Analisi del disastro della Val di Stava: cause e meccanismi di collasso

Ricostruzione del meccanismo di collasso dei bacini di decantazione e analisi delle cause   

ABSTRACT
Il 19 luglio 1985, due bacini per la decantazione dei fanghi da miniera ubicati nel comune di Tesero in provincia di Trento, crollarono improvvisamente provocando la morte di 268 persone. Il presente articolo descrive lo stato dell’arte, gli studi già effettuati sull’argomento e si pone l’obiettivo di individuare le possibili cause del collasso.
Riporta inoltre diverse analisi numeriche effettuate per simulare i fenomeni meccanici verificatisi sia durante la costruzione dei bacini, sia al momento del crollo. In particolare è stato modellato il fenomeno di consolidazione del fango per determinare la distribuzione delle pressioni interstiziali. È stato inoltre simulato il moto di filtrazione all’interno dei bacini di decantazione e sono state effettuate le verifiche di stabilità con il metodo iterativo dell’equilibrio limite.
Nel complesso, le analisi effettuate evidenziano che il crollo è stato causato dall’innalzamento del livello di saturazione all’interno del bacino di decantazione superiore, provocato dalle intense precipitazioni verificatesi nei mesi precedenti al crollo e/o dal blocco di un tubo di drenaggio posto all’interno del bacino superiore.

INTRODUZIONE
L’argomento possiede una letteratura che ha cercato innanzitutto di chiarire l’evoluzione costruttiva dei bacini di decantazione (Berti, et al., 1987; Chandler, et al., 1995; Govi & Luino, 2003).
Tali studi permettono di affermare che il bacino inferiore fu costruito tra il 1961 ed il 1971, con uno starter dyke di circa 9 m e raggiunse un’altezza complessiva di 27 m. Si può ragionevolmente ipotizzare che ogni 2 anni l’argine veniva accresciuto di circa 5 m.  La pendenza del paramento di valle dello starter dyke risulta essere pari a 40°, mentre quella del resto dell’argine è di 34°. L’accrescimento è stato realizzato utilizzando il metodo upstream.
Il bacino superiore è invece stato realizzato tra il 1969 ed il 1985, con una pausa tra il 1979 e il 1982. Lo starter dyke ha un’altezza di 5 m ed una pendenza del paramento di valle di 40°, l’argine raggiunse i 14 m nel 1975 con una pendenza di 38° impiegando il centerline method. Successivamente la pendenza del paramento di valle venne ridotta a 34° e la costruzione proseguì con l’upstream method. Il bacino superiore raggiunse così nel 1985 l’altezza di 29 m.
Altro punto importante trattato da numerose pubblicazioni scientifiche riguarda la scarsa conoscenza delle caratteristiche geologiche ed idrogeologiche del terreno che, in caso di indagini più approfondite, avrebbero probabilmente portato a localizzare i bacini di decantazione in altre zone più adatte (Berti, et al., 1987; Berti, et al., 1988; Campanella, et al., 1989; Genevois & Tecca, 1993; Chandler, et al., 1995).
Molti autori (Campanella, et al., 1989; Genevois & Tecca, 1993; Muramoto, et al., 1986; Chandler & Tosatti, 1995; Colombo & Colleselli, 2003) per definire i meccanismi di collasso si sono basati su indagini in sito e in laboratorio effettuate dopo il crollo, ed hanno stimato le proprietà fisico-meccaniche dei materiali in gioco.
Dalle analisi di stabilità (Chandler & Tosatti, 1995; Genevois & Tecca, 1993) si evidenzia che lo stato di consolidazione del fango e le condizioni di drenaggio hanno influenzato la stabilità dell’argine.
Secondo articoli pubblicati in letteratura (Berti, et al., 1987; Chandler & Tosatti, 1995; Ricceri, 2001; Colombo & Colleselli, 2003; Govi & Luino, 2003), il crollo è stato generato da diverse possibili cause quali l’inidoneità del substrato, l’errata realizzazione e gestione dei bacini, l’assenza di monitoraggi e la rottura del tubo di drenaggio del bacino superiore.
Da alcuni studiosi (Colombo & Colleselli, 2003) si evince che il collasso sia iniziato lungo una superficie posta al di sopra dello starter dyke del bacino superiore, coinvolgendo inizialmente una piccola area ed espandendosi rapidamente fino ad interessare la restante parte dell’argine superiore.
Infine, altri autori (Gibson, s.d.; Genevois & Tecca, 1993) hanno definito le condizioni di drenaggio e l’andamento delle pressioni interstiziali nei rilevati: in particolare, per quanto riguarda il sistema di drenaggio, l’acqua di decantazione veniva allontanata mediante tubazioni installate alla base del bacino, realizzate in calcestruzzo e con fori ogni 30 cm che andavano chiusi via via che il livello del fango aumentava, e si ricorda che la tubazione posta alla base del bacino superiore subì danneggiamenti nel periodo antecedente al crollo.

