Considerando sia le inondazioni che le frane, in Italia si registra in media un evento idrogeologico al giorno (Progetto AVI). Questi fenomeni causano circa due decessi per settimana (Salvati et al., 2010; primato europeo secondo EC, European Commission, 2003) e un danno complessivo pari a circa 0.9 miliardi di euro l’anno (Guzzetti, 2015). Gli impianti idroelettrici regolano le piene dei corsi d’acqua e possono essere bersaglio o fattore d’innesco di inondazioni e frane. La maggior parte delle dighe esistenti al mondo (l’80% secondo Singh et al., 1988) è rappresentata da dighe in terra.

Occorre analizzare, come richiesto dal Decreto “D. Min. II.TT. 26 giugno 2014 – NT Dighe”, i principali fenomeni di rottura di queste opere, per la messa in sicurezza degli impianti, la salute degli abitanti delle zone limitrofe e la tutela dell’ambiente circostante. Analogamente, occorre valutare la stabilità di argini in terra, con inondazioni (e.g., Direttiva 2007/60/CE) e frane associate, al fine di preservare la funzionalità delle strutture e infrastrutture del sistema elettrico nazionale, anche in aree popolate. La liquefazione di sabbie sature è tra le cause d’innesco di rotture di dighe/argini in terra e frane rapide.

Nell’ambito di uno stato dell’arte scarno di modelli numerici applicabili a fenomeni di liquefazione, la tecnica SPH (“Smoothed Particle Hydrodynamics”; metodo di fluidodinamica computazionale lagrangiano particolarmente adatto alla simulazione di inondazioni, opere idrauliche di impiantiidroelettrici e moto ondoso all’interno di bacini idrici) è stata applicata in via preliminare alla liquefazione di una diga in terra. Il codice SPH SPHERA v.8.0 (RSE SpA) è stato validato sulla tracimazione di un argine in terra e su un “dam break” di materiale granulare saturo, tramite confronto con le misure disponibili.

È stato implementato un approccio SPH semplificato per la liquefazione, tramite funzioni linearizzate della pressione interstiziale della fase liquida, in funzione del numero critico di cicli uniformi equivalenti. Questo schema semplificato è stato accoppiato (in SPHERA) ad un modello esistente per il trasporto solido di fondo e applicato alla liquefazione della diga inferiore di S. Fernando (USA), innescata da un sisma nel 1971, fornendo un confronto preliminare con i dati USGS (United StatesGeological Survey).

Nuovi sviluppi numerici del codice hanno interessato l’implementazione di un criterio di “no-slip” che individua le porzioni di fluido in regime di moto laminare nello strato di trasporto solido di fondo e la rappresentazione degli sforzi di taglio in corrispondenza di frontiere mobili. Queste modifiche al codice, se ulteriormente sviluppate, possono migliorare lo schema per la liquefazione tramite l’imposizione di un accelerogramma sperimentale alle frontiere mobili del substrato roccioso.

Il sistema di gestione per lo sviluppo di SPHERA è stato trasferito su un repositorio pubblico di GitHub(prima piattaforma mondiale per sviluppo e distribuzione di software), con la realizzazione di SPHERA v.8.0, prima versione FOSS (“Free/Libre and Open Source Software”) del codice, con gestione del codice tramite Git (Torvalds et al.; sistema di controllo distribuito per la gestione dello sviluppo di software), licenza GNU-GPL, realizzazione di documentazione sintetica per ricercatori SPH anche con “template” commentato del file d’ingresso principale, e validazione della nuova versione del codice su 44 casi studio di riferimento, di cui 23 già distribuiti in termini di file d’ingresso.