THE ROLE OF THE VINEYARDS ON SLOPE STABILITY: A CASE STUDY FROM AN AREA SUSCEPTIBLE TO SHALLOW LANDSLIDES. M. Bordoni, M.G. Persichillo, C.

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1 THE ROLE OF THE VINEYARDS ON SLOPE STABILITY: A CASE STUDY FROM AN AREA SUSCEPTIBLE TO SHALLOW LANDSLIDES M. Bordoni, M.G. Persichillo, C. Meisina

2 INDICE Stato dell arte Obiettivi Area di studio Studio dei cambiamenti dell uso del suolo Analisi del ruolo svolto dalle radici dei vigneti sulla stabilità dei pendii

3 STATO DELL ARTE Cambiamento di uso del suolo e pratiche agricole Ruolo svolto dalla vegetazione, in termini di coesione e di resistenza a trazione operata dalle radici Influenzano le dinamiche dei dissesti idrogeologici: insorgenza, movimento e comportamento dei fenomeni franosi superficiali (Glade, 2003; Bischetti et al., 2009; Hales et al., 2009; Schwarz et al., 2010; Mao et al., 2012; Vergani et al., 2012; Wu, 2012; Preti, 2013) processi di natura idrologica Infiltrazione - intercettazione + evapotraspirazione + processi di natura meccanica - Effetto negativo sulla stabilità dei versanti + Effetto positivo sulla stabilità dei versanti Sovraccarico - effetto leva del ventofessurazione - effetto contrafforte + rinforzo radicale del suolo +

4 STATO DELL ARTE a) b) c) Rinforzo radicale (c r ) a) Effetto contrafforte e effetto arco: Gli alberi, se ancorati agli strati più profondi del suolo, possono configurarsi come dei piloni in grado di sostenere la porzione di versante ad essi sovrastante b) Effetto tirante (radici di maggiori dimensioni): Le radici possono in questo caso sfilarsi o rompersi in funzione della tipologia del substrato e della lunghezza e dalle caratteristiche morfologiche e meccaniche delle radici c) Azione di rinforzo (assicurata dagli elementi radicali più sottili): La combinazione delle radici e del suolo produce un materiale composito suolo-radici che è più resistente dei singoli elementi che lo costituiscono. Il rinforzo radicale è funzione della densità della massa radicale, specie, composizione chimica, lunghezza e diametro dell apparato radicale e dalle condizioni geopedologiche e climatiche (Bischetti et al., 2010)

5 OBIETTIVI Studio e valutazione degli effetti prodotti dai cambiamenti di uso del suolo e delle modifiche delle pratiche colturali sulla stabilità dei pendii e sull insorgenza di fenomeni franosi superficiali. Studio del ruolo giocato dalla vegetazione nelle area più soggette a frane superficiali e in particolare comprendere il ruolo svolto dai vigneti, in termini di rinforzo radicale e resistenza a trazione delle radici delle viti, sulla stabilità dei pendii. Valutazione del rinforzo radicale nei vigneti abbandonati attraverso l applicazione di tecniche di back analysis.

6 AREA DI STUDIO Settore NE dell Oltrepò Pavese e appartenente agli Appennini nord-occidentali L area si estende per circa 13 Km2 e caratterizzata da un elevazione compresa tra i 59 e 323 m. I pendii, a gradiente medio-alto, sono compresi tra circa 18 e 37 GEOLOGIA Bedrock caratterizzato da formazioni appartenenti alla successione Mio- Pliocenica (Serie del Margine): Conglomerati arenacei (Arenarie di Monte Arzolo e Conglomerati Rocca Ticozzi) Marne siltoso-sabbiose, marne evaporitiche gessose e gesso (Marne di Sant Agata Fossili e Formazione Gessoso-Solfifera) Suolo colluviale compreso tra pochi cm a circa 2.5/3 m

7 CASI DI STUDIO L area è particolarmente soggetta a frane superficiali indotte da intensi fenomeni piovosi Aprile 2009: 1600 frane riscontrate nell intero Oltrepò e circa 384 frane nella sola area di studio (circa 51 frane per Km2) dopo il verificarsi di un evento di 160 mm di pioggia in 62 h. Marzo - Aprile 2013 e Febbraio-Marzo 2014: si sono verificate un numero inferiore di frane nell area di studio data la minore intensità delle precipitazioni verificatesi ( mm in h)

8 FRANE SUPERFICIALI INDIVIDUATE Superfici di scivolamento profonde tra 0.6 e 2.0 m p.c., tra il contatto suolosubstrato alterato fino a 0.7 m sopra il limite suolo-substrato alterato 4 tipologie di frane superficiali sono state riconosciute (Cruden and Varnes, 1996; Campus et al. 1998) a) b) c) d) a) Incipient translational slides: coltre di alterazione superficiale con traslazioni di limitata entità e un incipiente sovrascorrimento b) Translational soil slides: coltre di alterazione superficiale con traslazione di entità tale da esporre la superficie di rottura c) Complex landslides: coltre di alterazione superficiale che a seguito del movimento iniziale degenerano in colata d) Disintegrating soil slips: coltre di alterazione superficiale con traslazione iniziale e colata estremamente fluida con materiale completamente disperso lungo ed alla base del versante