METODOLOGIA
Caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali
Si è scelto di considerare i bacini di decantazione costituiti da 3 parti: lo starter dyke o argine iniziale, l’argine di contenimento e il fango posto a decantare. Si individuano di seguito le proprietà fisico- meccaniche dei 3 materiali a partire dalle indagini in sito e in laboratorio richiamati in diverse pubblicazioni scientifiche.
Si precisa che gli starter dykes sono stati realizzati utilizzando i terreni di fondazione; pertanto si può ipotizzare che le proprietà fisiche degli starter dykes coincidano con quelle del terreno di fondazione, mentre le proprietà meccaniche sono di incerta determinazione. Queste ultime dipendono infatti anche dalla metodologia di posa in opera (in particolar modo dal livello di compattamento) su cui non esistono informazioni.
In ogni caso, bisogna considerare che i dati disponibili sono stati ricavati dopo il crollo dei bacini, mediante indagini effettuate nel quadro delle perizie tecniche finalizzate al processo penale.
Si procede con la caratterizzazione dei 3 materiali costituenti la struttura e il terreno di fondazione.

Fango
I parametri relativi alla rigidezza del fango sono stati individuati conoscendo la granulometria del materiale: trattandosi di un limo, con piccole percentuali di argilla e sabbia, il valore di E (modulo elastico) è stato posto pari a 1,22∙104 kN/m2, mentre per il coefficiente di Poisson ν si è scelto il valore di 0,32.
Il comportamento del fango è non drenato nel momento dell’immissione (istantanea), e prevede una successiva fase di consolidazione che conduce progressivamente alla dissipazione delle sovrappressioni neutre.

Argine
Nell’argine, costituito da sabbia con limo, il modulo elastico E è stato fissato pari a 1,28∙104 kN/m2, mentre il coefficiente di Poisson ν è stato imposto pari a 0,45.
Il comportamento dell’argine è di tipo drenato, si ipotizza dunque che l’acqua possa allontanarsi e che le sovrappressioni neutre si dissipino in un tempo molto breve.

Terreno di fondazione / Starter dykes
Al terreno di fondazione e agli starter dykes, formati da sabbia con ghiaia con piccole percentuali di limo ed argilla, è stato assegnato un modulo elastico E pari a 1,53∙105 kN/m2 ed un coefficiente di Poisson ν pari a 0,40. Il comportamento del materiale è stato considerato, come per l’argine, di tipo drenato.

Quota argine nel tempo
Le informazioni ricavate da letteratura possono essere sintetizzate in un diagramma che rappresenti l’evoluzione della quota dell’argine nel tempo, via via che la costruzione avanza, rappresentate nel Grafico 1.
Si rappresenta inoltre come varia l’altezza del fango nei due bacini, considerati separatamente. L’altezza è stata calcolata, separatamente per ciascun bacino, come somma delle altezze di fango immesse in ogni step costruttivo (Grafico 2):

stava_argini.JPG
 
Grafico 1 – Quota degli argini nel tempo             Grafico 2 – Altezza fango nel tempo

