Valutazione del rinforzo esercitato dalle radici in ambito forestale e suo decadimento - Tesi

FS FS

oppure ,

    

z sin cos sin cos

t 40

dove r ha valore controllato dalla pendenza del versante. Nel caso di filtrazione parallela al

u

versante ed esprimendo l’altezza della superficie piezometrica in termini di frazione (m) della

profondità z:    

  2

c ' z ( m ) cos tan '

 t w

FS .

  

z sin cos

t

Un caso particolare è rappresentato dalla presenza di terreni incoerenti (c’=0) con falda a piano

campagna (m=1):   



( ) tan '

 t w

FS ,

 

tan

t

che in caso di assenza di acqua si riduce a: 

tan '



FS .



tan

Le variabili necessarie per l’analisi comprendono:  '

le proprietà del terreno: c’(coesione efficace), (angolo di resistenza al taglio efficace) e

- γ (peso di volume del terreno);

t

il peso di volume dell’acqua: γ ;

- w

il peso dell’elemento di terreno: W= γ zb;

- t

la pressione neutra alla base del piano di scivolamento: u= γ h e r u/γ z.

- w w u = t

Nella realtà le linee di flusso solo raramente sono parallele all’inclinazione del versante. In questi

casi, l’analisi della stabilità è decisamente più complessa.

4.3 Coesione radicale

Come già descritto in precedenza, la vegetazione contribuisce alla stabilità dei versanti attraverso

due meccanismi: influenzando i processi idrologici e rinforzando meccanicamente il suolo. Dal

punto di vista meccanico, la presenza delle radici comporta l’instaurarsi di una coesione aggiuntiva,

coesione radicale

la , che si somma alla c’ del suolo, aumentandone la stabilità. 41

4.3.1 Il rinforzo meccanico esercitato dalle radici

Il contributo della vegetazione alla stabilizzazione dei versanti, con riferimento ai fenomeni

descritti, può essere opportunamente descritto con l’ausilio del modello del pendio indefinito. In

questo modello è infatti possibile inglobare l’effetto di rinforzo, dell’ancoraggio, del vento e del

sovraccarico (Greenway, 1987):

 

 

 

     

     

2

( c ' c ) z h Q cos Tsen tg ' T cos

 r W W

FS  

 

  

 

z Q sen D cos

Con c coesione radicale dovuta al rinforzo delle radici presenti nel terreno, Q sovraccarico del

r

versante, T resistenza delle radici che intersecano il piano di scivolamento e che si comportano

come dei tiranti, D forza dovuta all’effetto del vento. La difficoltà nel reperire i parametri per le

diverse specie rende difficoltosa l’implementazione dell’equazione nella forma esposta. In genere si

tiene conto solo della coesione radicale ed eventualmente del sovraccarico (Hammond et al. 1992;

Wu, 1995).

4.3.2 Valori d’incremento della coesione radicale

Per la determinazione della coesione radicale aggiuntiva, come già indicato, sono utilizzabili diversi

metodi: prove di taglio in campo e in laboratorio, back analysis e modelli di rinforzo.

Le diverse metodologie influenzano i risultati delle ricerche poiché, implicitamente, si considerano

profondità differenti. I valori ottenuti con la back analysis si riferiscono infatti a profondità

dell’ordine del metro, mentre le prove di taglio interessano solo qualche decina di centimetri, dove

l’area radicata è effettivamente maggiore. I valori ottenuti con la back analysis sono pertanto

sistematicamente minori di quelli ottenuti con le prove di taglio. Ciò non è attribuibile alla sola

profondità considerata. Con la back analysis, infatti, vengono solitamente analizzate le sezioni più

deboli.

Un altro elemento che rende difficile confrontare i risultati dei diversi studi è il diametro

considerato. Waldron (1977), ad esempio, ha condotto le misure su radici molto sottili (d<1mm) e,

di conseguenza, ha ottenuto valori di coesione radicale elevati. Questi valori, anche a parità di area

radicata, sono molto maggiori di quelli ottenuti da altri autori, che hanno invece incluso nelle

proprie prove radici di diametro maggiore del millimetro.

I modelli di rinforzo rappresentano, invece, uno strumento adeguato a descrivere la variabilità

spaziale della coesione aggiuntiva dovuta alla presenza delle radici nel terreno. Essi permettono di

valutare il rinforzo in funzione della profondità del piano di taglio. Diversi autori (Schmidt et al.,

42

2001; Bischetti et al. 2002), come descritto in precedenza, mettono però in luce la tendenza

generalizzata dei modelli più vecchi a sovrastimare i valori di coesione radicale.

4.3.3 Valutazione della coesione radicale

La coesione radicale può essere determinata con prove di taglio diretto in campo (Endo e Tsuruta,

1969; Ziemer, 1981; Wu et al., 1988; Nilaweera, 1994; Tobias,1991; Ekanayake e Phillips, 1999)

oppure in laboratorio (Waldron, 1977). I risultati dei test mostrano valori della coesione tra pochi

kPa e alcune decine di kPa. La variabilità dei risultati deve essere valutata alla luce del piano su cui

sono state effettuate le prove (basale o laterale), del valore d’area radicata corrispondente e dei

diametri considerati nelle diverse sperimentazioni. back

Per la stima della coesione radicale può essere utilizzata anche la metodologia della ―

analysis ‖. Questo metodo determina il valore della coesione con un’analisi a ritroso di frane

avvenute in contesti forestali.