9 CAMBIAMENTO USO DEL SUOLO Studio del cambiamento dell uso del suolo e delle modifiche delle pratiche agricole:

10 CAMBIAMENTO USO DEL SUOLO 1954 Territorio caratterizzato dalla presenza di vigneti a giropoggio (88 %) 1980 Prime modifiche: presenza di terreno incolto (7.7%), vigneti a ritocchino e abbandonati (5.9 e 5.4 %) ma ancora territorio prevalentemente costituito da vigneti a giropoggio (63 %). Le capezzagne, disposte lungo il pendio, strette e a cavallo dei confini di particella catastale, avevano funzione di drenaggio delle acque superficiali Modifiche maggiori rispetto al 1954: maggiore estensione dell area a bosco e vigneti abbandonati ( 24.8 e 6.9 %) e reimpianto di vigneti a ritocchino ( 21.7 %) a discapito dei vigneti a giropoggio (17 %)

11 EVENTO FRANE 2009 Frequenza maggiore di frane in corrispondenza di: - Boschi (Rap.Freq = 1.08) - Incolto (Rap.Freq = 2.00) - Vigneti abb. (Rap.Freq = 1.00) Uso del suolo Area occupata dalle classi (%) Frequenza Frane (%) Rapporto di frequenza Incolto Bosco Ab VN Girop. VN Rit. VN Fortemente influenzata da: -riduzione delle attività di manutenzione - mancata regimazione delle acque

12 RUOLO RADICI DEI VIGNETI Selezione di particolari siti di indagine per lo studio delle relazioni tra la densità delle radici dei vigneti e le proprietà meccaniche dei pendii indagati Siti di indagine selezionati (punti rappresentati dalle stelle) in base a: - Età dei vigneti (1-30 anni) - Orientazione dei filari (giropoggio e ritocchino) - Presenza/assenza di frane superficiali - Tipo di bedrock e spessore del suolo Valutazione Rinforzo radicale Confronto con analisi sui vigneti abbandonati tramite back analysis

13 METODO DI LAVORO 1) Esecuzione scavo tra interfila vigneti 2) Esecuzione del profilo pedologico 3) Raccolta campioni di radici con lunghezza di almeno 0.15 m 4) Valutazione del numero di radici e del relativo diametro a differente distanza dalle viti (tra 0.1 e 1.3 m)

14 METODO DI LAVORO 5) Digitalizzazione immagini relative alla densità di radici lungo il profilo (MapWindows GIS) 6) Test di laboratorio per la valutazione della resistenza a trazione delle radici Valutazione RAR (Root Area Ratio): densità delle radici lungo il profilo RAR = (Ar/A) Valuatzione della resistenza a trazione media delle radici in termini di forza (N) b f ad

15 RAR e Rinforzo radicale (Cr) Root Area Ratio (RAR)= Ar/A A r = area di suolo occupata dalle radici A = area di suolo Resistenza a trazione media f = d = diametro radici (mm) a, b = parametri dipendenti dalle specie + Fiber Boundle Model (FBM; Pollen and Simon, 2005) Rinforzo radicale basale c rbas M N Rinforzo radicale laterale c rlat c k' k'' f RAR Rinforzo radicale totale c rtot c rlat rbas c j 1 rtot k' k'' c N f RAR i 1 i 1 rbas c i rlat i j z Z j k = fattore correttivo per la decomposizione della resistenza a trazione radici ( ) k = fattore di correzione per la non simultanea rottura delle radici ( ) f = resistenza a trazione media radici (N/m 2 ) RAR = Root Area Ratio (%) N = numero di classi considerate M = numero di j profili di suolo di pronfondità z j

16 RISULTATI: RAR VERSANTI SENZA FRANE SUPERFICIALI VERSANTI CON FRANE SUPERFICIALI Densità di radici maggiore in pendii dove non si sono verificate frane superficiali

17 RISULTATI: RESISTENZA A TRAZIONE Relazione forza-diametro ottenuta da prove di trazione eseguite in laboratorio sulle radici di vite Tutti i campioni sono caratterizzati da un comportamento simile: RAR quindi il parametro più significativo e influente nel calcolo del rinforzo radicale

18 RISULTATI: RINFORZO RADICALE (Cr) Tutti i siti Siti senza frane superficiali Siti con frane superficiali I valori maggiori sono localizzati tra 0,1 e 0,6 m sia in pendii in frana che in quelli non in frana. Il rinforzo radicale tende a diminuire con la profondità fino ad annullarsi a quote superiori a 1,2-1,5 m dal piano campagna Il rinforzo radicale medio nei pendii soggetti a frane superficiali é inferiore rispetto a quello misurato in pendii stabili. La diminuzione è maggiormente evidente fino a 0,7 m.

19 VIGNETO ABBANDONATO Tutti i siti Siti senza frane superficiali Siti con frane superficiali Risulta evidente una diminuzione del rinforzo radicale medio nei vigneti abbandonati interessati da frane superficiali

20 CONCLUSIONI Le scelte e le tecniche colturali influenzano il dissesto: scelte realizzate all impianto (numero di frane notevole in corrispondenza di nuovi impianti e di pendenze del suolo molto elevate) tecniche di gestione del suolo annuali come le lavorazioni superficiali del terreno, l inerbimento o la pacciamatura (non solo per ottimizzare la produttività quantitativa e qualitativa del vigneto, ma anche per la salvaguardia dell integrità dei terreni. L analisi della distribuzione delle radici di vite con la profondità ha evidenziato valori elevati di rinforzo radicale basale indice del loro ruolo positivo nella stabilità del pendio, laddove presenti fino a profondità significative per le frane superficiali. I risultati ottenuti forniscono la base di partenza per poter sviluppare un modello con il quale stimare a diverse profondità il rinforzo meccanico operato dalle piante di vite sui versanti e analizzare quindi il ruolo che possono giocare in termini di difesa dai fenomeni di dissesto idrogeologico.

21 GRAZIE PER L ATTENZIONE