Evaluation of rainfall-induced landslide hazards and risk assessment framework [Valutazione dei pericoli da frane indotte dalla pioggia e quadro metodologico per l’analisi del rischio]

Rainfall-induced landslides represent a major geotechnical hazard for linear infrastructures in geologically complex regions such as Sicily. This research develops and validates an integrated framework for the evaluation of rainfall-triggered landslide hazards and risk assessment, using the April 2015 failure of the Himera I viaduct (A19 Motorway, Sicily) as a representative case study. Comprehensive site characterization was conducted using geological mapping, in-situ investigations, and laboratory testing of Himera I soils to define stratigraphy, pore-water conditions, and mechanical properties. Rainfall intensity–duration thresholds for potential slope failures were derived and compared to national thresholds for Italy (Brunetti et al., 2010), confirming that Himera I’s argillaceous lithologies are susceptible to failure under less severe precipitation conditions than previously recognized. Physical modelling using centrifuge tests reproduced rainfall infiltration and failure mechanisms under controlled conditions. The methodology drew on advanced practices in centrifuge testing slope analysis (Defae & Knappett, 2014), incorporating instrumented models to record pore pressure, displacements, and failure evolution. Results demonstrated the progressive transition revealed a complex and composite behaviour that combined both rotational and translational components under rainfall, with failure surfaces closely matching back-analyses of the April 2015 event. Finite Element simulations were calibrated against experimental data, enabling improved prediction of displacement fields and factor of safety evolution. A risk assessment framework was implemented by integrating hazard probability, exposure of critical infrastructure, and vulnerability functions (D. M. Cruden & Fell, 1997). The Himera I application showed that adopting combined rainfall thresholds and displacement-based performance metrics allows for proactive mitigation strategies—such as drainage systems and temporary traffic rerouting—that significantly reduce functional and economic impacts. This study provides a reproducible methodology for linking geotechnical data, physical modelling, and probabilistic risk analysis. Its findings enhance decision-making for the management of rainfall-induced landslide hazards on strategic transport corridors, with implications for regional planning and climate-change adaptation in Mediterranean environments.

Le frane indotte dalle precipitazioni rappresentano un rilevante pericolo geotecnico per le infrastrutture lineari in regioni geologicamente complesse come la Sicilia. La presente ricerca sviluppa e valida un quadro integrato per la valutazione dei pericoli associati a frane innescate dalla pioggia e per l’analisi del rischio, utilizzando come caso studio rappresentativo il collasso dell’aprile 2015 del viadotto Himera I (Autostrada A19, Sicilia). È stata condotta una caratterizzazione dettagliata del sito mediante mappatura geologica, indagini in situ e prove di laboratorio sui terreni di Himera I, al fine di definire la stratigrafia, le condizioni di pressione interstiziale e le proprietà meccaniche. Sono state derivate soglie di intensità–durata delle precipitazioni per potenziali instabilità dei versanti, confrontandole con le soglie nazionali per l’Italia (Brunetti et al., 2010), confermando che le litologie argillose dell’area di Himera I risultano suscettibili a instabilità in condizioni pluviometriche meno severe di quanto precedentemente riconosciuto. La modellazione fisica mediante prove in centrifuga ha riprodotto l’infiltrazione delle precipitazioni e i meccanismi di collasso in condizioni controllate. La metodologia si è basata su pratiche avanzate di analisi dei pendii in centrifuga (Defae & Knappett, 2014), integrando modelli strumentati per registrare pressioni neutre, spostamenti ed evoluzione del meccanismo di instabilità. I risultati hanno evidenziato una transizione progressiva che rivela un comportamento complesso e composito, caratterizzato dalla combinazione di componenti sia rotazionali sia traslazionali sotto effetto della pioggia, con superfici di scivolamento che riproducono con elevata coerenza le retro-analisi dell’evento del 2015. Le simulazioni agli Elementi Finiti sono state calibrate sui dati sperimentali, consentendo una migliore previsione dei campi di spostamento e dell’evoluzione del fattore di sicurezza. È stato implementato un quadro di analisi del rischio integrando la probabilità di occorrenza del pericolo, l’esposizione delle infrastrutture critiche e le funzioni di vulnerabilità (D. M. Cruden & Fell, 1997). L’applicazione al caso di Himera I ha mostrato che l’adozione congiunta di soglie pluviometriche e metriche prestazionali basate sugli spostamenti permette strategie di mitigazione proattive—quali sistemi di drenaggio e deviazioni temporanee del traffico—che riducono significativamente gli impatti funzionali ed economici. Questo studio fornisce una metodologia riproducibile per collegare dati geotecnici, modellazione fisica e analisi probabilistica del rischio. I risultati ottenuti migliorano il processo decisionale per la gestione dei pericoli da frane indotte dalla pioggia lungo corridoi di trasporto strategici, con implicazioni per la pianificazione territoriale e l’adattamento ai cambiamenti climatici negli ambienti mediterranei.