Università degli Studi di Napoli
“Federico II”
SCUOLA POLITECNICA E DELLE SCIENZE DI BASE Laurea magistrale in
Ingegneria
per l’Ambiente e il Territorio
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE, EDILE E AMBIENTALE Tesi di Laurea in
Stabilità dei Pendii e Sicurezza del Territorio Abstract
SEQUENZE DI PIOGGE ED INNESCO DI COLATE RAPIDE IN TERRENI NON SATURI
Relatore Allieva
Ch.mo Prof. Ing. Gianfranco Urciuoli Marialaura Tartaglia
Correlatore Matricola M67/222 Dott. Ing. Marianna Pirone
ANNO ACCADEMICO 2016/2017
1 INTRODUZIONE
La Campania negli ultimi 50 anni è stata colpita da numerosi eventi di colata rapida di fango che hanno interessato i versanti ricoperti di piroclastiti, generate dalle eruzioni del Somma-Vesuvio e dei Campi Flegrei.
Tra gli eventi più importanti si ricordano quello di Cervinara del 15 dicembre 1999, quelli di Sarno, Siano e Bracigliano del 5 maggio 1998 ed il più recente di Casamicciola del 30 novembre 2009, che hanno provocato numerose vittime ed ingenti danni alle zone colpite. La causa d’innesco delle colate rapide di fango è la riduzione della suzione dovuta all’infiltrazione dell’acqua durante gli eventi meteorici. Le piogge e le colate rapide di fango sono dunque correlate tra loro e, ai fini della prevenzione del rischio di frana, è estremamente importante stabilire quali sono le precipitazioni e/o la sequenza di pioggia che possono innescare in un determinato luogo questo tipo di frane.
E’ stato determinato il periodo di ritorno degli eventi di pioggia associati all’innesco delle colate rapide di fango al fine di valutare se tale parametro può essere assunto come significativo ai fini dell’innesco. La risposta è stata assolutamente negativa. Infine sono state modellate le condizioni d’innesco della frana avvenuta a Pozzano l’11 gennaio 1997, studiando la risposta del pendio al variare delle condizioni iniziali, delle caratteristiche idrauliche dei materiali e delle sequenze di pioggia applicate. Per poter effettuare queste analisi è stato necessario determinare le caratteristiche idrauliche dei terreni coinvolti.
ANALISI DEI RISULTATI
Per gli eventi franosi riportati in tabella si riportano, la data dell’evento, la macroarea che definisce il contesto geologico di appartenenza, la stazione pluviometrica di riferimento, la p24 max ovvero la massima pioggia giornaliera nei due giorni antecedenti la frana ed il relativo periodo di ritorno elaborato su dati pluviometrici appartenenti ad un campione di 40 anni:
Tabella 1: Confronto tra i periodi di ritorno determinati
Dalla tabella si evince che il periodo di ritorno assume valori molto variabili per le varie p 24 max, pertanto non può essere assunto come parametro significativo ai fini dell’interpretazione dell’innesco.
Data Località Stazione Pluviometrica Macroarea P 24 max [mm] T [anni]:TCEV
05/03/2005 Contrada, Monte Faliesi e
Bosco dei Preti Forino Avellino 218 359
05/03/2005 Tramonti Tramonti Monti Lattari 182.6 16
10/01/1997 Pimonte e Gragnano Gragnano Monti Lattari 102 2
11/01/1997 Pozzano Castellammare di Stabia Monti Lattari 150 32
06/03/1972 Pagani Nocera Inferiore Monti Lattari 77 2
02/01/1971 Gragnano Gragnano Monti Lattari 105 2
01/02/1963 Gragnano Gragnano Monti Lattari 110 5
05/05/1998 San Felice a Cancello Collina-Cancello Pizzo d'Alvano 73 10
15/12/1999 Cervinara S. Martino Valle Caudina Monti d'Avella 247.8 243
2 si riporta la pioggia cumulata, per la finestra temporale che va dal 01 ottobre all’11 gennaio, media relativa ai 40 anni di osservazione; ad essa è stata sovrapposta la pioggia cumulata relativa all’anno della frana:
Figura 1: pioggia giornaliera cumulata da ottobre al giorno della frana: su un periodo di 40 anni, relativa all’anno della frana (1997)
Tramite simulazione numerica sono state riprodotte le condizioni nel sottosuolo all’atto della frana di Pozzano dell’11 gennaio 1997. Con tali analisi sono state investigate l’influenza della condizione iniziale, della sequenza di pioggia applicata e della caratterizzazione idraulica scelta.
Per indagare la condizione iniziale si sono assunti come condizione iniziale al bordo superiore valori di pressione neutra pari a -20, -25 e -30 kPa. Si riportano i risultati in termini di pressione neutra lungo una sezione di riferimento nel giorno antecedente la frana, nonché il coefficiente di sicurezza calcolato.
