Tesi di Dottorato

Slope stability analysis is undoubtedly one of the most complex problems that civil engineers deal with. The evolution of deformation mechanisms of slopes is commonly schematized in four different stages: pre-failure, failure, post-failure and eventual reactivation. Traditional numerical methods, such as the finite element method and the finite difference method, are commonly employed to analyze the slope response in the pre-failure and failure stages under the hypothesis of small deformations. On the other hand, these methods are unsuitable for simulating the post-failure behavior due to the occurrence of large deformations. However, an adequate analysis of this latter stage and a reliable prediction of the landslide kinematics could be particularly useful for minimizing the associated risk or to establish the most suitable mitigation measures for land protection. Among the numerical techniques which have been recently developed to overcome the above-mentioned limitation, the material point method (MPM) is employed in this dissertation to analyze the post-failure stage of two real landslides: the Senise landslide (Basilicata) and the Maierato landslide (Calabria), both in Southern Italy, occurred in 1986 and 2010, respectively. The numerical analyses allow to faithfully simulate the real phenomena. In particular, with referring to the Senise landslide, the numerical analysis provides results that match satisfactorily well the field observations when both the slip surfaces detected by the installed inclinometers are accounted for. Besides, the lowest values of the shear strength parameters obtained from the laboratory tests have to be used. Moreover, an improvement of results is gained accounting for the presence of the existing structures as well. Concerning the Maierato landslide, symbol of the hydrogeological instability in Calabria (Southern Italy), the analysis performed using the material point method allows to successfully simulate the observed phenomenon, despite the complexity of this landslide regarding its size, catastrophic failure and long run-out distance. The obtained results demonstrate that an adequate analysis of the post-failure stage can lead to a better understanding of the complex mechanical mechanisms that characterize some landslides, and therefore help significantly to establish the most effective stabilization measures.

