Potenzialità della dendrogeomorfologia per il monitoraggio della dinamica dei versanti

The aim of this work is to add trees within a slope simulation, to use the information derived from dendrogeomorphology as a potential resource. For this purpose, the objective is to assess the possibility of simulating trees, identify which disturbances can be replicated, and determine possible target parameters for calibrating the numerical model. This would enable the use of tree-recorded information, regarding geomorphological processes, similarly to conventional monitoring system measurements. Monitoring the dynamics of slopes is a fundamental tool for landslide risk assessment and management. However, monitoring can be complex in forested slopes. The presence of trees can limit the use of certain tools, such as satellite interferometry. Furthermore, if the slope is of considerable size, installing monitoring networks can be very expensive and time-consuming. Taking in advantage the presence of trees, a possible solution is the application of dendrogeomorphology, which provides distributed measurements with significant temporal resolution. Additionally, when combined with numerical modeling, the information recorded by trees could be used as a resource for implementing a landslide model. To study the stress-strain state of the tree-slope system, a parametric finite difference model was implemented. The parameters of interest, the possible tree growth anomalies and their magnitude are evaluated under different slope conditions. The disturbances that can be simulated are tree trunk deformation, considering both inclination and bending, and the internal stresses acting on the trunk. Deformation variations are linked to the tree position and the type of kinematics of the slope. A preliminary validation of the results was carried out by comparing the simulated results of the case study of the Val Roncaglia landslide with the results of an on-site dendrogeomorphological survey. The numerical modeling of trees on an unstable slope can be a very useful support tool for constructing the conceptual model of the landslide. By simulating their deformative behavior, it is possible to identify head scarp, the main body, the toe of the slope, possible secondary instabilities or deformations, the volumes involved, the potential sliding mechanisms and the depth of the slip surface. The ability of accurately reproducing the disturbances, caused by geomorphological processes, allows the use of dendrological measurements for numerical model calibration, thereby assessing temporal evolution of the slope. Moreover, the ability of the numerical model to reproduce disturbances can help to plan dendrometric field investigations. Having a preliminary understanding of potential tree behavior would simplify the zoning process for on-site sampling and a priori identifying the more unstable areas and perimeter areas.

Questo lavoro di tesi ha come obiettivo l’integrazione di alberi all’interno di una simulazione di versante, per sfruttare le informazioni derivanti dall’applicazione della dendrogeomorfologia come una possibile risorsa. Per tale scopo, si intende valutare l’effettiva possibilità di simulare gli alberi, riconoscere quali disturbi si è in grado di riprodurre e i possibili parametri target per la calibrazione del modello numerico. Questo consentirebbe di usufruire delle informazioni registrate dagli alberi, in relazione alla presenza di processi geomorfologici, similmente a quanto accade con le misurazioni dei sistemi di monitoraggio convenzionali. Il monitoraggio della dinamica dei versanti è uno strumento fondamentale per la valutazione e gestione del rischio frana; tuttavia, su versanti boschivi la sua applicazione può rivelarsi molto complessa. La presenza degli alberi limita l’utilizzo di determinati strumenti, come l’interferometria da satellite, e, se il versante è anche di notevoli dimensioni, l’installazione delle reti di monitoraggio può risultare molto dispendiosa in termini di costi e di tempo. L’impiego della dendrogeomorfologia si rivela una possibile soluzione, che, sfruttando proprio la presenza degli alberi, fornisce misurazioni distribuite e con una notevole risoluzione temporale e, se combinata con la modellazione numerica, potrebbe essere sfruttata per l’implementazione di un modello di frana. Per studiare lo stato tensio-deformativo del sistema alberi-versante è stato implementato un modello parametrico alle differenze finite, tramite il quale sono stati valutati i parametri di interesse, le possibili anomalie di crescita degli alberi e l’entità delle stesse in diverse condizioni di versante. I disturbi che si è in grado di simulare sono la deformazione dei tronchi degli alberi, l'inclinazione e la possibile flessione, e le sollecitazioni interne che agiscono sul tronco. Le variazioni nella deformazione sono legate alla posizione degli alberi sul versante e alla tipologia di cinematismo. È stata anche effettuata una prima verifica dei risultati attraverso la simulazione del caso di studio della frana di Val Roncaglia, di cui si dispongono i risultati di un’indagine dendrogeomorfologica effettuata in sito. La modellazione numerica degli alberi presenti su un versante instabile può risultare uno strumento di supporto molto utile per la costruzione del modello concettuale della frana; infatti, simulandone il comportamento deformativo è possibile indentificare le zone di nicchia, il corpo principale, la zona di accumulo al piede, possibili instabilità o deformazioni secondarie, i volumi coinvolti, oltre che il potenziale cinematismo e la profondità della superficie di rottura. La possibilità di riprodurre correttamente i disturbi causati dai processi geomorfologici, permette di utilizzare le misurazioni dendrologiche per la calibrazione del modello, con cui valutare poi l’evoluzione temporale del versante. La capacità del modello numerico di riprodurre i disturbi, inoltre, può contribuire alla pianificazione delle indagini dendrometriche sul campo; infatti, avendo una conoscenza preliminare del possibile comportamento degli alberi, il lavoro di zonazione della frana per il campionamento in sito risulterebbe più semplice, identificando a priori le zone di maggior instabilità e le zone perimetrali.