Analisi sperimentale su opere passive per il controllo di valanghe di neve

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 2 ci si basa su campioni di dati poco numerosi e relativamente recenti per tarare i modelli e inoltre, le misure che costituiscono i nostri campioni di dati sono affette da errori sia sistematici che casuali. Bisognerebbe quindi porsi con coerenza la domanda se sia corretto progettare ed eseguire opere facendo riferimento a tempi di ritorno dell ordine delle centinaia d anni quando le serie temporali di dati a disposizione sono piø brevi. La modellazione fisico-matematica fornisce inoltre una rappresentazione semplificata del fenomeno naturale e la conoscenza spesso incerta delle condizioni iniziali e al contorno fornisce ampi margini di incertezza alle elaborazioni. Tutto ci  porta a sottolineare l’estrema variabilit  ed insicurezza nella definizione delle aree di rischio non solo valanghivo ma in tutte quelle aree definite a rischio di dissesto idrogeologico.   1.2  Settori coinvolti Le valanghe di neve sono in grado di danneggiare gravemente tutto ci  che si trova sul loro percorso, grazie alla loro enorme forza di impatto ed al fatto che spesso contengono rocce, terra e ghiaccio. I settori piø frequentemente coinvolti sono: 1. Trasporti: spesso le valanghe comportano l’interruzione dei collegamenti, sia su gomma che su rotaia (danni economici); 2. Centri abitati e costruzioni: sono da prendere in considerazione danni ad infrastrutture e possibili perdite in vite umane; tecnici ed ingegneri sono quindi tenuti ad una corretta progettazione e scelta delle tipologie di attivit  che Ł possibile svolgere nelle diverse zone. Da ci  ne deriva l’importanza fondamentale della definizione delle aree a diverso livello di rischio; 3. Turismo: spesso le zone di villeggiatura sorgono in zone ad elevato rischio valanghivo, inoltre il comportamento irresponsabile di alcuni pu  dar luogo a distacchi di masse nevose con conseguenze anche catastrofiche. 
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 3 Il pericolo connesso alle valanghe come gi  affermato nel primo capitolo Ł spesso collegato ad un particolare ed errato comportamento dell’uomo, il quale frequentemente si pone in una situazione di pericolo. Cos , la distribuzione delle vittime provocate dalle valanghe vede al primo posto la categoria degli sci-alpinisti, seguiti da coloro che praticano lo sci fuoripista (Figura 1.2).                Figura 1.2: Categorie delle vittime da valanga in Italia dal 1987 al 1995 [19]. 90 31 14 0 0 14020406080100Sci AlpinismoSci FuoripistaSci in pista In casa In strada Altro
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 4  1.3 Classificazione delle valanghe Le caratteristiche fisiche di una valanga dipendono direttamente dalle caratteristiche geomorfologiche del sito come pendenza, altitudine, esposizione e scabrezza del pendio, dalle caratteristiche climatiche del luogo come ad esempio nevosit , ventosit , temperature, umidit  etc. e dalle caratteristiche vegetative. Vi Ł una prima classificazione in base al meccanismo di distacco che individua due principali tipi di valanghe [18] [19]:  1. Valanghe a debole coesione;  2. Valanghe a lastroni. Le prime si innescano per rottura superficiale del manto nevoso quando i legami tra le particelle all interno dell ammasso sono deboli. I volumi coinvolti difficilmente sono molto elevati perchØ coinvolgono soltanto strati di neve superficiali. La tipica forma del loro percorso Ł triangolare (Figura 1.4).  Figura 1.4:Valanga a debole coesione, si vede nettamente il punto esatto del distacco e il chiaro percorso triangolare [22]. Figura 1.3: Valanga a lastroni. Durante il percorso l ammasso iniziale si Ł frantumato in particelle di dimensioni ridotte [21]. 
