Static and dynamic analyses of the stability of mining wastes (Ravaneti) in the Carrara marble area (Apuan Alps, Italy)

The problem of the stability of “ravanetos” (debris piles of mining waste material extracted from the Apuan Alps, Italy) is very relevant, because of the consequences a landslide would have on the people and the existing civil infrastructures throughout the territory. In this work, the stability of two ravanetos that can be considered as representative of those in the Carrara area has been studied: the Polvaccio ravaneto, a recent type of debris pile and the Torrione-Tecchione, an old debris pile at present undergoing re-naturalisation. The study using the LEM (Limit Equilibrium Method) in a static and pseudo-static field, has made it possible to first carry out a back-analysis to define the most probable apparent cohesion and friction angle values of the material that makes up the ravanetos. Subsequently, it was possible to determine the intensity of the seismic wave that would be able to lead the two ravanetos to limit stability conditions and to determine the probability of such a seismic wave occurring in the next 50 years. A more accurate analysis, carried out with a numerical method in the dynamic field, of the most critical condition (the Polvaccio ravaneto) has led to more conservative results (higher safety factors) than those obtained with the LEM. This result allows us to reveal how the LEM can be considered a cautionary instrument to judge the stability of debris piles during a seismic event and that the likelihood of a landslide occurring in the two studied representative ravanetos over the next 50 years is very slim.

Zagadnienie stabilności hałd odpadów górniczych w regionie Alp Apuańskich, Italia) jest niezmiernie ważne z uwagi na skutki jakie ewentualne osunięcia gruntu mogłyby mieć dla ludności oraz budowli znajdujących się na tych terenach. W pracy tej rozpatrywano zagadnienie stabilności dwóch hałd odpadów, które uznać można za reprezentatywne dla regionu Carrera: hałda w Polvaccio (hałda nowszego typu) oraz Torrione-Tecchione, stara hałda, obecnie poddawana procesom rekultywacji. W badaniach zastosowano metodę równowagi granicznej (LEM) w polu statycznym i pseudo-statycznym. Metoda ta umożliwia w pierwszym rzędzie przeprowadzenie analizy wstecznej w celu określenia najbardziej prawdopodobnego pozornego kąta kohezji i tarcia dla materiału hałdy. Następnie określono intensywność fali sejsmicznej, w wyniku oddziaływania której hałdy mogłyby utracić stabilność a także obliczono prawdopodobieństwa wystąpienia takiej fali sejsmicznej w ciągu najbliższych 50 lat. Bardziej szczegółowa analiza warunków krytycznych, wykonana przy pomocy metod numerycznych w polu dynamicznym, dała bardziej ostrożne wyniki (wyższe współczynniki bezpieczeństwa) niż te uzyskane przy pomocy metody równowagi granicznej. Wyniki badań sugerują, że metoda równowagi granicznej stanowi ostrożne narzędzie do określania stabilności hałd odpadów w trakcie zjawisk sejsmicznych. Pokazano także, że prawdopodobieństwo wystąpienia osunięcia terenu w przeciągu kolejnych 50 lat w przypadku dwóch rozpatrywanych hałd jest bardzo niewielkie.