Figura 2: pressioni neutre lungo una verticale nel giorno antecedente la frana e fattore di sicurezza nel tempo
pioggia giornaliera cumulata=valore medio+1.8*σ
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
1-ott 4-ott 7-ott 10-ott 13-ott 16-ott 19-ott 22-ott 25-ott 28-ott 31-ott 3-nov 6-nov 9-nov 12-nov 15-nov 18-nov 21-nov 24-nov 27-nov 30-nov 3-dic 6-dic 9-dic 12-dic 15-dic 18-dic 21-dic 24-dic 27-dic 30-dic 2-gen 5-gen 8-gen 11-gen
ottobre novembre dicembre gennaio
pioggia giornaliera cumulata [mm]
pioggia giornaliera cumulata, media su 40 anni
pioggia giornaliera cumulata, anno 1997
evento critico 11/01/1997=150 mm; T(T.C.E.V.)=32 anni
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
-10 -8 -6 -4 -2 0 2
Profondità dal p.c. [m]
Pressioni neutre [kPa]
Un giorno alla frana: confronti pressioni neutre lungo una verticale al variare della suzione al bordo superiore
C.I. al bordo superiore:
pressione neutra - 20 kPa C.I. al bordo superiore:
pressione neutra - 25 kPa C.I. al bordo superiore:
pressione neutra - 30 kPa
0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
02/10/1996 22/10/1996 11/11/1996 01/12/1996 21/12/1996 10/01/1997 30/01/1997
FS
Confronto FS al variare della pressione neutra al bordo superiore C.I. al bordo superiore:
pressione neutra -20 kPa
C.I. al bordo superiore:
pressione neutra -25 kPa
C.I. pressione al bordo superiore= -30 kPa
3 Per indagare l’influenza della caratterizzazione idraulica sono state fatte variare le curve di ritenzione per i materiali A1 e A2 di cui si riportano le curve di ritenzione:
Figura 3: caratterizzazione idraulica terreni A1 e A2
Si riportano i risultati in termini di coefficiente di sicurezza e di suzione lungo una sezione di riferimento nel giorno antecedente la frana:
Figura 4: pressioni neutre lungo una verticale nel giorno antecedente la frana e fattore di sicurezza nel tempo
Per indagare l’influenza della sequenza di pioggia applicata si sono applicate le serie di pioggia dell’11 otto- 11 gen 1997 e del 25 set-25 dic 1970.
Si riportano i risultati in termini di coefficiente di sicurezza e di suzione lungo una sezione di riferimento nel giorno antecedente la frana:
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0.1 1 10 100 1000 10000 100000
contenuto d'acqua volumetrico θw [-]
suzione di matrice [kPa]
Curve di ritenzione: Materiale A1
A*
A
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.1 1 10 100 1000 10000 100000
contenuto d'acqua volumetrico θw [-]
suzione di matrice [kPa]
Curva di ritenzione: Materiale A2
A*
A
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
-14 -9 -4 1 6 11 16
Profondità dal p.c. [m]
Pressioni neutre[kPa]
Un giorno alla frana: pressioni neutre lungo una verticale per le caratterizzazioni idrauliche A, A * e B
caratterizzazione idraulica: A caratterizzazione idraulica= A*
0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25
02/10/1996 22/10/1996 11/11/1996 01/12/1996 21/12/1996 10/01/1997 30/01/1997
FS
Confronto FS al variare della caratterizzazione idraulica
caratterizzazione idraulica A caratterizzazione idraulica A*
4
Figura 5: pressioni neutre lungo una verticale nel giorno antecedente la frana e Fattore di Sicurezza nel tempo
CONCLUSIONI
Dallo studio dei dati pluviometrici storici è emerso che per i vari eventi meteorici responsabili delle frane avvenute il periodo di ritorno non è un parametro significativo.
Inoltre si può affermare che la causa d’innesco delle colate rapide di fango è riconducibile alla concomitanza di un evento intenso di pioggia al termine di una sequenza di piogge pregresse tale per cui il pendio abbia avuto il tempo di imbibirsi di acqua, con conseguente riduzione di suzione a valori tali per cui, in prossimità dell’evento piovoso intenso, il coefficiente di sicurezza del pendio è di poco maggiore dell’unità.
Dalle analisi effettuate è emerso che la condizione iniziale può risultare ininfluente dopo una certa quantità di pioggia cumulata caduta. Per quanto riguarda le proprietà idrauliche dei terreni coinvolti si è visto che a parità di sequenza di pioggia applicata, la risposta del pendio è sensibile alla loro variabilità. Quindi una accurata definizione sperimentale delle proprietà idrauliche è indispensabile alla previsione.
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
-18 -13 -8 -3 2
Profondità dal p.c. [m]
Pressione neutra [kPa]
Un giorno alla frana: pressioni neutre lungo una verticale per la serie di pioggia del 1997 e del 1970
serie pioggia del 1997 serie pioggia del 1970
0.8 1 1.2 1.4 1.6
12-set 2-ott 22-ott 11-nov 1-dic 21-dic 10-gen 30-gen
FS
Confronto FS al variare della serie di pioggia
serie pioggia del 1997serie pioggia del 1970