Scopo del lavoro di tesi è valutare una nuova correlazione tra alcuni parametri per caratteristici dei bacini idrografici con l'attività tettonica recente e le deformazioni del terreno. Questo lavoro fornisce un rilevamento dettagliato di fenomeni franosi a scala di bacino, nel bacino idrografico del Fiume Corace e su scala locale nel centro abitato di Gimigliano, in Calabria. Inoltre, questo lavoro presenta i risultati dell'applicazione del metodo delle matrice nel calcolo della suscettibilità da frana in un sistema informativo geografico (GIS). La tesi presenta i risultati ottenuti per valutare il fattore della tettonica attiva come uno dei diversi fattori determinanti all’interno del calcolo della suscettibilità da frana. il punto di partenza è l'utilizzo di diversi indici geomorfici relativi alla rete di drenaggio fluviale, ai bacini fluviali e ai versanti. Questi indici sono calcolati e valutati in ambiente GIS, oltre a osservazioni sul campo..Per quanto riguarda l’influenza dell’attività tettonica, l'analisi GIS fornisce una correlazione significativa con le frane. In generale, le zone instabili osservate sono legate a forti pendenze dei corsi d’acqua. Una maggiore frequenza di frane è legata a zone con indici superiori di tettonica attiva nei versanti orientali del bacino di Corace e anche, in aree in cui il valore dell’indice risultava elevato, proprio in corrispondenza del centro abitato di Gimigliano. Queste correlazioni tra densità di frane e intensità di tettonica attiva, espresse da indici geomorfici, suggeriscono l'utilità dell'integrazione della tettonica attiva, tra i principali fattori determinanti nella valutazione della suscettibilità da frana dell'area di Gimigliano che può essere applicata a aree simili in tutto il mondo. L'approccio di questo lavoro è quello di fornire un metodo quantitativo, per concentrarsi su aree per un lavoro più dettagliato per stabilire i tassi di tettonica attiva. A tale scopo, sono stati calcolati alcuni indici geomorfici nell'intera area del bacino del Fiume Corace e di sette sottobacini idrografici di terzo ordine. Alcuni indici geomorfici di tettonica attiva noti per essere utili in studi tettonici attivi sono stati selezionati tra cui: • Stream length-gradient index (SL); • Asimmetria del bacino di drenaggio (Af); • Integrale ipsometrico (Hi); • Rapporto tra la larghezza del fondovalle e l'altezza della valle (Vf); • Indice della forma del bacino di drenaggio (Bs); • Indice della sinuosità del fronte montuoso (Smf). È un metodo per valutare un indice su un'area che rappresenta un'attività tettonica relativa (Ifat). I vari indici sono divisi in tre classi, con la prima classe ad alta attività e la terza a bassa attività. Al fine di sviluppare una distribuzione areale, Ifat è ottenuto dalla media delle diverse classi di indici geomorfici e diviso in quattro classi, dove la classe 4 è un'attività tettonica molto alta, la classe 3 è alta attività tettonica di classe 2 è la tettonica moderatamente attiva di classe 1 è bassa tettonica attiva. La metodologia proposta, sviluppata in ambiente GIS la realizzazione di una mappa dell’'attività tettonica. Questo metodo è stato correlato con la carta della suscettibilità da frana. Infine viene elaborata la mappa di suscettibilità da frana per ogni tipo di frana. Le mappe sono state convalidate, verificando il grado di aggiustamento tra gli inventari di frana e le classi di suscettibilità risultanti. La validazione ha mostrato alte correlazioni tra il verificarsi di nuove frane e classi di suscettibilità delle frane disponibili con un grado di aggiustamento superiore al 72% per classi di suscettibilità da alte a molto alte e inferiori al 10% per classi di suscettibilità da basse a molto basse, mostrando l'utilità di queste mappe di suscettibilità alle frane future aree franose. Gli eventi franosi sono tra i processi geologici più complessi a causa dell’interazione tra diversi fattori, spesso difficili da classificare e da prevedere. Scopo della terza sezione è l'utilizzo di dati di telerilevamento per rilevare e mappare le frane, per valutarne l'evoluzione spaziale e temporale. Le tecniche InSAR possono rappresentare un utile supporto alle tecniche di monitoraggio nelle aree in frana e possono essere utilizzate come nuovi metodi per la mappatura e l'inventario delle frane. Al fine di valutare le deformazioni in termini spaziali e temporali e di fornire un’analisi degli spostamenti nel centro abitato di Gimigliano, sono stati analizzati i dati Sentinel 1, acquisiti nell'ottobre 2014 - ottobre 2016 e confrontati con evidenze geologiche e geomorfologiche derivanti da dati ausiliari quali come database di frane e ortofoto riferiti a date diverse, infine validati con rilevamento sul campo. L'approccio applicato ha dimostrato essere un utile supporto della valutazione della suscettibilità alle frane, poiché la tecnica di PSI ha il potenziale per lavorare in sinergia con gli strumenti geomorfologici convenzionali. I dati del telerilevamento mediante interferometria SAR (InSAR) sono diventati un potente strumento per il monitoraggio spazio-temporale di movimenti terrestri quali cedimenti, spostamenti superficiali dovuti a frane o attività tettonica, vulcanismo e processi antropici in aree urbanizzate. Nell'ultimo decennio, i metodi per il rilevamento degli spostamenti del suolo da parte dell'interferometria radar a apertura sintetica hanno avuto una importanza notevole. Negli ultimi anni l'interferometria differenziale delle immagini RADAR è diventata una delle tecniche di telerilevamento più accurate nella valutazione di deformazioni neturali o antropicamente indotte, relativa agli studi sui rischi naturali o sulle risorse naturali. In particolare l'interferometria SAR differenziale DInSAR è diventata uno strumento di telerilevamento molto utile per misurare con precisione l'evoluzione spaziale e temporale degli spostamenti di superficie su un'area vasta.

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