Analisi della consolidazione
L’analisi di consolidazione ha come obiettivo principale la valutazione delle sovrappressioni interstiziali, la cui determinazione è indispensabile per poter effettuare un’analisi attendibile della stabilità del bacino.
Per la modellazione del fenomeno di consolidazione è stato utilizzato il software Plaxis (Plaxis BV – Fine element code for soil and rocks analysis) basato sul metodo degli elementi finiti, che permette di eseguire analisi geotecniche di deformazione su strutture in terra in applicazioni di geo-ingegneria.
La costruzione è stata simulata nel software utilizzando diversi step costruttivi, ognuno dei quali costituito da successive fasi di costruzione dell’argine, immissione del fango e consolidazione.
Si è scelto di studiare il solo bacino superiore perché è in questo che si è innescato il meccanismo di collasso.
Le ipotesi semplificative di tale analisi sono le seguenti:
- Terreno saturo fino al piano campagna;
- Assenza del fenomeno di filtrazione attraverso l’argine;
Per valutare in modo sintetico i risultati forniti dalla modellazione si è scelto di estrarre i dati relativi a due sezioni verticali del bacino superiore, nello step di costruzione n° 13, prima del crollo.

Analisi del moto di filtrazione
La modellazione del fenomeno di filtrazione (in condizioni stazionarie, ovvero in assenza di sovrappressioni interstiziali) è stata effettuata con il metodo agli elementi finiti utilizzando il software Slide, sviluppato da Rocsience.
L’analisi del moto di filtrazione attraverso il rilevato è stata eseguita in condizioni di moto stazionario. Lo step di costruzione considerato è quello finale, ovvero a costruzione completata.
Per descrivere la presenza di acqua formatasi nella zona sommitale di entrambi i bacini (pond), sono state inserite due condizioni al contorno idrauliche di carico totale.

Verifiche di stabilità
Le analisi di stabilità sono state eseguite con il metodo dell’equilibrio limite, utilizzando il medesimo software Slide. L’analisi è stata eseguita prima in condizioni di normale funzionamento, ovvero con la linea di saturazione ricavata dall’analisi del moto di filtrazione, e poi introducendo l’ipotesi di progressiva saturazione del fango dovuta ad elevati afflussi meteorici o alla rottura del tubo di drenaggio del bacino superiore.

Condizioni di normale funzionamento
La prima verifica di stabilità è stata effettuata a costruzione completata, con il livello di falda nel rilevato pari a quello individuato nel precedente studio del moto di filtrazione.
Tale indagine ha lo scopo di stabilire se il collasso sia stato causato da instabilità insita nella struttura del rilevato o se è stata una causa esterna ad innescare il disastro.
Nel software vanno definite diverse possibili superfici di scorrimento, per il caso in esame si sono scelte superfici circolari passanti al di sopra dello starter dyke del bacino superiore, perché dallo studio della letteratura (Colombo & Colleselli, 2003) si evince che lo starter dyke è rimasto intatto dopo il collasso.
L’attenzione si focalizza sul bacino superiore, in quanto è noto che il collasso sia partito da questo ed abbia interessato l’altro bacino solo in un secondo momento, in ogni caso si verificherà che per il bacino inferiore il coefficiente di sicurezza risulti sempre maggiore dell’unità.

Progressiva saturazione del fango
Anche se non dimostrato, (lagoons, 2001; Chandler & Tosatti, 1995) sostengono che l’evento innescante il crollo possa essere la progressiva saturazione del fango posto a decantare nel bacino superiore. Tale evento può essere stato generato da due cause:
- Rottura del tubo di drenaggio del bacino superiore nel giugno 1985: l’acqua di decantazione si riversò all’interno del fango e ciò portò all’aumento del livello di saturazione del fango all’interno del bacino superiore (lagoons, 2001);
- Piogge intense registrate nel 1985 potrebbero aver portato la falda naturale presente nel terreno di fondazione a livelli superiori al normale, fino a che quest’ultima arrivò ad alimentare la falda all’interno del fango e ad aumentarne il livello (Chandler & Tosatti, 1995);
La saturazione del fango è stata simulata con diverse fasi di innalzamento del livello di saturazione all’interno dell’argine. Per ciascun livello di saturazione, è stato calcolato il valore dei coefficienti di sicurezza relativi alle superfici di scivolamento circolari definite nel paragrafo precedente.

..continua la lettura nel pdf
 


Il Magazine

Sfoglia l'ultimo numero della rivista Ingenio

Newsletter Ingeio

Seguici su