I TORRIONI DI RIALBA: UN APPROCCIO INTEGRATO.

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1 MIARIA MONITORARE I TORRIONI DI RIALBA: UN APPROCCIO INTEGRATO. -Assetto geologico- Prof.ssa Monica Papini Prof.ssa Laura Longoni Ing. Davide Brambilla Ing. Fabrizio Mazza VARENNA 12 OTTOBRE 2011

2 MIARIA: ambito del progetto 2 Scenari di rischio originati da fenomeni idrogeologici che attivano scenari di rischio di natura tecnologica (effetto domino) Necessità di individuare metodi e tecniche basati su opportuni sistemi di monitoraggio che permettano di ridurre le incertezze nella definizione delle soglie di allerta e di allarme

3 MIARIA: strategie innovative di progetto 3 Sviluppo di sistemi di monitoraggio nell ambito di MIARIA: sensori capaci di rilevare differenti grandezze fisiche con bassi costi e bassi dispendi energetici reti dinamiche wireless distribuite sale di monitoraggio di seconda generazione Sviluppo futuro PROMETEO Fully Wireless Sensor Network Hybrid Sensor Network

4 I casi studio 4 Progetto MIARIA Scala di Bacino Scala Locale Valsassina DGPV di Premana I Torrioni di Rialba

5 Scenari applicativi: MIARIA locale 5 Sono stati scelti due siti pilota: Premana: fenomeno gravitativo profondo Torrioni di Rialba: frane di crollo

6 Scenari applicativi: il caso dei Torrioni di Rialba 6 Loc. Rialba

7 Scenari applicativi: il caso dei Torrioni di Rialba 7 Torrioni di Rialba

8 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 8 Torrioni di Rialba Progetto CARG - Carta geologica Sezione B4d3

9 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 9 Torrioni di Rialba

10 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 10 Torrioni di Rialba Carta geologica d Italia

11 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 11 Volumi rocciosi : V1 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F2 - F1: larghezza circa 30 m, profondità circa 20 m ed altezza circa 80 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; V2 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F3 - F2: larghezza circa 25 m, profondità circa 35 m ed altezza circa 80 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; V3 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F4-F3: larghezza circa 25 m, profondità circa 40 m ed altezza circa 100 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; V4 - VOLUME SEPARATO DALLA FESSURA F4: larghezza circa 25 m, profondità circa 20 m ed altezza circa 100 m, per un volume approssimativo di circa m 3.

12 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 12 Volumi rocciosi : V1 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F2 - F1: larghezza circa 30 m, profondità circa 20 m ed altezza circa 80 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; V2 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F3 - F2: larghezza circa 25 m, profondità circa 35 m ed altezza circa 80 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; Legenda V3 - VOLUME COMPRESO TRA LE FESSURE F4-F3: larghezza circa 25 m, profondità circa 40 m ed altezza circa 100 m, per un volume approssimativo di circa m 3 ; principali fratture beanti limite inferiore substrato roccioso emergenze sorgentizie riparo sotto roccia V4 - VOLUME SEPARATO DALLA FESSURA F4: larghezza circa 25 m, profondità circa 20 m ed altezza circa 100 m, per un volume approssimativo di circa m 3.

13 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 13 Torrioni di Rialba Affioramento dello strato di argillite (San Giovanni Bianco) nel riparo sotto roccia Carta geologica d Italia

14 I torrioni di Rialba: stato delle conoscenze 14 I Torrioni di Rialba sono costituiti da rocce sedimentarie, in particolare da conglomerato calcareo (materiale eterogeneo con una vasta gamma di clasti con dimensioni superiori a 2 mm), di colore grigio-bianco in patina e grigio chiaro in frattura, a stratificazione quasi indistinta, generalmente fratturato, appartenente alla formazione del Conglomerato di Rialba (come indicato nella carta geologica). Tale Conglomerato è in contatto tettonico con la formazione di San Giovanni Bianco. Breccia di frizione all interfaccia tettonica tra due formazioni Aggrottamento basale Scavernamento frontale Materiale costituente la volta dell aggrottamento

