Scuola regionale di protezione civile «Ernesto Calcara»

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1 Scuola regionale di protezione civile «Ernesto Calcara» Corso per Tecnici per il presidio idrogeologico del Territorio 21 gennaio 27 marzo 2014 Le colate rapide di fango in Campania e l evento di Sarno del maggio 98 Prof. Geol. Paolo Budetta Dipartimento di Ingegneria Civile, Edile ed Ambientale, Università di Napoli «Federico II»

2 L EVENTO DEL 5 MAGGIO 1998 UBICAZIONE DELL AREA MONTUOSA DEL PIZZO D ALVANO FOTO AEREA DELL AREA DI CURTI EPISCOPIO (SARNO) A Sarno censite 19 colate rapide di fango innescatesi lungo il versante meridionale del Pizzo d Alvano che causarono 137 vittime. Gli altri Comuni interessati furono Quindici, Siano e Bracigliano con altre 16 vittime

3 L UBICAZIONE DELLE COLATE

4 L allertamento della popolazione e la mancata evacuazione a Sarno Ricostruiti in base ai: Rapporti dei Vigili del Fuoco, Forze di Polizia, Dati dell Osservatorio Vesuviano, Relazioni gestori infrastrutture a rete (ENEL, GAS, ACQUEDOTTO, TELECOM, etc.) Fonte: Consulenza tecnica d ufficio Procura della Repubblica di Nocera Inferiore

5 Particolarmente interessanti sono stati i dati dell Osservatorio vesuviano: Registrazioni alle stazioni della rete sismica vesuviana relativi ai treni d onda con basso rapporto segnale/rumore ( 2), alle ore: 18:35, 20:01, 20:07 e 23:49 Correlabili, solo a posteriori, con lo scorrimento delle colate di fango (e altrimenti interpretati come semplici disturbi dovuti a rumore di fondo).

6 L evacuazione e le vittime (137) 1) Se l evacuazione fosse avvenuta entro le 17:00:..si sarebbero salvati tutti; 2) Se fosse avvenuta entro le 20:00:..si sarebbero salvate almeno 100 persone; 3) Se fosse avvenuta entro le 22:00: si sarebbero salvate almeno 89 persone; 4) Se fosse avvenuta prima delle 24:00: non si sarebbero perdute altre 15 vite (nell Ospedale di Villa Malta) Fonte: Consulenza tecnica d ufficio Procura della Repubblica di Nocera Inferiore

7 GLI OBIETTIVI SCIENTIFICI. (al di là degli eventuali profili di responsabilità) Individuazione e perimetrazione delle aree interessate dai fenomeni franosi; Assetto geologico e geomorfologico; tipologie dei fenomeni franosi Cause d innesco naturali ed antropiche; propagazione dei cumuli di frana, recapito Stima dei volumi coinvolti, della mobilità delle colate e dell angolo di proiezione ai fini della valutazione della suscettibilità all invasione

8 Si è trattato di eventi molto rapidi con velocità generalmente maggiori di 3-5 m/s, dotati di energie cinetiche non sostenibili da parte dei manufatti investiti

9 Le aree regionali più di frequente investite sono quelle perivesuviane per ovvi motivi legati alla minore distanza dai centro di emissione ed al maggior spessore locale delle coltri piroclastiche Calcaterra, KEY Circa 3000 km 2 ed almeno 150 (tra centri abitati grandi e piccoli) si possono considerare a rischio NAPLES Mt Pizzo d Alvano Epiclastic and pyroclastic deposits (thickness > 10 m). Late Quaternary - Holocene Flysch and silico-clastic deposits. Mesozoic - Terziary Budetta & De Riso, S o r r e n t i n e P e n i n s u l a SALERNO 7 Carbonate rocks with thin volcanoclastic deposits (thickness < 10 m). Mesozoic Debris flow and related number in table km

10 Origine dei prodotti piroclastici in appoggio sui rilievi carbonatici. Isopache dei prodotti flegrei da caduta degli ultimi anni Orsi et alii, 1996 Isopache dei prodotti da caduta delle principali eruzioni pliniane del Vesuvio Orsi et alii, 1998 L ultima eruzione esplosiva del 1944

11 TIPOLOGIE DI COLATE RAPIDE SU VERSANTI CON COPERTURE PIROCLASTICHE L assetto stratigrafico dei versanti è condizionato dalla presenza di coperture di terreni piroclastici in precarie condizioni di appoggio Di Crescenzo & Santo, 2004

