Acronimo PROMISE

Titolo Integrated apPROach for MItigation of flowSlidE risk: full-scale testing and advanced numerical modelling

Codice del Progetto 2022KL5792

Contributo MUR € 196.390

Cofinanziamento € 30.688

Resp. Scientifico Marianna Pirone

Breve Descrizione

Le colate rapide di fango rappresentano una seria minaccia per la vita umana e causano danni significativi a edifici e infrastrutture. Esse si verificano comunemente su pendii costituiti da terreni parzialmente saturi e sono generalmente innescate da eventi di pioggia intensa, che determinano una riduzione della suzione e, di conseguenza, una diminuzione della resistenza al taglio del terreno. Negli ultimi decenni, bassi valori di suzione ed elevati contenuti d’acqua nel sottosuolo sono stati identificati come i principali fattori predisponenti all’innesco delle colate rapide. In questo contesto, il progetto PROMISE (Integrated apPROach for MItigation of flowSlidE risk: full-scale testing and advanced numerical modelling) si propone di migliorare:

1. la comprensione del comportamento dei pendii parzialmente saturi sottoposti a precipitazioni intense;
2. la comprensione dei relativi meccanismi di innesco.

Tali obiettivi sono perseguiti attraverso la progettazione e la realizzazione di un esperimento in scala reale, basato sull’applicazione di precipitazioni artificiali su un pendio naturale strumentato. Lo studio è focalizzato su un’area ad elevato rischio idrogeologico situata nei Monti Lattari, in Campania. Il sito sperimentale è localizzato all’interno di una cava di calcari e dolomie nel territorio del comune di Salerno. La strategia adottata si articola nelle seguenti attività: (i) esecuzione di indagini in sito finalizzate all’identificazione sia dei fattori predisponenti al dissesto (caratterizzazione geologica e geotecnica), sia delle condizioni preparatorie all’innesco (misure in situ della suzione e del contenuto volumetrico d’acqua) (Work Package 1); (ii) strumentazione di una piccola area di prova mediante un sistema di irrigatori per simulare eventi di precipitazione artificiale, incluse condizioni critiche (Work Package 2); (iii) calibrazione e validazione di modelli numerici finalizzati all’analisi del comportamento del pendio in condizioni di precipitazioni intense (Work Package 3).

Finalità

L’obiettivo principale del progetto di ricerca PROMISE è migliorare la comprensione del comportamento dei pendii piroclastici parzialmente saturi in condizioni di precipitazioni intense e dei relativi meccanismi di innesco.

Tale obiettivo è perseguito attraverso la progettazione e l’esecuzione di un esperimento in scala reale, basato sull’applicazione di precipitazioni artificiali controllate su un pendio naturale strumentato. I contenuti scientifici del progetto sono articolati in tre Work Package (WP).

L’obiettivo principale del WP1 consiste nell’eseguire la caratterizzazione geologica e geotecnica dell’area di prova e nel predisporre un sistema di monitoraggio delle variabili preparatorie in condizioni meteorologiche naturali nel sito strumentato identificato come “Test Site A”.

L’obiettivo degli esperimenti condotti mediante applicazione di precipitazioni artificiali in scala reale, presso il sito strumentato identificato come “Test Site B”, è migliorare la comprensione del comportamento dei pendii piroclastici soggetti a precipitazioni intense e investigare i meccanismi di innesco delle frane in un’area storicamente interessata da colate rapide.

Le attività di modellazione numerica del WP3 sono finalizzate all’identificazione dell’area più idonea per l’applicazione della pioggia artificiale, supportando la progettazione delle prove di campo del WP2 presso il Test Site B.

I dati raccolti presso il Test Site A consentono, inoltre, la validazione della modellazione numerica sviluppata nel corso del progetto e permettono, infine, la definizione di soglie pluviometriche intensità–durata fisicamente basate per aree esposte al rischio di colate rapide.

Risultati attesi

I risultati attesi sono riportati di seguito, unitamente alla descrizione delle attività condotte per il loro conseguimento.

1) Modello geologico: È stata selezionata un’area di circa 700 m² all’interno della cava di dolomia per la definizione del modello geologico. A tale scopo sono state eseguite: fotogrammetria da drone per la ricostruzione di un Modello Digitale del Terreno (DEM); 11 sondaggi geognostici; 78 perforazioni esplorative; 5 tomografie di resistività elettrica. Sono state inoltre effettuate misure in sito della conducibilità idraulica satura, sia nella copertura piroclastica mediante infiltrometro a doppio anello, sia nel substrato dolomitico mediante prove Le-Franc, al fine di comprendere meglio l’interazione idraulica tra la copertura piroclastica e il substrato roccioso, nonché di identificare le curve di conducibilità idraulica alla scala del sito.

2) Modello geotecnico: la copertura piroclastica del sito sperimentale è stata completamente caratterizzata mediante: 12 analisi granulometriche; 28 prove di taglio diretto; 15 prove triassiali in condizioni sature; 6 prove triassiali in condizioni non sature; 11 prove di evaporazione; 11 prove di conducibilità idraulica satura. Tutte queste prove sono state eseguite su campioni indisturbati presso il Laboratorio di Geotecnica del Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile e Ambientale dell’Università degli Studi di Napoli Federico II.

