- Caratterizzazione e modellazione di colate detritiche
- Boccali, Chiara
Subject
- colate detritiche
- Val Canale
- reologia
- modellazione numerica
- GEOSCIENZE
- GEO/05 GEOLOGIA APPLICATA
Description
- 2012/2013
- La ricerca si inserisce all’interno dei numerosi lavori che da ormai qualche decennio hanno come scopo lo studio delle colate detritiche, fenomeni altamente pericolosi e distruttivi che hanno determinato e determinano la morfologia della rete idrografica secondaria, incrementando il rischio idrogeologico nei bacini montani dell’arco alpino e non solo. I bacini montani del Friuli Venezia Giulia risultano particolarmente vulnerabili dal punto di vista idrogeologico per i pesanti condizionamenti orografici, geologico-strutturali e sismici, che generano la coesistenza di tutti quei fattori negativi determinanti per l’innesco dei fenomeni di colate. Questo lavoro si è occupato del settore più orientale dell’arco alpino del Friuli Venezia Giulia: il bacino del fiume Fella e, nel dettaglio, la Val Canale, che nell’ultimo secolo è stata interessata da circa 20 eventi alluvionali “eccezionali”, con conseguente innesco di colate detritiche. Il ricordo più vivo è certamente quello dell’ultimo evento di piena, registrato a fine Agosto 2003, che dalla Val Canale al Canal del Ferro ha generato più di 1100 fenomeni franosi ed alluvionali, causando la perdita di due vite umane e danni stimati attorno al miliardo di euro. A tale disastroso evento hanno fatto seguito numerosi studi specifici da parte della Protezione Civile regionale, del Servizio Geologico e di diversi team di esperti, volti alla definizione e alla delimitazione dei fenomeni e, soprattutto, delle aree di pericolosità, nonché alla progettazione di adeguate opere di mitigazione con lo scopo di prevenire danni futuri. Proprio per l’abbondanza di dati già esistenti e per, purtroppo, l’abbondanza e la frequenza dei fenomeni di colata detritica in quest’area dell’arco alpino, è stato scelto di sviluppare la ricerca nell’ottica di individuare una metodologia valida ed adatta alla caratterizzazione dei bacini da colata e dei loro depositi. Tale metodo vorrebbe garantire la realizzazione di una modellazione numerica quanto più rispondente al vero, proprio perché compiuta a partire da dati reali e non solamente da informazioni di back analysis, che spesso vengono dedotte applicando modelli da letteratura, studiati e sviluppati in tutt’altre aree dell’arco alpino, dell’Europa e del mondo. Con tali scopi sono stati scelti sei bacini ricadenti nella Val Canale e nella Val Pontebbana, simili per il comportamento dei fenomeni alluvionali ma diversi dal punto di vista litologico e morfologico, soprattutto alla luce degli interventi di sistemazione effettuati nell’ultimo decennio. La metodologia utilizzata comprende in primo luogo un’adeguata ricerca bibliografica, volta ad acquisire una conoscenza completa del bacino e della sua “storia”. In seguito sono stati eseguiti sopralluoghi lungo le aste torrentizie, dalla zona di deposito alla zona di innesco, in funzione della morfologia degli alvei e delle sponde, nonché della stabilità dei depositi. Durante i rilievi di campagna sono stati eseguiti campionamenti di materiale detritico. La scelta dei punti di campionamento è risultata uno dei punti chiave della ricerca ed è legata all’estrema eterogeneità dei depositi da colata detritica, tipicamente mal classati e comprendenti materiale da molto fine a metrico ed oltre. Per acquisire uno spettro quanto più completo dell’andamento granulometrico dei depositi, i bacini sono stati campionati sia nella zona di innesco che in quella di deposito. Alla fase di campionamento ha fatto seguito una fase in laboratorio, comprendente analisi granulometriche, mineralogiche e reologiche. Le analisi granulometriche hanno lo scopo di risalire alla curva granulometrica dei campioni, andando ad identificare le percentuali di ciascuna classe granulometrica, e sono il primo passo per differenziare i depositi prelevati in posizioni diverse lungo l’asta torrentizia. Le analisi mineralogiche, volte al riconoscimento dei diversi minerali presenti nella frazione più fine del campione (< 4 µm), permettono di verificare l’omogeneità genetica dei depositi di uno stesso bacino e di individuare l’eventuale presenza di minerali argillosi, che possono incidere sul comportamento reologico della miscela acqua-sedimento, alla base dei fenomeni di colata. Di pari passo con la caratterizzazione granulometrica e mineralogica si è proceduto alle analisi reologiche. Scopo principale di tali analisi è la determinazione dei parametri reologici (yield stress e viscosità), i quali governano il comportamento dei fluidi e sono alla base della futura modellazione numerica. Le colate detritiche, secondo l’approccio reologico, sono considerate come fluidi omogenei e viscoelastici; si suppone cioè che il comportamento del flusso sia controllato dalle proprietà della cosiddetta matrice, ossia la miscela di acqua e particelle fini nella quale sono disperse quelle più grossolane. Date tali premesse, le analisi reologiche sui campioni prelevati nel corso di questo dottorato sono state eseguite solo sulla frazione più fine del materiale (< 62 µm) utilizzando il reometro a piatti zigrinati paralleli di diametro pari a 35 mm (Rheostress Haake RS150, Haake GmbH, Germania). I diversi campioni sono stati preparati a differenti concentrazioni volumetriche solide, la cui scelta è legata fondamentalmente alla stabilità del campione sul piatto inferiore dello strumento. I dati sperimentali sono stati quindi correlati tra loro tramite regressione esponenziale per ottenere i coefficienti reologici necessari alla futura modellazione numerica. L’ultima fase dello studio è stata dedicata alla modellazione numerica dei fenomeni di colata detritica. La modellazione fisico-matematica dei debris flow ha principalmente lo scopo di determinare la possibile area di propagazione dei fenomeni, nonché la loro velocità ed energia, con l’obiettivo finale di delimitare le aree di pericolosità e di fornire informazioni utili alla progettazione di adeguate opere di mitigazione. Nell’ambito di questo lavoro le simulazioni sono state eseguite con il modello idraulico bidimensionale FLO-2D, utilizzabile per simulare il flusso dell’acqua in corsi d’acqua anche di notevole larghezza o per la simulazione di flussi non-Newtoniani in aree di conoide. Alla luce dell’obiettivo di individuare una metodologia atta alla caratterizzazione dei bacini da colata anche in assenza di dati di back analysis, le simulazioni numeriche sono state eseguite con il duplice scopo di verificare l’effettivo areale di influenza dei fenomeni e di testare i valori dei parametri reologici derivati dai campioni prelevati lungo i rii studiati. Per ciascun bacino sono state confrontate le informazioni ricavate dalle analisi di laboratorio e dalla modellazione numerica al fine di individuare quale e/o quali caratteristiche dei depositi incidono sui risultati delle simulazioni e in che modo condizionano il comportamento del flusso detritico. In conclusione è stato possibile evidenziare pro e contro della metodologia sperimentale e definirne l’applicabilità allo studio delle colate detritiche.
- XXVI Ciclo
- 1985
Date
- 2014-07-08T11:54:12Z
- 2014-07-08T11:54:12Z
- 2014-04-24
Type
- Doctoral Thesis
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:units-12548