12 ESEMPI TIPOLOGICI PIU FREQUENTI Debris avalanches (versante aperto) (Varnes, 1978; Pierson e Costa, 1987) Frequenti su versanti aperti con valori di pendenza > Hanno assunto di solito forme triangolari e sono caratterizzate da notevole ampliamento monte-valle L innesco si è avuto spesso a valle di cornici di morfoselezione

13 Torrenti di detrito (debris torrents) Il materiale è scorso in impluvi preesistenti, talora ingrossandosi per effetto dell arrivo di altro materiale da alvei tributari. Vi è stata asportazione dal fondo del canale e dai fianchi. A valle, formazione di conoidi in corrispondenza di aree a più bassa pendenza

14 Evoluzione di frane per scorrimento colata incanalate e di versante aperto Di Crescenzo & Santo, 1999

15 IL RUOLO SVOLTO DALLE STRADE E DALLE PISTE PER I TAGLI BOSCHIVI Nocera 4 marzo 2005

16 .ED IN CONSEGUENZA DI CROLLI LAPIDEI (VOLUMI VARIABILI) DA CORNICI SOMMITALI Monte S. Costanzo 16 Febbraio 1973 Monte S. Liberatore (Vietri sul Mare) 24 ottobre 1954

17 Vallone Montagnelle (Siano) 5 maggio 1998 Scarpata rocciosa

18 Situazioni geomorfologiche ed antropiche più comuni che favoriscono gli inneschi Guadagno et alii, 2003

19 Il ruolo svolto dalle rotture di pendenza lungo i versanti Guadagno et alii, 2003

20 E I DANNI NELLE AREE DI SCORRIMENTO - RECAPITO. VALLONE TRAVE CHIRICO (ZONA DI CURTI) La foto fornisce un idea dello spessore della colata nell area di recapito NOCERA (zona Vescovato ) MARZO 2005

21 Un aspetto importante e complesso è stato il calcolo dei volumi il volume complessivo franato è stato valutato in circa 1,27 x 10 6 m 3 Si tratta, in assoluto, della stima più esatta, tra quelle presentate da diversi fonti, in quanto valutata sulla base dei quantitativi effettivamente portati in discarica dalle Ditte incaricate. Estratto dalla carta delle superfici coinvolte e dei volumi delle frane Fonte: Consulenza tecnica d ufficio Procura della Repubblica di Nocera Inferiore

22 e quindi, relativamente alle colate principali Colata Massima distanza di propagazione (m) Volume complessivo del materiale franato (mc) Inclinazione media della zona di innesco ( ) Mare Schioppe NW 34 ; NE 32 Calabrici Curti Tuoro NW 34 ; NE 45 Chirico Trave Montagnone Cantariello I Cantariello II S. Lucia Porca Ordica NW 34 ; NE 45 Porca Dogliole Porca Grande

23 e la ricostruzione delle direzioni di flusso delle colate.. per gli aspetti connessi non solo agli eventuali profili di responsabilità (ostacoli di origine antropica, abusivismo, etc.) ma anche per quelli più spiccatamente scientifici connessi alla perimetrazione delle aree di invasione (mobilità delle colate, reach angle, etc.) Zona Tre valloni Santa Lucia Area di Curti - Episcopio nelle aree più distali, l incanalamento nel reticolo stradale ha riguardato soprattutto i residui flussi prevalentemente acquosi Fonte: Consulenza tecnica d ufficio Procura della Repubblica di Nocera Inferiore

24 Fattori idrogeologici che hanno influenzato i meccanismi di innesco, flusso e recapito delle colate INNESCO Spessori e stratigrafia della coltre. Pendenze critiche al coronamento. Concavità morfologiche (hollows). Irregolarità morfologiche. Apporti di acque sotterranee.influiscono su Ubicazione superfici di scorrimento; Volumi di primo distacco; Zonazione della suscettibilità innesco

25 Fattori idrogeologici che hanno influenzato i meccanismi di innesco, flusso e recapito delle colate FLUSSO Dislivelli in gioco; Versanti aperti; Versanti con impluvi di vario ordine gerarchico; Cornici morfologiche; Pendenze longitudinali in alveo; Anomalie del reticolo; Entità del riempimento delle aste; Apporti idrici sotterranei.influiscono su Evoluzione post-rottura; Incremento dei volumi; Sormonti; Mobilità del flusso.