15 Indagini in fase di realizzazione 15 Si può ipotizzare che il sistema di fratture che interessa il complesso dei Torrioni di Rialba sia stato generato dal detensionamento successivo allo scioglimento glaciale. Per capire se ci sia la possibilità di crollo di uno o più torrioni è necessario quindi approfondire la natura, ma soprattutto la giacitura, del contatto tettonico tra il Conglomerato di Rialba e la formazione di San Giovanni Bianco.? Rilievo geologico Indagini geofisiche Indagini geotecniche San Giovanni Bianco Potenza? Giacitura!?!

16 Monitoraggio 16 Sistema di monitoraggio costituito da: - 3 inclinometri - 3 estensimetri a filo - 3 sensori termici - 1 pluviometro Nodo 1 Inclinometro Estensimetro

17 Siti a rischio 17 Un evoluzione del movimento franoso nella località Rialba andrebbe ad interessare direttamente: la viabilità stradale SS 36 la linea ferroviaria FFS 181 la condotta forzata di adduzione della centrale elettrica la linea elettrica

18 Torrioni di Rialba 18 Nel diagramma sottostante sono rappresentate le diverse fasi di implementazione della modellazione numerica. Dagli studi finora effettuati emerge che, per la costruzione del modello, si necessita di una maggiore conoscenza della struttura del sottosuolo. I sondaggi geotecnici e le indagini geofisiche pianificate dalla Provincia di Lecco dovrebbero essere in grado di fornire tali informazioni. Sondaggi geotecnici e indagini geofisiche Completamento del modello concettuale del fenomeno Scelta della tipologia di modello numerico (elementi distinti, elementi finiti, analisi limite, modello di caduta massi) Raccolta parametri Obiettivo? Ricostruzione dello stato tensodeformativo Probabilità di crollo Traiettorie di caduta Modellazione numerica Calibrazione e validazione Dati sistema di monitoraggio

19 Indagine geofisica Tomografia geoelettrica Scopo: struttura strato argilliti Metodo: 2 stendimenti (N-S,E-O) CARATTERISTICHE DEGLI STENDIMENTI Stendimento N-S: Lunghezza totale: 48 m Distanza elettrodi: 1 m Posizione: sotto aggrottamento lato owest Configurazione: Schlumberger e Wenner (2 rilievi differenti) Stendimento E-O: Lunghezza totale: 72 m Distanza elettrodi 1 m Posizione: Sud Tecnica: Roll-along, 48 elettrodi Configurazione: Schlumberger e Wenner (2 rilievi differenti)

20 Indagine geofisica STENDIMENTO E - O STENDIMENTO N - S

21 Indagine geofisica

22 Modello numerico Rialba 22 Problema reale complesso Interazione ammasso roccioso e strato plastico sottostante Modelli Torrione Modello strato plastico Modello Fem-Dem, University of Toronto, Dr. A. Munjiza, Dr G. Grasselli Modello 3D elementi distinti: 3DEC Modello Fem, In attesa risultati carotaggio

23 Fem-Dem Torrione di Rialba 23 Modello agli elementi finiti (Fem) con meccanica di propagazione della frattura e interazione all interfaccia tra blocchi (Dem) Software open source in sviluppo da parte dell Università di Toronto (Prof G. Grasselli) partendo dall algoritmo proposto da Dr. A. Munjiza. Dati inseriti nel modello Geometria 2D Caratteristiche geo-meccaniche della roccia Set di discontinuità Utilizzati dati di letteratura in attesa di taratura con prove di laboratorio su provini estratti dal sondaggio. Obbiettivi: 1. Investigare stabilità torrione 2. Investigare ruolo scavernamento 3. Investigare rotazione limite

