Determinazione delle caratteristiche reologiche di un debris flow

Debris flows are natural, highly concentrated water-debris mixtures, flowing in mountain streams after long or intense rainy periods, that may cause considerable damage if overflow on the alluvial fan or on other vulnerable deposition zones. In order to predict flow characteristics it is necessary to determine the rheological properties of these mixtures. It is here suggested that the mixture composing a debris flow (which often contains boulders surprisingly large) can be obtained by adding to clear water successively coarser particles derived from a sample of the debris flow material. At each addition different suspensions are obtained that can be considered as progressively coarser interstitial fluids of the complete mixture. These suspensions are easier to be tested and their rheological properties can thus be determined. The behaviour of the complete material can then be inferred from these results. This procedure has been adopted for a debris flow that occurred in Italy in 1995; several suspensions have been generated using a sample of the debris flow and a wide range of rheometrical techniques have been used to determine their rheological characteristics: laboratory rheometer, inclined plane test, large-scale rheometer, field tests. The rheological parameters and behaviour type of the complete material have been inferred from the yield stress-solid fraction curve and from the flow curve evolution. The behaviour has been found to be that of a pseudoplastic fluid with a yield stress representable by a Herschel-Bulkley model.

I debris flow (colate detritiche) sono miscugli naturali di acqua e detriti in elevata concentrazione che, formatisi solitamente in seguito a piogge intense o di lunga durata, si propagano lungo le aste torrentizie dei bacini montani causando a volte danni considerevoli alle strutture antropiche ubicate sul conoide o su altre zone particolarmente vulnerabili. Al fine di predire le caratteristiche di propagazione di un debris flow è necessario determinare le proprietà reologiche del materiale di cui esso è costituito. Questo non è un compito semplice, per la presenza di detriti di grosse dimensioni che impediscono l'utilizzo dei comuni reometri. Una possibile soluzione consiste nel generare artificialmente una serie di miscugli mescolando al quantitativo d'acqua presente nel debris flow frazioni di materiale di dimensioni via via maggiori tratte da un campione secco dello stesso. I diversi miscugli così ottenuti possono essere considerati come fluidi interstiziali del debris flow originario via via più ricchi di sedimenti di grosse dimensioni. Le proprietà reologiche di questi miscugli possono più facilmente essere determinate e dai risultati ottenuti è possibile in seguito tentare di dedurre il comportamento dell'intero materiale costituente il debris flow. Questa procedura è stata adottata per una colata detritica verificatasi nel 1995 in un torrente ubicato in Friuli, impiegando un'ampia gamma di tecniche reometriche su un campione di materiale prelevato da un abbondante deposito individuato in alveo. I parametri reologici e la tipologia di comportamento del debris flow esaminato sono stati ottenuti per estrapolazione in base alla curva esprimente la variazione del valore critico dello sforzo tangenziale (il valore dello sforzo tangenziale in corrispondenza al quale inizia la deformazione) in funzione della frazione solida e quella esprimente la variazione dello sforzo tangenziale con il gradiente della velocità. Il comportamento individuato è stato quello di un fluido pseudoplastico dotato di un valore critico dello sforzo tangenziale, che può essere rappresentato con un modello tipo Herschel-Bulkley.