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 5  Le seconde si innescano quando viene raggiunta e superata la resistenza al taglio della neve, in un punto interno al manto nevoso. Ci  pu  accadere sia sul fondo che su uno strato di scarse caratteristiche di resistenza. Questa tipologia forma blocchi che si staccano a causa delle fratture che si propagano su di una superficie di rottura interna al manto nevoso (Figure 1.3 e 1.5). Una seconda classificazione pu  essere fatta sulla modalit  di scorrimento [18] [19]. Si possono individuare due tipologie di valanghe:   1. Valanghe polverose;  2. Valanghe di neve densa. Le valanghe di neve polverosa sono caratteristiche dei siti dove, a causa delle basse temperature, non si sono sviluppati legami tra i cristalli di neve. Il corpo pu  essere suddiviso in due parti: il nucleo e la nube (Figura 1.6). Il nucleo si muove radente al terreno mentre la nube si muove con un moto tipicamente turbolento. Le velocit  raggiunte da queste valanghe sono notevoli fino a 60 70 m/s con l altezza del fronte che Ł dell ordine delle decine di metri. La densit  Ł ridotta ed Ł compresa tra 2 20 kg/m3. Le valanghe di neve polverosa sono difficilmente controllabili e le opere di difesa passiva hanno effetto solo sulla parte radente. Figura 1.5: Valanga a lastroni; si vede come questa si sia generata per rottura dei legami in uno strato interno al manto nevoso con una frattura che si Ł propagata sul piano con caratteristiche di resistenza minori [21]. 
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 6 Le valanghe di neve densa raggiungono densit  dell ammasso in movimento molto elevate (400 550 kg/m3) con porosit  dell ordine del 20%. Il corpo della valanga si muove lungo il pendio con velocit  che sono comprese tra 10 30 m/s, con l altezza di scorrimento che Ł dell ordine dei 2 5 m. Le opere di difesa passiva riescono in questo caso a ridurre la distanza percorsa dall ammasso. La formazione della nube Ł legata a due fattori fondamentali: il contenuto d acqua che deve essere basso e la velocit  che deve raggiungere valori prossimi ai 30 m/s [3]. In primavera quando il contenuto d acqua Ł molto elevato possono innescarsi valanghe di neve bagnata che possono raggiungere densit  di 600 kg/m3.   Figura 1.6: Distacco artificiale di una valanga di neve polverosa a VallØe de la Sionne, Svizzera; si pu  notare l’ampio fronte di distacco al di sotto della cresta del monte [20]. 
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 7 1.4 Caratteristiche del sito valanghivo 1.4.1 Caratteristiche della zona di distacco Il principale fattore topografico che condiziona il distacco delle valanghe Ł la pendenza. Non vi Ł un limite inferiore al di sotto del quale un pendio possa ritenersi sicuro. La pendenza Ł legata alla frequenza e all entit  degli eventi (Tabella 1.1).  Tabella 1.1: Indicazioni relative alla zona di distacco; relazione tra angolo di inclinazione sull orizzontale della zona di distacco e i tipi di valanghe che si verificano alle date inclinazioni [19]. Angolo di inclinazione Caratteristiche 60 ÷90  Frequenti valanghe di piccole dimensioni; 35 ÷60  Valanghe di media dimensione sia di lastroni che a scarsa coesione; 25 ÷35  Rare valanghe di lastroni di grosse dimensioni e valanghe di neve bagnata a debole coesione; 10 ÷25  Rare valanghe di neve bagnata e fradicia.  Altre caratteristiche fondamentali sono l orientamento del pendio nei confronti della direzione principale del vento e l esposizione al sole. La zona di distacco pu  essere un catino in testa ad un canalone o un versante aperto di ampie dimensioni.  1.4.2 Caratteristiche della zona di scorrimento e di arresto Dopo l’innesco la massa nevosa pu  scorrere o in un canalone (valanghe incanalate) o su pendio aperto (valanghe di versante).  Solitamente i percorsi incanalati scaricano su conoidi di deiezione. L angolo d inclinazione sull orizzontale del tratto di scorrimento va dai 30  ai 15  e data l elevata energia cinetica posseduta dalla massa in movimento essa non risente in modo accentuato di variazioni locali di pendenza. Le zone di arresto sono caratterizzate da pendenze inferiori ai 15 . In queste le valanghe decelerano a causa dell’attrito che dissipa la quantit  di moto acquisita in 
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 8 precedenza. Nelle zone d arresto a causa delle basse velocit  le valanghe sono sensibili ad ostacoli e variazioni di pendenza [19].   1.5 Metodi di indagine Per progettare in modo corretto un intervento sul territorio Ł necessario reperire informazioni sulla frequenza degli eventi, sulle dimensioni massime raggiunte in passato e sulle loro caratteristiche dinamiche. Ci  Ł necessario per valutare correttamente le zone di scorrimento e di arresto che spesso interessano centri abitati. Ci si pu  basare su analisi di tipo statistico, su tecniche biologiche di analisi della vegetazione come la dendrocronologia e su modelli dinamici per prevedere e prevenire eventi futuri. Sulla base dei dati raccolti e dei risultati dei modelli numerici Ł possibile costruire le  Carte di Localizzazione piø Probabile delle Valanghe  (C.L.P.V.) (Figura 1.7).   Figura 1.7: Esempio di carta di Localizzazione piø Probabile delle Valanghe [20]. 
