Un approccio progettuale per il dimensionamento di barriere provvisionali di difesa da colate detritiche

Debris flow is a type of rapid landslide, consisting of a downslope movement of debris. Implying the movement of a considerable volume of material developing with high velocity, these events can be characterized by a high level of danger. In order to prevent potentially catastrophic consequences, the building of defense works placed on the path of the landside – as, for instance, rigid barriers – is necessary. The design of such works requires the definition of the mass-obstacle dynamic interaction force, which is defined as a function of height and flow velocity at the end of the propagation phase. As such, an accurate reproduction of the propagation phase represents a crucial step to acquire the fundamental information and understand the main dynamics of the impact. The common approaches which are used at this purpose usually require the management of complicated and costly numerical analysis. The main goal of this thesis is to propose a simplified approach, able to help on the studying of the propagation phase and to allow to effectively obtain all the necessary parameters to analyze the impact. The approach rests on the use of SPH method to simulate the propagation phase, with an opportunely simplified geometry of the problem, both for the natural slope and the unsteady mass, taking into account all the key aspects characterizing this crucial phase. In order to validate this simplified approach, a landslide event happened in May 2001 in Favazzina (RC) has been considered as study case. With the goal of protecting Favazzina’s area, a place where recursive debris flows represent a threat to the safety of downstream infrastructures, the design of temporary rigid works is being proposed as a solution. Different geometries and positions of such works are suggested and two distinct project approaches are compared: the first is based on the pseudo-static method, in which the dynamic action of the landslide is associated with a static force equal to the maximum impact force. The latter, giving the dynamic balance of the work and considering the temporal evolution of the impact force, evaluates the movement, that must be lower than a target threshold. Overall, the pseudo-static method seems to be quite conservative, while the movement-approach, taking into account the system ductility, may sometimes lead to a reduction of the economic and landscape impacts.

La colata detritica è una tipologia di frana rapida che consiste nel movimento verso valle di materiale detritico. È un evento ad alta pericolosità che implica la mobilitazione di un volume di materiale notevole che si muove con una velocità sostenuta. Per scongiurare conseguenze catastrofiche, è opportuno realizzare opere di difesa, come ad esempio barriere rigide, poste sulla traiettoria della frana. La progettazione di tali opere richiede la definizione della forza di interazione dinamica tra la massa e l’ostacolo che è definita in funzione dell’altezza e velocità del flusso al termine della fase di propagazione. È dunque importante riprodurre correttamente la fase di propagazione per ottenere tali informazioni e comprendere le dinamiche di impatto. Gli approcci usualmente utilizzati richiedono la gestione di analisi numeriche molto complicate e onerose. L’obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di proporre un approccio semplificato che agevoli lo studio della fase di propagazione e che permetta di ottenere in modo speditivo i parametri necessari per studiare l’impatto. L’approccio consiste nell’utilizzo del metodo SPH per la simulazione della fase di propagazione, ma con una semplificazione della geometria del problema, sia per il versante naturale che per la massa instabile, senza trascurare gli aspetti chiave che influenzano maggiormente tale fase. Per validare tale approccio semplificato è stato considerato, come caso studio, un evento franoso avvenuto in Maggio 2001 a Favazzina (RC). Per proteggere il sito di Favazzina, dove le colate detritiche ricorsive minacciano la sicurezza delle infrastrutture a valle, si vuole proporre una progettazione di opere provvisionali rigide. Vengono ipotizzate diverse geometrie e posizioni di tali opere e vengono confrontati due approcci progettuali: il primo, basato sul metodo pseudo-statico, in cui l’azione dinamica della frana è assimilata ad una forza statica pari alla massima forza di impatto. Il secondo, imponendo l’equilibrio dinamico dell’opera e considerando l’evoluzione temporale della forza di impatto, valuta lo spostamento che deve essere inferiore a una soglia prefissata. In generale, il metodo pseudo-statico risulta essere conservativo, mentre l’approccio agli spostamenti, tenendo conto della duttilità del sistema, talvolta consente una riduzione dell’impatto economico e paesaggistico.