26 Fattori idrogeologici che hanno influenzato i meccanismi di innesco, flusso e recapito delle colate RECAPITO Morfologia e stratigrafia degli apparati di conoide; Interazioni con l urbanizzato..influiscono su Ampiezza dell area di invasione; Zonazione della suscettibilità all invasione (valutabile con metodi empirici su base geomorfologica, modelli idraulici di propagazione, etc.). e quindi è stato necessario poter disporre di.

27 CARTA DELLE PENDENZE. LE AREE DI INNESCO SI COLLOCANO, DI SOLITO, NELLE ZONE CON PENDENZE COMPRESE TRA IL 35 % ED IL 60 %.

28 .CARTA GEOMORFOLOGICA.

29 CARTA DEGLI SPESSORI DELLE COPERTURE TERRENI DI COPERTURA Spessore: < 0.50 m Spessore: m Spessore: m Spessore: m Spessore: > m ROCCE DEL SUBSTRATO Calcari Giacitura di strato Faglia probabile e/o sepolta

30 ..E SUDDIVISIONE DELL AREA IN CLASSI DI STABILITA (con stime sul maggior o minor grado di stabilità residua della coltre) Applicazione del modello SHALSTAB (Dietrich & Montgomery, 1994)

31 superficie (ha) l indagine ha riguardato anche agli incendi boschivi Dati del Corpo Forestale dello Stato riferiti al periodo marzo 1994 marzo 1998 (superfici interessate e numero di eventi) superficie incendiata numero di incendi Marzo Maggio Luglio Agosto Settembre Ottobre Mesi 1994 (circa 121 ha) 1995 (circa 35 ha) 1996 (circa 204 ha) 1997 (circa 186 ha) Fonte: Consulenza tecnica d ufficio Procura della Repubblica di Nocera Inferiore

32 ..ALLO SCOPO DI REALIZZARE UNA CARTA DEGLI INCENDI BOSCHIVI AREA INCENDIATA NEL: e e e , 1996 e e e 1997 N.B. sono state evidenziate solo le aree incendiate in prossimità delle frane E stato possibile escludere un rapporto di causa ed effetto tra gli incendi e l innesco delle frane..sopratutto per il ruolo svolto dalla presenza dei livelli pumicei intercalati nelle coltri piroclastiche.

33 Profondità del piano di falda (m)..e L INFLUENZA DELLA VEGETAZIONE Precipitazioni Ruscellamento a valle A M G L A S O N D G F M Mesi Evapotraspirazione Anni 1967 Livello della falda prima del taglio Livello della falda dopo il taglio Bacino idrografico con copertura forestale Bacino idrografico deforestato nel 1965 EFFETTO DELLA DEFORESTAZIONE SULLA FALDA FREATICA IN UNA FORESTA EUROPEA (GREENWAY, 1987) DIFFERENTE COMPORTAMENTO IDROLOGICO IN BACINI IDROGRAFICI CON COPERTURA FORESTALE E DEFORESTATI (BORMAN e LIKENS, 1979) LA DISTRIBUZIONE DEGLI APPARATI RADICALI NELL AREA IN ESAME E GENERALMENTE DEL TIPO (B) POSSIBILI DISTRIBUZIONI DEGLI APPARATI RADICALI (TSUKAMOTO e KUSAKABE, 1984)

34 Frequenza..E LE CARATTERISTICHE DI CONDUCIBILITA IDRAULICA DEI MATERIALI CONDUCIBILITA IDRAULICA VARIABILE CON LA PROFONDITA 40% 35% cm/s (circa 1m) 30% PIROCLASTITI 25% 20% cm/s (fino a 7m) 15% 10% 5% PORZIONE SUPERFICIALE DEI CARBONATI cm/s 0% k (cm/s) DISTRIBUZIONE DI FREQUENZA DELLA CONDUCIBILITA IDRAULICA CONDUCIBILITA IDRAULICA VARIABILE + PIOGGE DI LUNGA DURATA = FORMAZIONE DI FALDE SOSPESE Celico, 1998; De Vita e Piscopo, 2002