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 9  1.6 Opere di difesa contro le valanghe Le tipologie di opere di difesa possono essere divise un due famiglie: le opere di difesa attiva e le opere di difesa passiva. Le prime sono quelle che intervengono nella zona del distacco stabilizzando il manto nevoso. Le seconde vengono progettate con il fine di ridurre l area interessata dalla valanga o per proteggere direttamente un elemento antropico. In ogni caso il miglior intervento di protezione dal rischio valanghe Ł realizzare le infrastrutture in aree non soggette a pericolo.  1.6.1 Opere di difesa attiva Le opere di stabilizzazione hanno il compito di impedire il distacco della massa nevosa o, per lo meno, di limitare l area interessata al distacco. Le opere di stabilizzazione sono progettate sulla base delle sollecitazioni statiche derivanti dal manto nevoso. Se correttamente progettate e collocate sul territorio annullano praticamente il rischio valanghivo ed Ł per questo che Ł una delle tecniche piø utilizzate [7]. Figura 1.8: Rastrelli da neve installati nelle aree dove la vegetazione Ł assente (Comprensorio delle Alpi di Pampeago). Queste opere possono essere progettate anche come opere di stabilizzazione temporanea per facilitare i rimboschimenti. 
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 10  Le tipologie di opere piø frequentemente utilizzate sono rastrelli, ponti (Figura 1.8) e reti da neve ma vengono anche realizzati terrazzamenti di ampiezza dell ordine dei 4 5 m [6] e rimboschimenti coadiuvati da opere di stabilizzazione temporanea. I materiali utilizzati per la messa in opera dei rastrelli e dei ponti possono essere l acciaio o il legno. La realizzazione delle opere in legno deve rispettare particolari misure costruttive di protezione al fine di aumentare la durata tecnica degli elementi in legno (§ III. Direttive per il dimensionamento delle opere di stabilizzazione composte [7]). Da questo punto di vista le rastrelliere, evitando il ristagno dell acqua, sono da preferire ai ponti da neve. Le opere in legno vengono utilizzate nella realizzazione delle opere di stabilizzazione temporanea nei rimboschimenti. Le reti da neve vengono di norma realizzate congiungendo unit  elementari di rete aventi forma triangolare (Figura 1.9). L altezza verticale delle opere di stabilizzazione (Hk) deve essere almeno uguale all altezza massima di neve al suolo prevedibile per quel determinato luogo (Hestr):  Hk = Hestr (1.1) La distanza lungo la linea di massima pendenza tra una fila di opere e l altra deve essere tale che la spinta statica e dinamica del manto nevoso non danneggi l opera. Figura 1.9: Reti da neve installate nella zona di distacco al fine di stabilizzare il manto nevoso (Comprensorio delle Alpi di Pampeago). 
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 11 Definito il fattore di distanziamento (fL) funzione delle caratteristiche morfologiche del sito, la distanza tra le fila Ł data da:  L = fL•Hk (1.2) Le opere possono essere disposte in modo continuo, lungo le isoipse, o in modo frammentario. Nel caso di sistemazione frammentaria la luce netta tra un opera e l altra viene assunta sempre inferiore ai 2 metri. Altre opere di premunizione sono le barriere frangivento, tettoie acceleratrici o steccati che, sfruttando l effetto del vento, influenzano il deposito della neve. Vengono messe in opera per impedire il formarsi di cornici e diminuire il deposito della neve nelle zone di distacco (§ I. Condizioni locali e disposizione generale sul terreno delle opere di stabilizzazione [7]). 
