Dottorato in SCIENZE DELLA TERRA

Titolo della tesi: Stress-strain numerical investigation of climatic forcing on coastal landslide processes

Nonostante la loro rilevanza, le frane costiere sono state spesso studiate senza distinguere le loro dinamiche evolutive e di attivazione da quelle delle loro controparti continentali. I fattori che governano la predisposizione, la preparazione e l’innesco di tali processi, infatti, sono raramente analizzati all’interno dello specifico contesto costiero in cui queste morfosculture evolvono. La suddetta lacuna è particolarmente evidente nel limitato utilizzo di approcci di modellazione numerica, che rimangono, ad oggi, poco applicati nello studio dei processi di instabilità costiera. La presente ricerca dottorale intende indagare i meccanismi di alcune frane costiere in relazione a specifici fattori climatici, mediante un approccio multidisciplinare basato sull’utilizzo di tecniche di modellazione numerica tenso-deformativa. Come casi di studio, sono stati selezionati tre distinti sistemi di frana con l’obiettivo di analizzare instabilità di versante che (i) siano rappresentative di diverse caratteristiche in termini di cinematica, reologia e magnitudo, (ii) mostrino differenti modalità temporali di evoluzione e (iii) siano influenzate da distinti fattori di controllo climatici. Una modellazione idrodinamica (Computational Fluid Dynamics – CFD), sviluppata mediante il software OpenFoam, è stata accoppiata ad una soluzione numerica tenso-deformativa “ibrida” (Finite-discrete Element Method - FDEM), implementata con il software Irazu, per lo studio degli effetti indotti da processi di alterazione meterorica e da forzanti marine agenti su una falesia tufacea soggetta a crolli e ribaltamenti di piccola e media scala, che si sviluppano in tempi brevi (decenni). Diversamente, il ruolo degli stazionamenti eustatici sull’evoluzione visco-plastica di lungo termine (secoli e/o millenni) di un sistema di frana di espandimento laterale e di una frana composita in terra è stato analizzato utilizzando una soluzione numerica basata sul Metodo delle Differenze Finite (FDM) mediante il software FLAC. Alcune delle analisi numeriche hanno beneficiato dei dati forniti da un innovativo sistema di monitoraggio recentemente inaugurato dal Dipartimento di Scienze della Terra di Sapienza Università di Roma, e dei risultati derivanti da analisi di datazione al radiocarbonio (C14) e di luminescenza (OSL). L’approccio modellistico sperimentato quantifica il contributo climatico predisponente di lungo termine, preparatorio di medio termine e di innesco di breve termine nell’evoluzione delle tipologie di frane costiere analizzate. Nel dettaglio, i risultati della ricerca pesano il ruolo dei fattori climatici analizzati sull’evoluzione delle instabilità considerate, evidenziando come le forzanti non agiscono in modo indipendente, bensì all’interno di un sistema in evoluzione progressivamente indebolito in funzione dell’assetto geologico di sito e delle proprietà reologiche. Le soluzioni numeriche multi-scala adottate consentono di tradurre le condizioni climatiche al contorno in risposte meccaniche, fornendo, così, una base quantitativa in grado di valutare la gerarchia temporale delle interazioni frane-clima. Nel complesso, i risultati evidenziano sia il potenziale che le attuali limitazioni degli approcci numerici adottati nello studio del comportamento delle frane costiere controllate dal clima, dimostrando al contempo la loro efficacia nell’analizzare e simulare i principali fattori di controllo che governano l’evoluzione di diversi sistemi franosi costieri su differenti scale temporali. Questa strategia di modellazione, se integrata con analisi geomorfologiche, geocronologiche e ben vincolate da dati reali, si dimostra in grado di offrire un quadro fisicamente coerente per la valutazione quantitativa della pericolosità e la previsione di scenari di frana in ambienti costieri.