35 I parametri morfometrici delle frane Inclinazione media zona di distacco Inclinazione media del canale di frana Inclinazione media dell area di accumulo Dislivello massimo nell area di alimentazione e transito Dislivello massimo nell area di accumulo Massima distanza di propagazione Superficie area di alimentazione e transito Superficie area di accumulo Volume complessivo del materiale franato Frana Vallone interessato Ora d innesco ( h, min ) ( ) ( ) ( ) ( m) ( m) ( m ) ( ha ) ( ha ) ( mc ) Mare Vallone Mare ,5 1, Schioppe Vallone Schioppe 19,50 Calabrici Vallone Calabrici corona NW: 34 canale NW: 30 canale NW: , corona NE: 34 canale NE: 32 canale NE: I colata: 18,10 corona NW: 45 canale NW: 36 canale NW: 350 8,15 II colata: 23,50 corona NE: 45 canale NE: 30 canale NE: ,5 vedi Calabrici vedi Calabrici ,2 27, Curti Vallone di Curti 17, , ,5 Tuoro Chirico Vallone del Tuoro Vallone S.Chirico I colata: 16,35 I corona: 34 II colata: 21,54 II corona: 30 III colata: 23,50 - III corona: 37 IV corona: 45 V corona: 45 VI corona: 45 VII corona: 45 I corona: 56 II corona: 45 III corona: 45 canale NW: 31 canale NE: 32 tratto mediano: canale NW: 3165 canale NE: vedi Calabrici vedi Calabrici 12,6 9, vedi Trave vedi Trave vedi Trave Trave Vallone Trave 23, ,9 58,

36 Inclinazione media zona di distacco Inclinazione media del canale di frana Inclinazione media dell area di accumulo Dislivello massimo nell area di alimentazione e transito Dislivello massimo Massima distanza di Superficie area di alimentazione e transito Superficie area di accumulo Volume complessivo del materiale franato I parametri morfometrici delle frane Frana Vallone interessato Ora d innesco ( h, min ) ( ) ( ) ( ) ( m) ( m) ( m ) ( ha ) ( ha ) ( mc ) Montagnone Cantariello I Cantariello II Vallone Montagnone Vallone Cantariello Vallone Cantariello ,7 20,00 20,34 21,18 S.Lucia Vallone S.Lucia 20,00 Porca Ordica Porca Dogliole Porca Grande Vallone Tre valloni Vallone Tre valloni Vallone Tre valloni 20,00 I corona: 42 20,34 II corona: 45 21,18 III corona: 63 IV corona: corona NW: corona NE: 39 7 vedi Cantariello II ,5 vedi Trave vedi Trave vedi Trave vedi Trave vedi Trave vedi Trave ,6 22, ,30 corona NW: 34 canale NW: 25 19, ,1 39, corona NE: 45 canale NE: 23 20,15 16,30 I corona: 37 vedi vedi vedi 19,25 II corona: Porca Ordica Porca Ordica Porca Ordica 20,15 III corona: 45 16,30 I corona: 39 19,25 II corona: 51 20,15 III corona: 39 IV corona: vedi Porca Ordica vedi Porca Ordica vedi Porca Ordica

37 Frequenza ( % ) Distribuzione di frequenza delle pendenze e delle tipologie di innesco nelle zone di distacco Figura Valori medi d'inclinazione delle zone di distacco delle frane di Sarno 45,00 44,12 40,00 35,00 30,00 26,47 n = 34 X med = 41,24 25,00 20,59 20,00 15,00 8,82 10,00 5,00 0, > 45 Inclinazione ( ) Figura Distribuzione percentuale degli inneschi delle frane di Sarno (N =34) 4 19% 1 50% 3 17% 2 14% 1 = Inneschi ubicati a valle di cornici di morfoselezione 2 = Inneschi ubicati sulla sommità di cornici di morfoselezione 3 = Inneschi ubicati in corrispondenza di scarpate e rilevati stradali 4 = Inneschi lungo versanti privi di situazioni morfologiche e/o antropiche di rilievo

38 ..a confronto con altri dati disponibili in letteratura Calcaterra et alii, 2003 Di Crescenzo & Santo, 2004; Calcaterra, 2007

39 L importanza del fattore stratigrafico nell innesco.. Presenza di livelli pomicei intercalate nelle cineriti. Es: Pomici di Avellino ( ca 3800 anni) e di Mercato (ca 8000 anni)

40 ..e ricostruzione delle colonne stratigrafiche con individuazione della posizione del piano di scorrimento..

