare, traslano verso valle evolvendo a volte in colata con elevata velocità. A fronte di una manifesta pericolosità, soprattutto per le infrastrutture, le coltivazioni e talvolta anche per le aree antropizzate, è singolare che a questa tipologia di frana non sia stata quasi mai associata una memoria storica, per lo meno in Italia (Guzzetti et al., 2005). Rari sono i censimenti, e tanto più le descrizioni cartografiche, di eventi alluvionali che hanno tenuto nella dovuta considerazione tali movimenti franosi. Tuttavia, dall’esperienza degli eventi accaduti in passato, è certo che l’innesco dei soil slip è strettamente correlato all’andamento degli eventi meteorologici. Per prevederne l’accadimento risulta, quindi, imprescindibile la valutazione dell’intensità di pioggia, pregressa o prevista, nonché le caratteristiche geotecniche del terreno, la pendenza dei versanti e l’uso del suolo.
In particolare, date le caratteristiche del fenomeno, se l’obiettivo è quello della previsione dei soil slip a scala territoriale, si rende utile un modello d’innesco fisicamente basato che permetta una correlazione diretta tra proprietà del terreno ed andamento delle piogge e che sia allo stesso tempo sufficientemente semplificato da poter essere implementato in un dispositivo di monitoraggio in tempo reale. Lo scopo della ricerca brevemente descritta in questa nota è stato quello di sviluppare un sistema di previsione real-time che permettesse di correlare direttamente l’andamento delle piogge con la probabilità d’innesco di uno scivolamento superficiale su un pendio. Per raggiungere tale scopo, è stato messo a punto un modello semplificato (SLIP) atto alla valutazione del fattore di sicurezza di pendii potenzialmente instabili, direttamente correlabile con l’andamento delle precipitazioni piovose (Montrasio, 2000).
Nel presente articolo saranno mostrati i principali risultati dell’applicazione del modello SLIP a varie scale di riferimento. In particolare, in vista della previsione dei fenomeni a scala regionale e nazionale, SLIP è stato reso operativo mediante la sua implementazione in un sistema che permette la diretta correlazione tra parametri geotecnici del territorio ed andamento delle piogge. Tale strumento, utilizzato in via sperimentale, consente di confrontare in continuo le precipitazioni previste ed osservate sul territorio con il rischio di soil slip in termini di fattore di sicurezza.

GENESI DEL MODELLO SLIP
Sin dal 1996, sulla scorta di osservazioni di numerosi fenomeni reali occorsi durante l’alluvione del Piemonte del 1994 e sulla base dei risultati di prove di laboratorio in canaletta, L. Montrasio ha messo a punto un modello semplificato, denominato SLIP, che fornisce l’evoluzione del fattore di sicurezza di un pendio indefinito al variare del tempo, correlandolo ai dati di pioggia (reale o prevista) e alle caratteristiche geometriche, meccaniche e idrauliche del terreno (Montrasio, 2000).

Prima di descrivere il modello, appare utile soffermarsi sulle condizioni del terreno e sui processi che possono causare questi fenomeni durante un evento piovoso.

1. Il soil slip coinvolge uno strato superficiale di terreno, di spessore massimo 1.5m, che assume caratteristiche ben diverse da quelle che si intendono generalmente nell’ambito dell’ingegneria geotecnica, specie per quanto concerne le proprietà idrauliche. Questo strato di terreno, che viene generalmente rimosso nel caso si debba realizzare una struttura o un’infrastruttura, contiene numerosi pori, piccoli canali e fessure generati, a loro volta, da numerosi processi, tra cui l’azione di piccoli organismi animali e cicli di imbibizione ed essiccamento. Tali strutture formano due percorsi preferenziali d’infiltrazione della pioggia: il primo attraverso i macro-pori, il secondo attraverso la micro-porosità della matrice del terreno. Nel modello SLIP, il primo percorso d’infiltrazione viene considerata prevalente, mentre il secondo viene trascurato. Queste caratteristiche del processo di infiltrazione vengono assunte costanti per tutti i tipi di terreno.

2. Il pendio è inizialmente considerato stabile grazie al contributo alla resistenza al taglio dato dalla parziale saturazione del terreno. La pioggia si infiltra attraverso i macro-pori più velocemente che attraverso i micro-pori, creando così delle zone sature di terreno non continue tra loro (“bolle” di saturazione). I volumi di queste zone sature crescono all’aumentare della pioggia infiltrata portando così ad un decremento della resistenza al taglio del terreno legata alla parziale saturazione e, di conseguenza, alla perdita di stabilità del pendio. L’espansione delle zone sature continua fino a quando il loro numero, la loro distribuzione e le dimensioni non rendono il pendio instabile (Figura 1).

Figura 1 – Sequenza schematica del processo di infiltrazione della pioggia nel terreno superficiale.

3. Le caratteristiche geometriche di centinaia di pendii instabili osservati negli ultimi anni indicano che è appropriato ricorrere allo schema di pendio infinito ai fini dell’analisi di stabilità.

(...continua nel pdf)