Le frane indotte da pioggia si verificano generalmente durante piogge brevi ed intense oppure a seguito di lunghi periodi piovosi, in funzione prevalentemente della capacità di infiltrazione e delle proprietà idromeccaniche dei terreni coinvolti. Sebbene il fenomeno possa interessare anche frane profonde, molto spesso le frane indotte da piogge sono di tipo superficiale, caratterizzate uno spessore massimo di un paio di metri ed un rapporto tra lunghezza e spessore maggiore di 10. Di conseguenza, le frane superficiali si prestano bene ad essere analizzate mediante lo schema di pendio indefinito. Dopo la rottura, la massa di terreno instabile generalmente scorre nella direzione parallela al pendio ed in alcune circostanze può evolvere in un flusso. Nonostante il volume del materiale instabile può talvolta essere limitato, tali frane possono risultare spesso molto pericolose. Infatti, il corpo di frana potrebbe ostruire un corso d’acqua, invadere una strada od una ferrovia e causare incidenti fatali. Inoltre, l’occorrenza delle frane superficiali è spesso improvvisa e priva di segni premonitori, il che ne rende molto difficile la previsione.
Generalmente, prima del verificarsi della frana, il terreno si trova in condizioni di parziale saturazione, il che favorisce la stabilità del pendio grazie alla presenza della suzione. Nello specifico, la resistenza al taglio dei terreni parzialmente saturi è funzione di due variabili di sforzo: la tensione totale netta e la suzione. Maggiori sono tali variabili, maggiore è la resistenza al taglio del terreno. Con l’infiltrazione della pioggia, la tensione totale netta varia leggermente, mentre la suzione si riduce, causando una conseguente riduzione della resistenza al taglio. In alcuni casi, l’infiltrazione della pioggia potrebbe addirittura annullare la suzione e dare luogo a pressioni neutre positive dovute alla formazione di una falda nel pendio, con conseguente ulteriore riduzione della resistenza. In definitiva, l’infiltrazione della pioggia causa una riduzione della resistenza al taglio del terreno che può provocare la rottura del pendio lungo una superficie di scorrimento, generalmente di nuova formazione. Una predizione preliminare delle frane superficiali indotte da pioggia viene generalmente eseguita confrontando alcune caratteristiche delle precipitazioni attese, quali ad esempio intensità e durata, con dei valori soglia corrispondenti al verificarsi del fenomeno franoso. Il valore critico dell’intensità di pioggia, Icrit, viene generalmente legato alla durata della pioggia, d, mediante una relazione esponenziale negativa del seguente tipo:
Icrit = Ad-B (1)
in cui A e B sono dei parametri empirici, spesso calibrati sulla base di fenomeni franosi precedentemente occorsi all’interno di una regione di riferimento. A causa della natura di tipo empirico di cui si caratterizza, tale approccio risulta completamente inadeguato ad essere utilizzato per fini predittivi, poiché i parametri del modello A e B non tengono conto in alcun modo delle caratteristiche specifiche del sito, quali ad esempio la profondità della superficie di rottura, i parametri di resistenza al taglio del terreno, la suzione del terreno prima della pioggia e le caratteristiche geometriche, da cui fortemente dipende la stabilità del pendio. Il problema potrebbe essere affrontato mediante l’impiego di tecniche numeriche avanzate, quale ad esempio il metodo degli elementi finiti. Tuttavia, l’onerosità computazionale di tali approcci e l’elevato numero di parametri spesso richiesti in input non ne giustificano l’applicazione da un punto di vista ingegneristico. Pertanto, sarebbe auspicabile poter prevedere tali fenomeni mediante un approccio semplificato del tipo indicato dall’Eq. 1, in cui i parametri A e B possano però essere legati analiticamente alle caratteristiche geotecniche e geometriche dello specifico sito considerato. A tal proposito, un metodo con siffatte caratteristiche è stato recentemente proposto da Conte, Pugliese & Troncone (2022), il quale si presta bene per la previsione dell’innesco di frane superficiali indotte da piogge in analisi di routine.
Nello specifico, tale metodo consente di eseguire la previsione con riferimento a due differenti meccanismi di rottura. Nel primo caso, la rottura avviene a seguito della riduzione della suzione per effetto dell’infiltrazione della pioggia, senza generazione di pressioni neutre positive. Tale fenomeno interessa generalmente pendii molto acclivi. Al contrario, nel secondo meccanismo di rottura, che interessa prevalentemente pendii meno inclinati, la rottura avviene a seguito dell’annullamento della suzione e della formazione di una falda idrica con conseguente generazione di pressioni neutre positive. Innanzitutto, è necessario stabilire un criterio per definire quale meccanismo di rottura ci si aspetta che occorra. Nel metodo proposto da Conte, Pugliese & Troncone (2022), tale criterio viene definito valutando il fattore di sicurezza del pendio asciutto, SFd, cioè trascurando qualsiasi effetto delle pressioni interstiziali, il quale può essere espresso mediante la seguente relazione, con riferimento allo schema di pendio indefinito:
SFd = c’/(γZ sinα cosα )+tanφ’/tanα (2)
in cui c‘ e φ‘ sono i parametri di resistenza al taglio del terreno, rispettivamente intercetta di coesione ed angolo di resistenza al taglio, γ è il peso dell’unità di volume, Z è la profondità della potenziale superficie di rottura e α è l’angolo di inclinazione del pendio. Seguendo Conte, Pugliese & Troncone (2022):
- se SFd ≤ 1, la stabilità del pendio è garantita dalla presenza della suzione. Pertanto, un fenomeno franoso può essere innescato alla profondità Z a seguito della riduzione della suzione per effetto dell’infiltrazione della pioggia;
- se SFd > 1, il fenomeno franoso può essere innescato solo a seguito della generazione di pressioni neutre positive e, di conseguenza, alla formazione di una falda idrica.
A seconda che ci si trovi nel primo o nel secondo caso, il metodo utilizza modelli ed equazioni differenti. Il lettore interessato può trovare la spiegazione dettagliata nel lavoro di Conte, Pugliese & Troncone (2022). In questa sede ci si limita a sottolineare che tale metodo definisce la pioggia critica di innesco delle frane superficiali mediante un’equazione formalmente simile all’Eq. 1, in cui, al contrario della maggior parte dei metodi disponibili in letteratura, i parametri A e B sono definiti analiticamente in funzione delle caratteristiche geotecniche e geometriche dello specifico sito. In particolare, un parametro chiave per la stabilità del pendio a seguito di eventi piovosi risulta essere la suzione misurata in sito alla profondità della superficie di rottura prima dell’evento di pioggia, il quale tiene conto anche degli effetti delle piogge antecedenti.
RIFERIMENTI
Conte E.; Pugliese L.; Troncone A. (2022). A Simple Method for Predicting Rainfall-Induced Shallow Landslides. ASCE’s Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 148(10), 04022079.
Stabilità dei pendii – Slope – è il software per la verifica di stabilità dei pendii in terreni sciolti o rocciosi con i metodi tradizionali della geotecnica (Equilibrio limite), ed il metodo ad Elementi Discreti con il quale è possibile conoscere gli spostamenti del pendio ed esaminare la rottura progressiva. In condizioni sismiche esegue sia l’analisi statica che dinamica. I parametri sismici secondo le NTC (Norme Tecniche per le Costruzioni) possono essere importati da GeoStru PS.