41 ..a confronto con altri dati disponibili in letteratura (per lo più relativi ad eventi del 1997).. SCHEMI DEI RAPPORTI STRATIGRAFICI Penisola Sorrentina - Monti Lattari Pozzano S. Pantaleone S.E.M. Albino Pimonte Corbara Gragnano Legenda 1 m Piroclastiti pedogenizzate Livello di pomici 79 d. C. Cineriti (talora argillificate) Calcari mesozoici Venute d acqua Piano di scorrimento Di Crescenzo & Santo, 1999

42 OLOCENE PLEISTOCENE SUP. Frana del 1997 Frana del 1964 Di Crescenzo & Santo, 2005 Cumulo di frana costituito da limi sabbiosi, pomici rimaneggiate, detrito calcareo e tronchi di albero Massi calcarei inglobati nel cumulo di frana Materiale di riporto Piroclastiti pedogenizzate e suolo LEGENDA Piroclastiti pedogenizzate e suolo con lenti di pomici Pomici bianche, grossolane (1-6 cm) dell'eruzione vesuviana del 79 d.c. Sabbia nera di natura piroclastica Cineriti grigio-gialle e locali lenti di pomici dell'ignimbrite Campana Cinerite gialla pedogenizzata e talora argillificata Detrito calcareo di versante Calcari cretacici ben stratificati, fratturati e carsificati Giacitura di strato Faglia Venuta di acqua Limite di frana del Gennaio1997 Limite di frana storica Superficie di scorrimento Sondaggio

43 OLOCENE PLEISTOCENE SUP Di Crescenzo & Santo, 2005 Cumulo di frana costituito da limi sabbiosi, pomici rimaneggiate, detrito calcareo e tronchi di albero Massi calcarei inglobati nel cumulo di frana Materiale di riporto Piroclastiti pedogenizzate e suolo LEGENDA Piroclastiti pedogenizzate e suolo con lenti di pomici Pomici bianche, grossolane (1-6 cm) dell'eruzione vesuviana del 79 d.c. Sabbia nera di natura piroclastica Cineriti grigio-gialle e locali lenti di pomici dell'ignimbrite Campana Cinerite gialla pedogenizzata e talora argillificata Detrito calcareo di versante Calcari cretacici ben stratificati, fratturati e carsificati Giacitura di strato Faglia Venuta di acqua Limite di frana del Gennaio1997 Limite di frana storica Superficie di scorrimento Sondaggio

44 OLOCENE PLEISTOCENE SUP Calcaterra & Santo, 2004 Cumulo di frana costituito da limi sabbiosi, pomici rimaneggiate, detrito calcareo e tronchi di albero Massi calcarei inglobati nel cumulo di frana Materiale di riporto Piroclastiti pedogenizzate e suolo LEGENDA Piroclastiti pedogenizzate e suolo con lenti di pomici Pomici bianche, grossolane (1-6 cm) dell'eruzione vesuviana del 79 d.c. Sabbia nera di natura piroclastica Cineriti grigio-gialle e locali lenti di pomici dell'ignimbrite Campana Cinerite gialla pedogenizzata e talora argillificata Detrito calcareo di versante Calcari cretacici ben stratificati, fratturati e carsificati Giacitura di strato Faglia Venuta di acqua Limite di frana del Gennaio1997 Limite di frana storica Superficie di scorrimento Sondaggio

45 OLOCENE PLEISTOCENE SUP Budetta, 2002; Di Crescenzo & Santo, 2005 Cumulo di frana costituito da limi sabbiosi, pomici rimaneggiate, detrito calcareo e tronchi di albero Massi calcarei inglobati nel cumulo di frana Materiale di riporto Piroclastiti pedogenizzate e suolo LEGENDA Piroclastiti pedogenizzate e suolo con lenti di pomici Pomici bianche, grossolane (1-6 cm) dell'eruzione vesuviana del 79 d.c. Sabbia nera di natura piroclastica Cineriti grigio-gialle e locali lenti di pomici dell'ignimbrite Campana Cinerite gialla pedogenizzata e talora argillificata Detrito calcareo di versante Calcari cretacici ben stratificati, fratturati e carsificati Giacitura di strato Faglia Venuta di acqua Limite di frana del Gennaio1997 Limite di frana storica Superficie di scorrimento Sondaggio

46 ..della collina di San Pantaleone (Nocera Inf.) del Budetta, 2002 Con riferimento al periodo di 38 anni ( 72-97) e mediante l approccio probabilistico dell «l albero degli eventi», è stata calcolata una probabilità totale di morte (per un automobilista che urti con la sua auto contro un cumulo di frana) pari a 1.44 x10-4. Mediante l equazione di Bernoulli, la probabilità annua di morte per 1 automobilista è data da: Pari a 1 evento ogni 700 Il rischio è inaccettabile, secondo la letteratura più avanzata, ed è stato giustamente ridotto mediante una galleria artificiale Albero degli eventi Confronto tra probabilità di morte annue x almeno 1 persona esposta a rischio involontario sulle strade con il valore calcolato a San Pantaleone

