Experimental analysis of rainfall and snow melting effects on a downscaled shallow landslide

Shallow land mass failures are induced by extreme hydrological events such as the occurrence of short and intense rains or by events of medium intensity but prolonged over time. Such slips involve generally reduced portions of land both in area and in thickness, however, they are dangerous due to the absence of warning signals and the lack of knowledge regarding their possible evolution. This work deals with the experimental study of these landslides through the execution of laboratory simulations on a small-scale slope, reproduced at the LIMAG Lab - Laboratory of mountain hydraulics and applied geology of the Lecco Campus. The central objective is to study the evolution of shallow landslides in reduced scale caused by external factor as snow and rainfall. In order to investigate the behaviour of shallow landslides in these critical conditions, a series of sensors have been installed on the simulator. This technology includes three modified pressure transmitters for the pore water pressure evaluation which have been accompanied by other support instrumentation consisting of GoPro’s cameras, TDR (Time Domain Reflectometry) and georesistivimeter; all of them provide a cross check of phenomena processes. Throughout the downscaled simulations with snow cover it was possible to observe some behaviours. The snow melting contributes to the increment of the water content in a very slow way due to the large amount of water lost for superficial percolation. On the other hand, during rainfall events, the snow layer has a relevant influence on the failure mechanism processes. It protects the soil till its melting and then becomes a source of water for the shallow landslide. Snow could have an effect due to its weight which is however less determinant in small-scaled problem, and thus neglected.

Le frane superficiali sono indotte da eventi idrologici estremi come il verificarsi di piogge brevi e intense o da eventi di media intensità ma prolungati nel tempo. Tali eventi coinvolgono porzioni di terreno generalmente ridotte sia in area che in spessore, tuttavia sono pericolose a causa dell'assenza di segnali di avvertimento e della mancanza di conoscenza in merito alla loro possibile evoluzione. Questo lavoro si occupa dello studio sperimentale di frane attraverso l'esecuzione di simulazioni di laboratorio su una piccola pendenza, riprodotte presso il LIM Lab - Laboratorio di idraulica di montagna del Campus di Lecco. I trasmettitori di pressione sono la tecnologia implementata con cui varie simulazioni vengono eseguite con diverse condizioni, al fine di valutare l'effettiva capacità dei sensori di indagare sul comportamento delle frane superficiali. Questa tecnologia è stata accompagnata da una strumentazione di supporto composta da telecamere GoPro, TDR (Time Domain Reflectometry) e georesistivimetro; tutti forniscono un controllo incrociato dei processi dei fenomeni e un supporto per la nuova tecnologia riguardante i trasmettitori di pressione. L'obiettivo centrale è di studiare l'evoluzione delle frane superficiali causate da fattori esterni come la neve e le precipitazioni; per verificare con precisione la capacità del trasmettitore di pressione di monitorare la variazione del contenuto di acqua e di spostamento fino alla fase di innesco. Da questo lavoro viene concordato che i trasmettitori di pressione danno risultati più comprensibili sul comportamento dell'acqua interstiziale quando viene applicata una coppa porosa in ceramica sulla loro testa. Grazie a questo stratagemma, vengono evitate le pressioni dovute alla tensione e alla compressione del corpo e viene rilevata solo la pressione interstiziale. Il secondo obiettivo di questo lavoro riguarda la simulazione del manto nevoso su versante inclinato. Durante le simulazioni a scala ridotta sono state emerse alcune idee. La prima riguarda le piogge primaverili, che sono ostacolate dallo strato di neve, fino a quando non si formano buchi nel sottile manto nevoso, lasciando che una grande quantità di acqua si riversi improvvisamente nel terreno. La neve ha anche un effetto di carico sul pendio, stabilizzante e destabilizzante a seconda dell'inclinazione della superficie, questo problema è stato ritenuto meno rilevante per quanto riguarda le dinamiche su piccola scala.