Un ultimo metodo per valutare la coesione radicale consiste nell’applicazione dei modelli di

rinforzo. Questi modelli permettono di utilizzare un approccio di carattere generale che meglio si

presta anche all’interpretazione della variabilità spaziale della coesione. I più noti sono i modelli di

rinforzo basati sull’equilibrio limite delle forze (Wu, 1976; Waldron, 1977). Secondo questi modelli

la coesione aggiuntiva è esprimibile nel seguente modo:



c KT a ,

r R r

dove c è la coesione radicale, K è il fattore che tiene conto della scomposizione della forza di

r

resistenza a trazione delle radici, T è la resistenza a trazione mobilizzata dalla radice per unità di

R

A

area di radice, a è l’area radicata ( ).

r

r A

I modelli in questione ipotizzano che tutta la resistenza alla trazione di ogni radice sia mobilizzata

istantaneamente al momento di rottura del versante. In realtà, quando una matrice di suolo-radice

si rompe, le radici presenti nel suolo oppongono diverse resistenze alla trazione, spezzandosi, così,

progressivamente, con conseguente redistribuzione della forza di taglio al momento della rottura di

ognuna di esse.

Questo fenomeno di rottura progressiva è descritto dal nuovo modello del fascio di fibre, noto

anche come modello RipRoot (Pollen e Simon, 2005). Tale modello applica una procedura

43

d’implementazione del modello di Wu e Waldron: considerando la progressiva rottura delle radici

durante il cedimento del versante, garantisce una stima più accurata del rinforzo radicale. Nei casi

in cui le forze di taglio sono abbastanza grandi da rompere tutte le radici, i vecchi modelli di

rinforzo sovrastimano il rinforzo radicale di un valore che può raggiungere anche il 50 %; inoltre,

nel funzionamento dei vecchi modelli, quando le forze di taglio non sono sufficienti a superare la

resistenza delle radici, l’eccesso nella stima del rinforzo aumenta ancora (Pollen e Simon, 2005). 44

5 Area di studio

5.1 Inquadramento territoriale

L’area interessata dallo studio in questione rientrano nell’ambito territoriale della Comunità

Montana Valle Seriana Superiore (C.M.V.S.S.)

Questo territorio è ubicato nella porzione più settentrionale della provincia di Bergamo. La

Comunità Montana confina ad Ovest con la Comunità Montana Val Brembaba (BG), a Nord con la

Comunità Montana di Sondrio (SO), ad Est con la Comunità Montana della Val di Scalve (BG), la

Comunità Montana della Valle Camonica (BS) e quella dell’Alto Sebino (BG); a Sud, infine, confina

con la Comunità Montana della Media Valle Seriana (BG). La sua estensione totale è pari a 462,80

2

km . I Comuni che ne fanno parte sono 19: Ardesio, Castione della Presolana, Cerete, Clusone,

Fino del Monte, Gandellino, Gorno, Gromo, Oltresenda, Oneta, Onore, Parre, Piario, Ponte Nossa,

Premolo, Rovetta, Songavazzo, Valbondione e Villa d’Ogna.

Il territorio, essendo all’interno delle Prealpi Orobie, è prevalentemente di tipo montuoso. I corsi

d’acqua principali sono due: il fiume Serio e il torrente Borlezza.

5.2 Descrizione dell’area di studio

Ai fini della presente ricerca è stata scelta la seguente area di studio: località ―Apric‖, che ricade

nel comune di Fino del Monte (BG). Quest’area, appartenente alla particella numero 31 del Piano

di Assestamento dei comuni di Fino del Monte e Rovetta, si trova a quota 950-1000 m sul livello

del mare, con esposizione Sud, Sud-Est; dal punto di vista del popolamento forestale, l’area è

caratterizzata da una pecceta submontana termofila, governata a fustaia. La zona in questione ha

subito un intervento di taglio a raso, reso necessario dalla concomitanza di fattori abiotici e biotici:

nel 2003 una tromba d’aria ha divelto circa 50-60 piante; come conseguenza di questo fenomeno

Ips Thypografus

meteorologico, si è assistito, in seguito, ad un infestazione di (detto

erroneamente ―Bostrico‖), un coleottero xilofago secondario (che attacca cioè piante indebolite o

deperienti); l’infestazione ha reso inevitabile il taglio delle piante rimaste in piedi. 45

Ai fini della presente ricerca sono stati realizzati 8 campionamenti: 3 nell’area soggetta a taglio e 5

nell’adiacente area, rimasta integra. Si tratta, come verrà descritto nel capitolo 6, di profili

pedologici scavati appositamente (Figura 14), da cui ricavare i dati necessari allo studio.

Figura 14: esempio di profilo pedologico. 46

Figura 15: area di studio interessata dal taglio a raso, con la vegetazione avventizia in evidenza.

6 Metodologia

6.1 Valutazione del rinforzo radicale

La coesione radicale, come descritto nel capitolo 4, può essere stimata attraverso dei modelli

riconducili alle teorie delle terre rinforzate e ai modelli teorici sul rinforzo con fibre. Nel presente

lavoro, ai fini della determinazione della coesione aggiuntiva, è stato utilizzato il modello del fascio

di fibre o modello RipRoot.

Per l’utilizzo del modello è necessario disporre di informazioni relative sia alla resistenza a trazione

delle singole specie che ai valori di area radicata. La resistenza a trazione &e