47 ..e (solo marginalmente) il ruolo delle precipitazioni In sintesi: piogge di lunga durata ed intensità medio bassa sembrano aver avuto maggiore efficacia, nell innesco, rispetto a piogge con elevata intensità e breve durata Dal Negro & Crosta, 2002

48 Mobilità e reach angle delle colate La mobilità di una frana è una misura della capacità che ha il cumulo di frana di percorrere distanze più o meno rilevanti, a partire dal punto di distacco. Essa è funzione di: altezza del punto di distacco, rispetto al punto di recapito; caratteristiche morfologiche e topografiche del percorso di caduta; caratteristiche litologiche e proprietà fisico- meccaniche dei terreni del cumulo di frana e di quelli del substrato; contenuto d acqua e comportamento reologico della massa in movimento. La mobilità viene di solito espressa mediante un indice di mobilità

49 Definizione dell indice di mobilità (H/L) e dell angolo di proiezione ( a) di una frana (anche noto come «angolo d attrito apparente»)

50 Confronto tra il valore medio dell angolo d attrito apparente, ricavato per Sarno, con quelli di alcune frane di elevata mobilità registrate in contesti geologici simili e numero di vittime. Sassa, 2005

51 L approccio utilizzato è quello proposto da Corominas Relazioni che legano l angolo di proiezione al volume delle frane log (H/L) = (- 0,085 x log V) 0,047 con r 2 = 0,625 dove V = volume della massa franata. Espressione di carattere generale (valida per diversi tipi di frane) con regressione lineare del tipo: log (H/L) = (B x log V) A Tipo di frana B A r Crollo -0,109 +0,210 0, Scorrimento traslativo -0,068-0,159 0, Colamenti di detriti -0,105-0,012 0,763 Corominas, 1996

52 L approccio di cui sopra è stato applicato al caso delle colate di Sarno e di altre (in totale 25) innescatesi in contesti simili (Penisola sorrentino amalfitana) Relazione tra altezza di caduta (H) e distanza di proiezione (L) Relazione tra distanza di proiezione (L) ed il logaritmo del volume Budetta & De Riso, 2004

53 Correlazione tra l angolo di proiezione ed il logaritmo del volume per 25 colate rapide in materiali piroclastici dell Appennino campano. I volumi variano nell intervallo metri cubi. La linea tratteggiata indica la correlazione di Corominas per le colate Budetta & De Riso, 2004

54 Tentativo di classificazione (classifica di Hutchinson) Sarno Relazione angolo di proiezione/volume (frane rapide) Hutchinson, 1988

55 Quello proposto non è, naturalmente, l unico approccio possibile. Altri Autori forniscono una definizione del limite massimo di invasione basato su altezza di caduta e distanza percorsa Poiché non si tiene conto dei volumi, difficili da stimare con precisione o per i quali non vi sono dati affidabili (per gli eventi più antichi), è possibile contare su una massa di dati statisticamente più apprezzabile H/L = 0,5 H/L = 0,2-0,3 RELAZIONE TRA ALTEZZA (H) E DISTANZA PERCORSA (L): 15 casi RELAZIONE TRA ALTEZZA (H)E DISTANZA PERCORSA (L) 48 casi : Sarno, Quindici, Bracigliano Calcaterra, de Riso, Santo et alii, 2003

56 Un esempio è di seguito illustrato.. H/L = 0,9 H/L = 0,5 H/L = 0,14 H/L = 0,2 RELAZIONE TRA ALTEZZA (H) E DISTANZA PERCORSA (L) REACH ANGLE: N 172 casi (Penisola Sorrentina-Lattari, Pizzo D Alvano, Partenio e Avella) Di Crescenzo, 2001 In sintesi, per l area di Sarno e della Penisola sorrentino-amalfitana, i reach angles variano più frequentemente tra 8 e 22 Calcaterra et al., 1999; Budetta & De Riso, 2004; Di Crescenzo & Santo, 2005

57 Dal punto di vista del comportamento reologico, le colate in oggetto hanno avuto un comportamento decisamente nonnewtoniano tipico di debris flow/flussi iperconcentrati densi Pierson & Costa, 1987

58 e classificabili, secondo Hutchinson, tra i flussi granulari densi Aumentando il contenuto d acqua nella massa in frana e riducendosi contestualmente la concentrazione dei sedimenti, si ha il passaggio dai debris flows al cosiddetto flusso iperconcentrato che diviene via via sempre meno concentrato fino al trasporto solido per trascinamento ed in sospensione. Sarno Il passaggio al debris flow si ha per concentrazioni in peso dei sedimenti pari a circa l 80 % e con contenuti d acqua di circa il 25 %. Un valore di saturo dei terreni pari a circa 2 T/m 3, individua il passaggio da un debris flow fluido ad uno granulare denso.