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 12  1.6.2 Opere di difesa passiva La tecnica di protezione passiva comprende tutti quegli interventi che cercano di proteggere in modo diretto un luogo particolare e cercano di deviare, intercettare e rallentare l ammasso. Prove eseguite su modelli indicano che per intervenire su valanghe polverose le opere di questo genere dovrebbero avere un altezza paragonabile all altezza della nube [6], mentre hanno dimostrato un effetto positivo su valanghe di neve densa. La neve depositata contro tali opere diminuendo la loro altezza utile ne riduce l efficacia. Da questo punto di vista Ł necessario un controllo continuo e pu  rendersi necessario l asporto dei detriti di precedenti eventi valanghivi. La protezione diretta Ł rivolta alla messa in sicurezza di siti isolati e strutture isolate. Strade e ferrovie vengono messe in sicurezza con la costruzione di gallerie raccordate con il pendio di monte (Figura 1.10). La valanga passer  cos  sul tetto della galleria senza interessare l arteria di comunicazione. In alcuni casi si utilizzano sistemi telematici collegati con la zona di distacco che al primo movimento della massa fanno scattare il blocco del traffico. Case e piloni isolati vengono protetti con strutture a cuneo in calcestruzzo armato [6]. Figura 1.10: Opere di protezione diretta: gallerie realizzate per mettere in sicurezza un tratto di strada (Comprensorio delle Alpi di Pampeago). 
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 13  Lo scopo delle opere di deviazione e di guida, muri in calcestruzzo e argini in terra (Figura 1.11), Ł quello di far cambiare direzione a valanghe radenti. Offrono la massima utilit  quando si vuole controllare il percorso della valanga all uscita da un canalone ed esercitano la loro massima efficacia su pendii con la parte inferiore che si aggira intorno ai 12  20  [3]. Tali strutture possono essere muri e argini diritti o curvi. L altezza di progetto viene valutata come somma dell altezza di neve al suolo, dell altezza di scorrimento e un termine che tiene conto dell incremento dell altezza di scorrimento dovuto alla deviazione. Le opere di intercettazione hanno lo scopo di fermare le valanghe radenti. Anche queste opere hanno il loro massimo effetto su tratti di pendii che si aggirano intorno a 12  20 . Vengono di norma realizzate come successione trincea diga. Il materiale di riporto proveniente dalla realizzazione della trincea viene utilizzato per la messa in opera del rilevato di valle. Queste opere si oppongono ortogonalmente al moto dell ammasso valanghivo e devono avere un opportuno volume di accumulo per la neve. Figura 1.11: Opera di difesa passiva: argine realizzato per mettere in sicurezza un tratto di pista da sci (Comprensorio delle Alpi di Pampeago). 
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 14 La finalit  delle opere di rallentamento Ł di ridurre la distanza d arresto delle valanghe radenti, aumentando la scabrezza del fondo e modificando il campo di moto della massa valanghiva. I siti indicati come piø adatti alla loro realizzazione sono i tratti di pendii con angolo sull orizzontale minore di 15 . Le opere di rallentamento possono essere cumuli (coni) o opere frangivalanga (denti). I cumuli vengono realizzati in materiale non consolidato, hanno il vantaggio di avere un costo ridotto ma hanno lo svantaggio di necessitare di un vasto sterro e avere un area di base ampia. Queste opere vengono realizzate con altezze che vanno dai 5 ai 12 metri e in alcuni casi vengono rinforzate sul lato di monte con massi ciclopici. Le opere frangivalanga sono realizzate in calcestruzzo armato con la faccia di monte che si oppone ortogonalmente alla direzione del moto. Devono essere progettate in modo tale da riuscire a sopportare l impatto con il fronte della valanga. Il loro costo Ł di norma superiore al costo dei cumuli in terra. Le dimensioni di queste opere sono dell ordine della decina di metri sia in altezza che in larghezza. La luce netta tra le opere Ł circa di 12 m. Sia i cumuli che le opere frangivalanga vengono disposti sul territorio a scacchiera.     
PROVE DI LABORATORIO SU PIANO NON CONFINATO 
 15 2 PROVE SPERIMENTALI SU PIANO INCLINATO NON CONFINATO 2.1 Prove su versante non confinato: apparato sperimentale La struttura Ł composta da due piani in forex (PVC espanso), un telaio in acciaio tubolare incernierato ad una delle estremit , un pistone oleodinamico preposto al sollevamento di tutta la struttura, quattro forme tronco coniche cave per il contenimento del materiale granulare, un dispositivo che permette l istantaneo sollevamento dei coni e rilascio del materiale ivi contenuto, materiale granulare costituito da zeoliti sintetiche e un sistema laser preposto alla misura delle distanze (Figura 2.1). I due piani sui quali scorre il materiale granulare hanno una larghezza pari a 150 cm ed una lunghezza complessiva di circa 300 cm. I due piani sono incernierati l un l altro in modo tale da poterli disporre con pendenze diverse. La continuit  della superficie di scorrimento Ł stata garantita da nastro adesivo. Figura 2.1: Visione d’insieme dell’apparato sperimentale.