Il modello SLIP è stato implementato in Matlab® e i dati di input sono introdotti mediante GIS per le aree di studio. La Figura 3 schematizza la metodologia concettuale con la quale le analisi di stabilità sono condotte a scala regionale mediante il modello SLIP.
Figura 3. Diagramma di flusso rappresentativo della metodologia concettuale con la quale sono condotte le analisi di stabilità con il modello SLIP a scala regionale.
Il territorio è suddiviso in celle quadrate di lato 20 m, dove ogni cella elementare è modellata indipendentemente considerando le caratteristiche del terreno presenti. L’angolo di inclinazione dei versanti è calcolato mediante Digital Elevation Model (DEM) con accuratezza di 20 m. Per la definizione delle caratteristiche geotecniche dei terreni superficiali, sono stati utilizzati due livelli informativi complementari. Il primo livello è rappresentato dalla carta regionale delle coperture, il secondo dalla carta litologica regionale, che è stata utilizzata laddove sono presenti affioramenti in roccia, o dove mancano informazioni sulle coperture presenti. Entrambe le carte sono in scala 1:10000. Per quanto concerne la tipologia dei suoli e la stima dei parametri geotecnici è stata utilizzata una metodologia euristica, simile a quella descritta da Cervi et al. (2010). Sia nell’area di prova, sia nell’area di studio sono state definite sei tipologie
CENSIMENTO DEI SOIL SLIP
ANALISI IN SITO SELEZIONE DELL’AREA DI STUDIO PIOGGIA TEST DI LABORATORIO
PROPRIETÀ DEL TERRENO
CLASSI DI SUOLO
MAPPA DI PIOGGIA, 1 MAPPA DI PIOGGIA, 2 MAPPA DI PIOGGIA, i MAPPA LITOLOGICA
MAPPA DELLE COPERTURE
RACCOLTA DATI DEM (Digital Elevation Model)
USO DEL SUOLO
MAPPA Fs, 1 MAPPA Fs, 2 MAPPA Fs, i
OUTPUT
VALUTAZIONI MODELLAZIONE
MODELLO SLIP IMPLEMENTAZIONE NUMERICA INPUT
153
di terreno, considerando i dati litologici relativi al substrato roccioso e i dati delle coperture, in tal modo è stata considerata la resistenza della roccia agli agenti atmosferici e la distribuzione granulometrica del terreno risultante. I valori dei dati geotecnici per ogni tipologia di suolo, che sono riportati in Tabella 1, sono stati assegnati sulla base di misure in sito nell’area di studio e di un gran numero di prove di laboratorio su campioni rappresentativi prelevati nell’area di prova. In particolare, la tipologia di suolo numero 6 (rocce e gessi), che si estende per 2.9%
dell’area di studio è stata trascurata nelle analisi di stabilità perché considerata stabile a priori. Altri parametri del modello, come A e λ, sono stati considerati costanti per ogni tipologia di suolo (Tab.2), sulla base delle classi di suolo riportate in Montrasio e Valentino (2008). Il parametro del modello α è stato considerate pari a 3.4 ovunque, sulla base di misure sperimentali, anche il coefficiente * è stato considerato costante e pari a 0.3 ovunque.
ID Tipo di suolo % Φ' (°)
c'
[kPa] n GS
1 Limo argilloso 60 25 0-5 0.46 2.7 2 Argilla 3.8 15-30 10 0.35-0.55 2.7 3 Sabbia 7.8 30-35 0 0.30-0.40 2.7 4 Depositi 13.1 30-35 0-5 0.40-0.50 2.7 5 Argillite 12.4 15-30 5-20 0.35-0.55 2.7 6 Rocce, gessi 2.9 Esclusi dalle analisi
Tabella 1. I parametri geotecnici per le tipologie di suolo nell’area di studio.
