Gli ingegneri della Duke University hanno sviluppato un nuovo modello completo di frane profonde e hanno dimostrato che può ricreare accuratamente le dinamiche delle frane storiche e attuali che si verificano in varie condizioni.

Sbirciando oltre le misurazioni standard di velocità e livelli dell'acqua, il modello indica la temperatura di uno strato relativamente sottile di argilla alla base della frana come fondamentale per il suo potenziale di improvviso cedimento cataclismico. L'approccio è attualmente utilizzato per monitorare una frana in evoluzione in Andorra e suggerisce metodi per mitigare il rischio della sua escalation così come qualsiasi altra futura frana profonda.

I risultati appaiono online il 15 giugno nel Journal of Geophysical Research—Earth Surface .

"Ho pubblicato un articolo più di dieci anni fa che spiegava cosa è successo alla diga del Vajont, uno dei più grandi disastri causati dall'uomo di tutti i tempi, " disse Manolis Veveakis, assistente professore di ingegneria civile e ambientale alla Duke. "Ma quel modello era estremamente limitato e vincolato a quell'evento specifico. Questo modello è più completo. Può essere applicato ad altre frane, fornendo criteri di stabilità e indicazioni su quando e come possono essere evitati".

Il disastro a cui si riferisce Veveakis è avvenuto alla diga del Vajont, uno dei più alti al mondo a 860 piedi, nel nord Italia nel 1963. Dopo anni di tentativi di mitigare un lento, frana incrementale di circa un pollice al giorno nel fianco della montagna adiacente abbassando il livello dell'acqua del lago dietro la diga, la frana accelerò improvvisamente senza preavviso. Quasi 10 miliardi di piedi cubi di roccia sono precipitati nella gola e nel lago a quasi 70 miglia all'ora. Ciò ha creato uno tsunami alto più di 800 piedi che si è schiantato sulla diga, spazzando via completamente diverse piccole città sottostanti e uccidendone quasi 2, 000 persone.

Prima che si verificasse la catastrofe, gli scienziati non credevano che una potenziale frana avrebbe provocato uno tsunami alto più di 75 piedi. Rimangono perplessi su come questa frana si sia mossa così violentemente e così all'improvviso.

Nel 2007, Veveakis ha messo insieme i pezzi e ha sviluppato un modello che si adatta alle osservazioni scientifiche del disastro. Ha mostrato come l'acqua che si infiltra nella roccia sopra uno strato instabile di argilla ha causato una frana strisciante, che a sua volta ha riscaldato e ulteriormente destabilizzato l'argilla in un ciclo di feedback fino a quando non si è rapidamente guastata.

"L'argilla è un materiale molto sensibile al calore e può creare una fascia di taglio molto suscettibile all'attrito, " disse Carolina Segui, un dottorato di ricerca candidato nel laboratorio di Veveakis e primo autore del nuovo articolo. "È il materiale peggiore da avere in un luogo così critico ed è un incubo per gli ingegneri civili che costruiscono qualsiasi cosa ovunque".

Questo primo modello, però, utilizzato solo l'ultimo mese di dati dalla diga del Vajont, quando il livello dell'acqua era quasi costante. Ignorava ogni tipo di variazione delle acque sotterranee, essenzialmente supponendo che il carico esterno sia rimasto costante. Mentre quel modello funzionava per spiegare l'inaspettato fallimento della frana del Vajont, le assunzioni del modello hanno reso impossibile offrire valutazioni in tempo reale o utilizzarle in altri scenari.

Nel nuovo studio, Veveakis, Segui e Hadrien Rattez, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Veveakis, tappare i fori del vecchio modello e fornire la capacità di incorporare una combinazione di carico esterno dipendente dal tempo e degrado interno. Il modello risultante è in grado di ricreare e prevedere osservazioni prese da molto diversi, frane profonde.

"I modelli di frana tradizionali hanno una resistenza statica interna del materiale, e se lo superi la frana fallisce, " disse Veveakis. "Ma in esempi come questi, la frana è già in movimento perché la sua forza è già stata superata, quindi quei modelli non funzionano Altri hanno provato a utilizzare l'apprendimento automatico per adattare i dati, che a volte ha funzionato, ma non spiega la fisica sottostante. Il nostro modello incorpora le proprietà dei materiali morbidi, consentendone l'applicazione a più frane con differenti caratteristiche di carico e fornendo un criterio di stabilità operativa monitorando la sua temperatura basale."

Oltre a utilizzare il modello per ricreare i movimenti della diapositiva del Vajont e spiegare i meccanismi alla base del suo movimento per più di due anni, Veveakis e Segui mostrano che il loro modello può ricreare e prevedere con precisione i movimenti della frana di Shuping, un'altra lenta frana alla Diga delle Tre Gole in Cina, la diga più grande del mondo. Ma mentre quella frana è anche il risultato di un lago artificiale accanto a una diga, è lì che finiscono le somiglianze.

Prima che la diga del Vajont fallisse, vi era una relazione abbastanza lineare tra il livello del lago e la velocità della frana strisciante. Più basso è il livello del lago, più lenta è la frana. La frana di Shuping, però, si comporta in modo opposto:più basso è il livello del lago, più veloce è la frana. E mentre il rapporto tra il livello del lago e la velocità era approssimativamente lineare alla diga del Vajont, la velocità della frana di Shuping non è lineare, rispondere a ulteriori fonti di acqua e carico, come i monsoni stagionali. Inoltre è composto da diversi materiali.

Nonostante queste differenze, il nuovo modello dei ricercatori è in grado di riprodurre accuratamente i movimenti della frana di Shuping nell'ultimo decennio.

In questo caso, i ricercatori non hanno accesso diretto alle misure prese dalla banda di taglio, che è meno di un metro di terra breccia bruna e argilla limosa. Devono fare ipotesi sui livelli di attrito e sulle temperature interne per far funzionare il loro modello.

Nelle montagne di Andorra, però, la lenta frana di El Forn minaccia la sicurezza di un vicino villaggio chiamato Canillo ed è attentamente monitorata dal governo. A differenza della Cina o dell'Italia, non ci sono dighe o laghi coinvolti:questa frana viene accelerata dallo scioglimento della neve che alimenta i livelli delle acque sotterranee nelle montagne sopra la città.

Anche se le condizioni sono completamente diverse dalle precedenti due frane, i ricercatori sono fiduciosi che il loro modello sia all'altezza del compito.

Grazie ai numerosi sondaggi effettuati per comprendere meglio la frana di El Forn, Veveakis e Segui sono stati in grado di inserire i termometri direttamente nella fascia di taglio di un piccolo lobo che scorre più velocemente degli altri. Con questo livello di dati a disposizione, i ricercatori si aspettano di convalidare e perfezionare ancora di più il loro modello, e persino fornire consigli su come evitare una potenziale catastrofe se si dovesse iniziare a svilupparsi.

"Si potrebbe immaginare di pompare acqua dal terreno, o facendo circolare un altro fluido freddo attraverso lo strato di taglio per raffreddarlo e rallentare la frana, " disse Segui. "O per lo meno, se non potessimo fermarlo, fornire un avvertimento sufficiente per l'evacuazione. Questo è esattamente il motivo per cui siamo lì".