59 I fenomeni recenti di colata del versante nord di Monte Sant Angelo (Nocera) San Pantaleone M. Vescovado Alfaterna

60 Ortofoto 3D con individuazione dell impronta della frana del 4 marzo 2005 Versante strutturale

61 stradina Nocera Inferiore 4 Marzo 2005 H = 250 m L = 750 m H

62 La colata del Vallone Alfaterna (10/01/2003): evento non particolarmente rilevante ma interessante dal punto di vista delle cause d innesco Attivazione a seguito di un crollo (volume circa 10 m 3 ); volume della colata canalizzata (circa 500 m 3 ), Bassa mobilità (per limitata altezza di caduta e assenza di livelli pumicei nella coltre) Nessun danno all autostrada. Crollo di massi dalla cornice di morfoselezione, con mobilizzazione della copertura piroclastica sottostante Carta geomorfologica Budetta, 2010

63 ASSETTO GEOLOGICO (1) suolo; (2) paleosuolo; (3) piroclastiti sabbioso-limose; (4) frammenti detritici e pomici in abbondante matrice piroclastica; (5) piroclastiti argillo limose; (6) substrato carbonatico; (7) trincea; (8) sup. di scorrimento. (1) piroclastiti; (2) calcari dolomitici; (3) principali discontinuità tettoniche; (4) principali discontinuità stratigrafiche; (5) area di distacco; (6) masso franato; (7) blocchi instabili; (8) limite della colata; (9) direzione di caduta dei massi; (10) traccia di sezione.

64 OBIETTIVI: Valutare l energia cinetica dei massi distaccatisi dalla parete e la loro forza di impatto sul pendio sottostante, in grado di innescare la colata; Individuare soglie (in termini di energie e profondità di penetrazione dei blocchi nel pendio) in grado di innescare il distacco del materiale piroclastico, per effetto di sollecitazioni dinamiche in condizioni non drenate QUANTO SOPRA MEDIANTE: Analisi a ritroso delle traiettorie di caduta massi (back analysis), in base alle impronte da impatto rilevate sul pendio, immediatamente dopo l evento.

65 Foto e Rilievo laser-scanner del costone interessato dal crollo

66 Principali blocchi instabili, ancora presenti in parete, e relativi volumi

67 Ciclografiche delle orientazioni medie dei sistemi di giunti individuati sulla parete, rispetto al pendio I modelli di rottura possibili sono riconducibili a slittamenti planari lungo i piani di stratificazione (S) troncati da fratture appartenenti al sistema K2 ed a cunei originantisi dall intersezione dei sistemi K1/K3 e K1/k4

68 rainfall (mm) Piogge registrate ai pluviografi prossimi all area del Vallone Alfaterna Stazione quota m (s.l.m.) anni oss. h d 1 ora h d 3 ore h d 6 ore h d 12 ore h d 24 ore Sarno Baronissi Mercato San Severino Pompei (Osservatorio) Ravello Vietri sul Mare Cava dei Tirreni (Fraz. Badia) Cava dei Tirreni Medie dei massimi annuali di pioggia nelle durate d = 1, 3, 6, 12 e 24 ore per le stazioni limitrofe all area di studio (Dati ex S.I.M.I.). Andamento delle piogge orarie dalle ore del 6 gennaio 03 alle 5.00 del 10 gennaio e piogge cumulate. N. 2 eventi di pioggia successivi: a) 6-7/01/03 Imax = 11 mm/h; I med = 1,74 mm/h; 12,0 10,0 Ptot = 111,2 mm Frana 120,0 100,0 b) 8-10/01/03 Imax = 5,5 mm/h; Imed = 1,42 mm/h 8,0 80,0 6,0 60,0 L andamento delle piogge antecedenti la frana, evidenzia i caratteri di un evento non intenso ma prolungato e tale da comportare la quasi totale saturazione della copertura piroclastica. Esso, inoltre, fa seguito ad una stagione autunnale particolarmente piovosa. 4,0 2,0 0, ,0 20,0 0,0 time (hours)