24 Risultati 24 Caratteristiche geomeccaniche scarse Coesione 380 KPa

25 Risultati 25 Caratteristiche geomeccaniche medie Coesione 600 KPa

26 Analisi numerica: modello 3DEC MODELLO CONCETTUALE GEOMETRIA DEL TORRIONE Geometria semplice, estrapolata da sezione del Dott. Riva. Volume complessivo 1 Torrione: m 3 (20x25x100). DISCONTINUITA - immersione N-O (330 /340 ), inclinazione 80 /85, apertura maggiore di 5 mm, spaziatura di 0.3 mm, persistenza maggiore del 50%, riempimento incoerente; - immersione O (255 /265 ), inclinazione 80 /85, apertura maggiore di 5 mm, spaziatura 0.6 mm, persistenza minore del 50% leggermente scabre, riempimento incoerente; - stratificazione orizzontale con spaziatura metrica PROPRIETA DEI GIUNTI - Angolo d attrito della matrice rocciosa 38 - Rigidezza normale e tangenziale dei giunti KN = KS = 1*10 11 Pa/m STRATO DI ARGILLITI Inclinazione 20, potenza maggiore di 7 m.

27 Analisi numerica: modello 3DEC CONTATTO TRA CONGLOMERATO DI RIALBA (TORRIONE) E ARGILLITI Modello 1 Modello 2A Modello 2B CARATTERISTICHE DEI MATERIALI CONGLOMERATO DI RIALBA Angolo di attrito 42 Densità 2600 Kg/m 3 Coefficiente di Poisson 0.3 Modulo di Young 25 GPa Coesione 3.5 MPa ARGILLITI Angolo di attrito 28 Modulo di Young 800 MPa Coesione 800 KPa Coefficiente di Poisson 0.4 Densità 2200 Kg/m 3

28 Analisi numerica: modello 3DEC DISCONTINUITA Spaziatura dei giunti incrementata (x5) per ridurre numero di blocchi e tempi di elaborazione Coesione apparente dei giunti 4 MPa(ponti in roccia)

29 Analisi numerica: modello 3DEC CONFRONTI TRA I MODELLI

30 Analisi numerica: modello 3DEC ANALISI SENSIBILITÀ PROPRIETÀ MECCANICHE ARGILLITI Modello con peggioramento del 25% bc= bfr=31 pr=0.4 dens=2200 E=600e6 change cons=2 mat=2 Modello con peggioramento del 50% bc= bfr=31 pr=0.4 dens=2200 E=400e6 change cons=2 mat=2 Modello con peggioramento del 75% bc= bfr=31 pr=0.4 dens=2200 E=200e6 change cons=2 mat=2

31 Analisi numerica: modello 3DEC CONFRONTI TRA I MODELLI DI IMPOVERIMENTO ARGILLITE

32 Analisi numerica: modello 3DEC CONFRONTI TRA I MODELLI DI IMPOVERIMENTO ARGILLITE

33 Analisi numerica: modello 3DEC MODELLO CON GEOMETRIA ARGILLITE MODIFICATA (G.A.M.) Due analisi, una con proprietà peggiorate del 50%.

34 Analisi numerica: modello 3DEC CONFRONTI TRA MODELLO GAM E MODELLO 1

35 Analisi numerica: modello 3DEC CONFRONTI TRA MODELLO GAM 100% E MODELLO GAM 50%

36 Analisi numerica: modello 3DEC MODELLAZIONE SCAVERNAMENTO FRONTALE Scopo: analisi sensibilità e individuazione arretramento critico. Due analisi: arretramento dello scavernamento di 1 m (SC_1) e di 3 m (SC_3). D = 1 m: solo collasso blocchi isolati ovest D = 3 m: collasso torrione

37 Analisi numeriche CONCLUSIONI Entrambe le ipotesi di diversa geometria ed andamento dello strato di argillite sono plausibili. Risultati poco sensibili a variazione caratteristiche meccaniche argilliti Arretramento critico dello scavernamento compreso tra 1 e 3 metri; SVILUPPI FUTURI Aggiornamento modello con risultati sondaggio Completamento analisi sensitività Integrare dei due modelli per una migliore comprensione del fenomeno