Rainfall-induced landslides: simulation and validation through case studies with a multiphase porous media model in conjunction with the second order work criterion

La pioggia è una delle maggiori cause delle frane. A causa della grande estensione dei fenomeni piovosi, l'instabilità idro-geologica può verificarsi su aree estese, e spesso si trasforma in una rottura di tipo diffusa causando colate che avvengono improvvisamente, coinvolgendo strati superficiali di suolo di diversa origine e classificazione. Considerando la capacità distruttiva di questo tipo di eventi, la valutazione del rischio corrispondente è di fondamentale importanza. Questa tesi è motivata principalmente dalla necessità di una migliore conoscenza della risposta di un pendio all'infiltrazione della pioggia e da una predizione più precisa e realistica dell'istante e del luogo del distacco di frane mediante opportuna modellazione fisico-matematica e numerica. A questo scopo, la modellazione delle frane causate dalla pioggia avviene considerando questi eventi come un problema idro-meccanico accoppiato in condizioni di saturazione variabile. Per le simulazioni numeriche è stato utilizzato il codice agli elementi finiti 'Comes-Geo', in cui il materiale costituente i pendii è analizzato come un solido poroso multifase elasto-plastico in condizioni non-isoterme. In questa tesi inoltre è discusso il problema dell'instabilità dei geomateriali multifase, con particolare applicazione alle frane indotte dalla pioggia. A tal fine, il criterio del lavoro del secondo ordine, basato sulla condizione sufficiente di stabilità di Hill (1958), è stato implementato nel codice di calcolo agli elementi finiti sopra menzionato. Esso consiste nello studio del segno del lavoro del secondo ordine a livello di punto materiale ed è utilizzato nella tesi per rilevare la rottura locale. La formulazione analitica di questo criterio è stata modificata per i solidi porosi proponendo tre diverse espressioni che possono essere utilizzate per i materiali porosi multifase in condizione di saturazione variabile; il lavoro del secondo ordine è stato espresso in funzione della tensione efficace (i), della tensione totale (ii) e considerando il contributo dell'energia idraulica nel caso di terreni parzialmente saturi (iii). L'approccio modellistico sopra menzionato e il criterio di Hill sono stati applicati all'analisi agli elementi finiti di tre problemi di collasso di suoli: un test di compressione biassiale (in stato piano di deformazioni) di una sabbia densa e un materiale granulare isocorico, in cui è stata osservata sperimentalmente la localizzazione di deformazioni, il distacco di una frana ben documentata della zona di Sarno-Quindici (Italia meridionale, 1998), un test di stabilità di un pendio sperimentale di grande scala soggetto a pioggia (Università degli Studi di Padova, 2014).