69 Allo scopo di valutare il ruolo svolto dall energia cinetica dei massi impattati sulla copertura, si è effettuata un analisi di caduta massi mediante un codice di calcolo (metodo lumped-mass). Utilizzando le impronte da impatto rilevate sul terreno (immediatamente dopo il crollo) ed il modo predominante di caduta, si è effettuata un analisi a ritroso allo scopo di calcolare i coefficienti di restituzione all urto, di attrito, le velocità e le energie cinetiche in gioco. Carta delle isocinetiche dell area. (1) calcari dolomitici; (2) piroclastiti; (3) punti di partenza dei massi; (4) isocinetiche e relativi valori in kj; (5) sezioni analizzate; (6) corona di frana Dettaglio delle traiettorie simulate con angoli d impatto sul pendio Analizzate circa 7000 traiettorie; Energia massima all impatto (base della parete) circa 300 kj; poi i valori rapidamente decrescono fino a kj nella zona di innesco della colata

70 Per valutare la forza d impatto massima (Fmax) di un masso con assegnata energia cinetica, è stata adoperata la seguente formulazione: essendo E = energia cinetica del masso; E 0 = energia cinetica di riferimento per una sfera di assegnate dimensioni; F 0 ed n = coefficienti sperimentali calcolati in funzione del raggio della sfera ( Calvetti & Di Prisco, 2007). Questa correlazione è stata ricavata, mediante prove di caduta su superfici orizzontali (terreni di copertura di solette di gallerie paramassi). Nel caso di impatti su superfici inclinate, gli Autori suggeriscono di ridurre i valori calcolati di circa il 10 20%. Inoltre, è stata adoperata una semplice procedura per calcolare la massima profondità di penetrazione (H 0 ) all impatto, per un blocco in fase di slittamento. essendo s l angolo d attrito allo slittamento (blocco/sup. pendio), = angolo del pendio, W = peso del blocco; = peso/volume del terreno, N = fattore di capacità portante di Terzaghi; h = altezza di slittamento (correlata alla distanza percorsa dal masso lungo il pendio) ( Wang & Cavers, 2008).

71 L angolo medio d impatto delle traiettorie sul pendio è circa 23 e la velocità media di impatto è di circa 14 m/s. Assegnata un energia media all impatto di circa 120 kj (blocco con volume di circa 1 m 3 ), la forza d impatto è stimata in circa 800 kn. Al punto d impatto (innesco della colata), la forza tangenziale e quella normale valgono rispettivamente: F s = 800 x cos 23 = kn F n = 800 x sin 23 = kn Durante l evento di crollo, elevate forze tangenziali sono state trasmesse al pendio da massi con elevata energia cinetica, impattanti con basso angolo di collisione. Data l inclinazione del pendio e la forma allungata dei blocchi molta energia cinetica è stata dissipata durate la fase di slittamento, con il suo trasferimento al terreno stesso. A titolo di esempio, usando la procedura suggerita da Wang & Cavers (2008), la massima profondità di penetrazione nel terreno è valutabile in circa 16 cm

72 Il disturbo dinamico, dovuto all impatto dei massi, ha causato un rapido incremento delle pressioni interstiziali, riducendo la resistenza al taglio e provocando la rottura in condizioni non drenate (Sassa et alii, 2004). In letteratura ci sono solo pochissimi casi di questo tipo studiati (Crosta, 1994; Cairo & Dente 2003) e comunque mai facendo riferimento all impatto di massi. Naturalmente ci sono anche molte semplificazioni ed approssimazioni, quali: - analisi delle traiettorie mediante il metodo lumped-mass e senza considerare possibili fenomeni di frammentazione dei blocchi; - la forza di impatto è calcolata con riferimento ad una sfera ipotetica (di pari volume) e si è trascurata la reale forma dei massi; - la profondità di penetrazione è calcolata teoricamente, e mancano sufficienti riscontri oggettivi di campagna.

73 CONCLUSIONI - Molti passi in avanti sono stati fatti, negli ultimi anni, circa la conoscenza dei meccanismi di innesco ed evoluzione dei debris flow; - Sono sostanzialmente note le cause geologiche e geomorfologiche responsabili di questi eventi; - La Protezione civile, nazionale e regionale, ha maturato un bagaglio di esperienze notevoli, sulle metodiche di intervento e di mitigazione delle conseguenze; - Poiché il tempo di ritorno di questi eventi è, al momento, indeterminato occorre premunirsi efficacemente; - Un attenta valutazione dei precursori, unita ad un approfondita conoscenza del territorio, consentirà ai presidianti di fornire un valido ausilio alle autorità di protezione civile, durante le diverse fasi emergenziali