Approcci avanzati per la ricostruzione di modelli geo-idro-meccanici di scivolamenti in roccia profondi

Deep-seated landslides are acknowledged to be a widespread relief-shaping phenomenon in mountain range landscape. Despite being rarely related to casualties due to their slow and mainly continuous displacement rate, they are still a major concern to any man-made infrastructures and settlements, especially in developed countries. Sub-surface characterization and relationship between activity style and external climatic stresses are still open issues when dealing with deep-seated landslides due to their inherent complexity, heterogeneity of the material involved and general lack of exhaustive underground information and surface and sub-surface observations. This thesis approaches the issues by integrating expert geological knowledge information, remote sensing datasets, direct information provided by monitoring datasets and boreholes data together with indirect information gathered through geophysical surveys to attain a unified depiction of both kinematic and relevant geological reality to be implemented in finite element (FE) modelling. In detail, the data integration involved the interpretation and geomorphological mapping of laser imaging detection and ranging (LiDAR) base maps, the joint-analysis of surface displacement datasets provided by permanent scatterers differential interferometry (PSInSAR), global navigation satellite system monitoring (GNSS) and sub-surface displacement provided by inclinometer monitoring and hydro-geological information derived by piezometers and springs monitoring. This operation resulted in a set of maps and cross sections describing the reference kinematic model. Geophysics were also employed, namely electrical resistivity tomography (ERT), seismic reflection and refraction tomography (RFR, RFL) and seismic noise surveys e.g., horizontal to vertical spectral ratio (HVSR), to incorporate the relevant geological differentiation within the kinematic model. The geological model was than employed for the implementation of hydrogeological and stress-deformation FE modelling. The thesis shows and discuss the results of the application of this workflow in two case studies, which differ from one another in terms of geological, climatic setting and morphological evolution: the Camugnano and Belprato rock-slides, the former located in Northern Apennines involving most of the residential area of the homonymous municipality, while the latter located in the Isarco valley in the Eastern Alpes affecting a sector of one of the major highways in Italy (A22) and the railway Verona, Italia - München, Germany.

Gli scivolamenti in roccia profondi costituiscono un diffuso fenomeno di modellamento del rilievo in aree montuose. Pur non essendo generalmente associate a danni diretti alle persone per via dei bassi tassi di deformazione che le caratterizzano, costituiscono comunque un elemento di attenzione per le infrastrutture e i centri abitati, specialmente in paesi sviluppati. La caratterizzazione di sottosuolo e le relazioni tra lo stile di attività e stress climatici esterni sono ancora tematiche di ricerca aperte nello studio di tali fenomeni per via della loro inerente complessità, eterogeneità dei materiali coinvolti e la generale carenza di informazioni e osservazioni di superfice e di sottosuolo. La presente tesi indirizza la tematica attraverso l’integrazione della conoscenza geologica con osservazioni satellitari, informazioni dirette fornite dai fori di sondaggio e sistemi di monitoraggio insieme a informazioni indirette derivanti dalla geofisica per pervenire ad una rappresentazione unificata che incorpori i principali aspetti geologici e cinematici da implementare nella modellazione agli elementi finiti. In particolare, l’integrazione dei dati ha richiesto (1) l’interpretazione e la mappatura geomorfologica di mappe di base derivate da tecniche di laser imaging detection and ranging (LiDAR), (2) l’analisi congiunta di dati di monitoraggio di superficie forniti mediante interferometria radar ad apertura sintetica (PSInSAR) o sistemi di posizionamento satellitare (GNSS) con datasets di monitoraggio profondo derivante dagli inclinometri e dal monitoraggio idrogeologico di piezometri e sorgenti. L’operazione si è tradotta in un insieme di mappe e sezioni verticali che descrivono il modello cinematico. Gli aspetti salienti geologico-tecnici sono stati incorporati nel modello cinematico impiegando tecniche geofisiche, in particolare rilievi in tomografia elettrica (ERT), sismica attiva sia a riflessione (RFL) che in tomografia a rifrazione (RFR), e sismica passiva con acquisizione di rumore sismico (HVSR o horizontal to vertical spectral ratio). Il modello geologico è stato poi utilizzato come base per l’implementazione di modelli di flusso delle acque sotterranee e per modelli per l’analisi sforzo-deformazione agli elementi finiti (FE). La tesi descrive i risultati dell’applicazione di questa metodologia nello studio di due scivolamenti in roccia, Camugnano e Belprato che differiscono tra loro sia per l’assetto geologico sul quale si impostano sia per gli aspetti meteo-climatici. Il primo localizzato negli Appennini Settentrionali in provincia di Bologna che coinvolge gran parte del centro abitato dell’omonima cittadina, il secondo localizzato nella valle dell’Isarco nelle Alpi orientali e interagente con una delle maggiori arterie autostradali in Italia (A22) e un tratto ferroviario che collega Verona con Monaco di Baviera (Germania).