RICERCA ITALIANA     

Programma di ricerca

Analisi e mitigazione del rischio indotto da movimenti rapidi di versante.

Università di riferimento

Politecnico di TORINO - INGEGNERIA DEL TERRITORIO, DELL'AMBIENTE E DELLE GEOTECNOLOGIE - ()

Responsabile dell'Unità di ricerca

Chiara Deangeli

Descrizione

La ricerca intende partire da studi, che i componenti dell'Unità di Ricerca stanno attualmente svolgendo, relativi alla definizione delle aree di invasione di debris flow che si verificano periodicamente in due zone nell’arco Alpino occidentale. I due bacini sono caratterizzati da differenti contesti geologici e climatici. In particolare un sito è caratterizzato in prevalenza da affioramenti di calcescisti e micascisti e l’altro da affioramenti di gneiss.
Generalmente a diverse litologie corrispondono diverse caratteristiche fisiche del detrito (forme dei solidi e distribuzione granulometrica). Questi fattori influenzano non solo l’innesco (le soglie di pioggia sono diverse a seconda del tipo materiale) ma anche la fase di propagazione, in quanto si generano diversi fluidi con diverse caratteristiche reologiche, che producono velocità e distanze di arresto diverse.
I risultati preliminari degli studi geologici e numerici (DAN, FLO-2D) effettuati mostrano che nessun modello è completamente valido anche all’interno di uno stesso bacino, mostrando una difficoltà di stabilire una corrispondenza univoca tra caratteristiche geologiche e morfologiche del bacino e legame costitutivo.
Questi risultati evidenziano e ribadiscono due problemi che si riscontrano nello studio delle colate naturali. Da una parte esiste la oggettiva difficoltà di determinare il comportamento reologico dei materiali naturali perché essi comprendono particelle irregolari e a grana grossa su un grande intervallo di valori, e quindi nella maggior parte dei casi le proprietà reologiche non possono essere misurate in modo diretto, e devono essere valutate dai dati disponibili in sito (distanza di arresto, velocità di flusso, ecc..), siano essi monitorati siano essi dati storici. Dall’altra parte il calcolo a ritroso dei parametri costitutivi ottenuti imponendo i dati disponibili in sito, non garantisce che l’equazione costituiva prescelta sia appropriata.
Il comportamento di un debris flow dipende dalla concentrazione di sedimenti e dalle proprietà della fase solida, oltre che dalle caratteristiche morfologiche dell’area in cui si verifica.
Gli studi effettuati, nei due bacini, sul materiale coinvolto del processo di debris flow hanno evidenziato che in un caso la litologia della zona ha dato origine ad un detrito con un elevato contenuto in blocchi (60%) di dimensioni comprese tra i 100 e 1000 mm e con restante parte (40%) di dimensioni più fine ma con prevalenza di particelle di forma lamellare di dimensione di circa 1 mm (campo delle sabbie medio grosse); nell’altro caso litologia della zona ha dato origine a un detrito, a prevalente forma poliedrica, con distribuzione granulometrica più assortita ma compresa tra 1 e 100 mm. Il rapporto tra il contributo alle forze di natura inerziale (relativo al solo diametro) e quelle di natura viscosa, a parità all’incirca di altri parametri, è maggiore di un ordine di grandezza nel primo caso. Tuttavia sulla base delle evidenze in sito e sulla base delle modellazioni numeriche effettuate, il comportamento dei debris flow verificatisi è apparso nel primo caso di tipo viscoplastico, mentre nel secondo caso di tipo collisionale/attritivo.
Da questi studi preliminari appare quindi che non solo la dimensione del detrito influenza sensibilmente il comportamento reologico della colata, ma anche la forma dei solidi. Proprio su questo aspetto intende concentrarsi in particolare la ricerca, poiché oltre alla concentrazione della fase solida, e al gradiente di velocità, l’altro parametro discriminante nella scelta del legame costitutivo è la dimensione dei grani. Ciò deriva dal fatto che per motivi di semplicità sia le sperimentazioni in laboratorio sia i modelli teorici di comportamento delle sospensioni granulari concentrate sono generalmente basati sull’assunzione di grani solidi sferici monodispersi.
Da ciò scaturisce la necessità di mettere a punto un sistema di classificazione del fenomeno naturale mediante parametri che permettano di tenere in considerazione quanto più possibile le reali caratteristiche del materiale per delinearne i caratteri reo-fisici con lo scopo finale di orientare poi la scelta del legame costitutivo da utilizzare nella successiva modellazione, utile alla definizione delle aree di invasione. L’utilizzo di numeri adimensionali è largamente praticato non solo nel campo delle sospensioni diluite ma anche nel campo delle colate di detrito.
Il raggiungimento di questo obiettivo ha come base di partenza la classificazione reofisica di Coussot & Ancey, (1999), concepita in modo generale per le sospensioni concentrate e le paste granulari, che si pensa di adattare ai fenomeni naturali di colata. Si tratterà quindi di selezionare alcuni parametri semplici che permettano di individuare il meccanismo predominante nella sospensione, sulla base di dimensione e forma dei grani.
Verranno quindi rivisti i principali tipi di interazione definiti all’interno di una sospensione di particelle monodisperse: forze colloidali e forze viscose e tipo di contatti (lubrificato, attritivo, collisionale) e si cercherà di adattare i parametri che discriminano i diversi regimi alla situazione dei casi reali, cercando di tener conto della eterogeneità del materiale non solo in termini di distribuzione granulometrica ma anche di forma dei solidi.
I compiti dell'Unità di Ricerca sono quindi i seguenti:
-raccolta di dati storici e dettagliati studi in sito nelle due aree di indagine al fine di ottenere il maggior numero di informazioni possibile, che si ritengono utili alla definizione delle tipologie di materiale e al meccanismo di propagazione. Raccolta di campioni di terreno per ciò che concerne la parte più fine;
-classificazione fisica dei campioni di terreno in laboratorio;
-individuzione dei parametri adimensionali che tengano conto oltre che delle dimensioni anche della forma dei grani di solido presenti nel corpo della colata;
-interazione con gli altri parametri sui meccanismi di colata;
-messa a punto di una classificazione sulla predominanza dei diversi regimi in base alle caratteristiche della fase solida;
-scelta del legame costitutivo sulla base della classificazione e analisi a ritroso di debris flow verificatisi nei due bacini;