Mass movement risk for electrical infrastructures

Electrical infrastructure is highly exposed to mass movement hazards, especially in mountainous regions where unstable slopes frequently interact with distribution and transmission systems. This thesis investigates the vulnerability of three representative components of electrical networks -utility poles, transmission pylons, and distribution cabins- when subjected to different types of mass movements, including landslides, rockfalls and debris flows. Hazard assessment is performed using qualitative–empirical methodologies and GIS‑based tools suitable for regional-scale analyses. In particular, the Flow‑R model is employed to estimate the initiation points and propagation trajectories for debris flows and rockfalls, while landslides are evaluated through limit equilibrium analysis assuming infinite slope conditions. The modelling of impact forces differs by type of mass movement. For debris flow, hydrodynamic formulations are adopted to represent both static and dynamic pressures acting on structures. In the case of rockfall, the maximum impact force is estimated based on geometry, falling height, mass, and impact surface properties. For landslides, static pressure distributions exerted by the mass are considered. For each electrical infrastructure, idealised geometric and material properties assumptions are defined to allow comparison across scenarios, and specific failure mechanisms such as rotation, sliding and overturning are analysed. Based on these analyses, vulnerability curves are developed to relate the intensity of each mass movement type considered to the expected degree of structure vulnerability. The results highlight the contrasting sensitivity of poles, pylons, and cabins to different hazard intensities. Finally, the risk is estimated by multiplying the hazard and vulnerability values obtained. The proposed methodology is applied to two study areas within northern Italy. The first study case is located in Valdisotto (Lombardy region), an Alpine environment historically affected by debris flows, while the second study case is located in the province of Bergamo and is evaluated considering rockfall hazard.

Le infrastrutture elettriche sono altamente esposte ai pericoli associati ai movimenti di massa, in particolare nelle regioni montuose, dove versanti instabili interagiscono frequentemente con i sistemi di distribuzione e trasmissione. Questa tesi analizza la vulnerabilità di tre componenti rappresentative delle reti elettriche —pali di linea, tralicci di trasmissione e cabine di distribuzione— quando sottoposti a differenti tipologie di movimenti di massa, tra cui frane, caduta massi e colate detritiche. La valutazione della pericolosità è condotta mediante metodologie qualitativo-empiriche e strumenti GIS adeguati ad analisi su scala regionale. In particolare, il modello Flow-R è utilizzato per stimare i punti di innesco e le traiettorie di propagazione delle colate detritiche e della caduta massi, mentre le frane sono analizzate tramite metodi all’equilibrio limite assumendo condizioni di pendio infinito. La modellazione delle forze di impatto varia in funzione della tipologia di movimento di massa considerata. Per le colate detritiche, sono adottate formulazioni idrodinamiche per rappresentare sia le pressioni statiche sia quelle dinamiche agenti sulle strutture. Nel caso della caduta massi, la forza massima di impatto è stimata sulla base della geometria del blocco, dell’altezza di caduta, della massa e delle proprietà della superficie di impatto. Per le frane, sono considerate le distribuzioni di pressione statica esercitate dalla massa. Per ciascuna tipologia di infrastruttura elettrica, vengono definite assunzioni geometriche e proprietà dei materiali idealizzate, al fine di consentire il confronto tra diversi scenari, e vengono analizzati specifici meccanismi di collasso quali rotazione, scorrimento e ribaltamento. Sulla base di tali analisi, vengono sviluppate curve di vulnerabilità che mettono in relazione l’intensità di ciascuna tipologia di movimento di massa con il grado atteso di vulnerabilità strutturale. I risultati evidenziano una marcata differenza nella sensibilità di pali, tralicci e cabine alle diverse intensità di pericolosità considerate. Infine, il rischio viene stimato moltiplicando la pericolosità e vulnerabilità ottenuti. La metodologia proposta è applicata a due aree di studio situate nel Nord Italia. Il primo caso di studio è localizzato a Valdisotto (Regione Lombardia), un ambiente alpino storicamente interessato da colate detritiche, mentre il secondo caso di studio è situato nella provincia di Bergamo ed è analizzato con riferimento al pericolo di caduta massi.