3) Monitoraggio in campo delle variabili preparatorie: L’area denominata “Test Site A” è stata selezionata per monitorare la risposta del pendio in condizioni meteorologiche naturali. A partire dal 28 novembre 2024, è stata installata una stazione meteorologica a un’altezza di 2 m dal piano campagna. Nella stessa data sono state installate quattro sonde TDR (Time Domain Reflectometry) all’interno della copertura piroclastica. Successivamente, il 19 dicembre 2024, sono stati installati due tensiometri per misurare, con frequenza oraria, il contenuto volumetrico d’acqua (VWC) e la suzione.

4) Prova sperimentale con erogazione di pioggia artificiale: Il “Test Site B”, sul quale è stata applicata pioggia artificiale ad alta intensità, è stato selezionato sulla base della combinazione tra inclinazione del pendio e spessore della copertura piroclastica. Quest’area è situata nella porzione più a valle dell’area di studio, dove le inclinazioni del pendio superano i 35°, raggiungendo localmente valori compresi tra 40° e 42°, e dove in passato sono già stati osservati piccoli fenomeni di instabilità. A partire dal 12 giugno 2025, sono state installate otto sonde TDR (Time Domain Reflectometry) a profondità pari a 0,30 m, 0,60 m, 0,90 m e 1,00 m dal piano campagna. Successivamente, il 12 dicembre 2025, sono stati installati dodici tensiometri e una sonda TDR multilivello all’interno della copertura piroclastica, alle stesse profondità delle sonde precedentemente installate. Inoltre, due celle piezometriche sono state installate alla base dello strato piroclastico, al fine di rilevare l’eventuale formazione di una falda sospesa. È stato altresì installato un sistema di irrigazione a pioggia esteso su un’area di 12 m × 15 m, equipaggiato con ugelli in grado di erogare intensità di precipitazione fino a 8 mm/h. Sono stati inoltre installati: una telecamera per il rilevamento dei movimenti superficiali; sensori di spostamento disposti lungo due array verticali.

5) Modellazione numerica. Nelle fasi iniziali del progetto sono state condotte analisi preliminari bidimensionali e tridimensionali di filtrazione mediante il metodo degli elementi finiti, in combinazione con analisi bidimensionali e tridimensionali di equilibrio limite, al fine di individuare l’area più idonea per l’applicazione della pioggia artificiale presso il Test Site B. Sono inoltre state eseguite analisi numeriche idro-meccaniche disaccoppiate mediante il software GeoStudio, utilizzando i moduli SEEP/W in configurazione 2D e 3D e SLOPE/W, allo scopo di generare soglie fisicamente basate a valle della calibrazione e validazione del modello rispetto ai dati di monitoraggio.

Risultati raggiunti

Tutte le attività previste nell’ambito del WP1 sono state portate a termine. Sia la caratterizzazione geologica sia quella geotecnica sono state ampiamente sviluppate nel corso dei due anni di progetto, producendo una quantità di dati superiore a quella inizialmente prevista, grazie all’esecuzione di prove di laboratorio sia convenzionali sia non convenzionali, condotte in condizioni di parziale saturazione. I risultati delle indagini geologiche hanno evidenziato la presenza di una copertura piroclastica di circa 1,4 m di spessore, sovrastante un substrato di dolomia fratturata. La stratigrafia ricostruita a partire dagli 11 sondaggi mostra una configurazione analoga a quella osservata in un altro sito strumentato situato nella stessa area. I risultati sperimentali indicano che i terreni piroclastici del sito di Salerno presentano un comportamento idro-meccanico coerente con quello precedentemente osservato in terreni analoghi appartenenti ad altri pendii piroclastici della Campania. Le misure orarie del contenuto volumetrico d’acqua (VWC) e della suzione, effettuate in campo presso il Test Site A, mostrano un chiaro andamento stagionale: l’acqua persa durante i mesi più secchi viene progressivamente reintegrata nel periodo autunnale, in accordo con quanto osservato in altri pendii piroclastici. La maggior parte delle attività previste nel WP2 è stata completata. La selezione e l’allestimento del campo sperimentale soggetto a pioggia artificiale sono iniziati nel giugno 2025. Il sistema di irrigazione è stato installato tra ottobre 2025 e gennaio 2026, mentre la telecamera e i sensori di spostamento sono stati installati nella fase conclusiva del progetto. Sono stati applicati otto eventi di pioggia artificiale, variando sia la durata delle precipitazioni sia le condizioni iniziali del pendio. Tali attività hanno consentito di acquisire misure delle variabili idrauliche e cinematiche, fondamentali per la validazione del modello numerico predittivo, in accordo con quanto previsto nella proposta progettuale. Questi test hanno inoltre consentito di osservare differenti risposte idrauliche in condizioni di precipitazioni intense, difficilmente rilevabili in condizioni meteorologiche naturali. Per quanto riguarda il WP3, sono state sviluppate in maniera approfondita analisi idrauliche, in combinazione con analisi di equilibrio limite per la valutazione della stabilità dei pendii. Tali analisi hanno consentito di sviluppare soglie fisicamente basate per l’innesco delle colate rapide e di verificare la validità delle soglie attualmente disponibili in letteratura. Le attività di disseminazione dei risultati raggiunti sono state adeguatamente svolte attraverso l’organizzazione di un workshop conclusivo (26–27 febbraio 2026) e la partecipazione a conferenze nazionali e internazionali (1–3 settembre 2025).