Vale la pena notare che i parametri geotecnici, come Φ, c e n, possono assumere valori variabili in un dato intervallo (Tab.1). Differenti valori di questi parametri sono stati adottati per svolgere un’analisi di sensitività sull’effetto dei risultati predittivi del modello SLIP, esclusivamente per l’evento dell’Aprile 2005 e sull’area di prova. Dopo la procedura di calibrazione sull’area di prova, un set di parametri è stato scelto per svolgere le analisi di stabilità su di un’ampia area per un periodo di tempo di un anno. La Tabella 2 mostra, per ogni parametro, i valori utilizzati per le simulazioni. Tutti i dati di input sono stati acquisiti da una banca dati in ambiente GIS. Per ogni parametro del modello è stata generata una mappa con la stessa risoluzione spaziale. I dati di input sono stati inseriti
Capitolo 5. Implementazione e validazione del modello d’innesco a scala regionale
154
sottoforma di raster e si riferiscono sia alle caratteristiche dei terreni, sia alla geometria del pendio.
In particolare, per questa applicazione è stato scelto un valore di H pari a 1.2 m ovunque, poiché è il valore medio dello spessore di terreno instabile determinato da misure in sito.
ID Tipo di suolo H [m]
Φ' (°)
c'
[kPa] A n GS KT
(d-1) α 1 Limo argilloso 1.2 25 0 0.4 80 0.46 2.7 0.432 3.4 2 Argilla 1.2 20 10 0.4 100 0.50 2.7 0.086 3.4 3 Sabbia 1.2 35 0 0.4 40 0.40 2.7 0.864 3.4 4 Depositi 1.2 30 5 0.4 40 0.45 2.7 0.604 3.4 5 Argillite 1.2 20 20 0.4 100 0.35 2.7 0.259 3.4 6 Rocce, gessi
Tabella 3. I parametri di input per il modello SLIP.
Figura 4. Distribuzione delle stazioni pluviometriche ed esempio di mappa di precipitazione ottenuta dopo l’applicazione del metodo di interpolazione per l’area
di studio l’11 Aprile 2005.
155
Il grado di saturazione è stato valutato in accordo a quanto riportato al Paragrafo 2.3.. Vale la pena notare che si assume Sr costante durante una stagione poiché è considerato solo come un parametro di stato iniziale del terreno. L’aumento di Sr come conseguenza della pioggia giornaliera, è tenuto in considerazione implicitamente nel modello mediante il parametro m, che è strettamente correlato all’altezza di pioggia.
Il modello è strettamente correlato alle mappe di precipitazione ottenute dai dati rilevati dalle stazione pluviometriche (Fig.4). I dati di pioggia sono associati ad ogni cella. Il metodo di interpolazione utilizzato per la definizione dello schema di precipitazione è basato sul metodo dell’inverso del quadrato della distanza, applicato ad ogni punto rispetto alla posizione dei pluviometri, trascurando l’altitudine. Data l’estensione e la posizione dell’area di studio sono stati considerati i dati di pioggia di 13 pluviometri. La localizzazione e l’altitudine delle stazioni pluviometriche è evidenziata in Figura 4, che mostra un esempio della distribuzione della precipitazione ottenuta con il metodo di interpolazione.
L’output del modello è fornito in termini di fattore di sicurezza per ogni cella e ad un dato tempo.
Capitolo 5. Implementazione e validazione del modello d’innesco a scala regionale
156
5.3.1. Applicazione del modello TRIGRS
Le analisi con il modello TRIGRS sono state eseguite per l’evento dell’Aprile 2005 e solamente per l’area di prova (370 km2). Il valore d’inclinazione dei versanti (β) è stato valutato per ogni cella dal DEM a disposizione con risoluzione 20 m. I dati geotecnici, valutati come precedentemente descritto per il modello SLIP, sono stati assegnati per ogni cella sulla base delle sei unità definite, le quali sono riassunte in Tabella 3. Per quanto concerne la diffusività idraulica, parametro caratteristico del modello TRIGRS, è stata valutata secondo il metodo riportato da Bras (1990), considerando i valori medi di porosità e permeabilità di un limo argilloso e assumendo un valore pari a 10-5 m2·s-1 ovunque. È stato assunto, inoltre, un valore costante di spessore di terreno potenzialmente instabile pari a 1.2 m ed è stato ipotizzato che la profondità della falda corrisponda inizialmente a quest’ultima misura.
Infine, è stata assunta, come condizione al contorno sulla superficie del versante, l’intensità di pioggia media oraria registrata per 72 ore, durante l’evento dell’Aprile 2005, dalle cinque stazioni pluviometriche presenti nell’area di prova (Fig.4).
157