Analisi di un caso studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese

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1 UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI SALERNO LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE E PER L AMBIENTE ED IL TERRITORIO CORSO DI FRANE A.A. 2013/2014 Analisi di un caso studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese Field investigations and monitoring as tools for modelling the Rossena castle landslide (Northern Appennines, Italy) Alessandro Chelli, Giuseppe Mandrone, Giovanni Truffelli Docente: Prof. Ing. Michele Calvello Studente Leone Chirico

2 Indice 1. Caso studio Inquadramento territoriale Caratterizzazione geologica e geomorfologica dell area di studio La frana di Rossena Caratterizzazione del sottosuolo 7 5. Monitoraggio Conclusioni Bibliografia..13 Indice delle figure Figura 1: Localizzazione area di studio 3 Figura 2: Caratterizzazione geologica e geomorfologia area di studio 4 Figura 3: Posizione dei fori delle indagini geofisiche e del sistema di monitoraggio Figura 4: Sezione geologica e geomorfologica della frana...6 Figura 5: Classifica di Varnes...7 Figura 6: Sezione trasversale ottenuta mediante indagine sismica.9 Figura 7: Risultati inclinometro I3.11 Figura 8: Esempio correlazione spostamenti-precipitazioni.11 Indice delle Tabelle Tabella 1: Fori di sondaggio: caratteristiche tecniche e risultati.8 Tabella 2: Sistema di monitoraggio della frana operante dal 2004: note tecniche e risultati

3 1. Caso Studio L obiettivo del seguente elaborato è l analisi dell articolo Field investigations and monitoring as tools for modelling the Rossena castle landslide (Northern Appennines, Italy), pubblicato nel 2006 sulla rivista scientifica Landslides, Volume 3, dagli autori A. Chelli et al. Lo scopo degli autori è di elaborare un modello di analisi dei fenomeni che hanno interessato l area di studio, al fine di definire un piano di intervento adeguato. Per perseguire tale obiettivo, è stato realizzato vasto un sistema di monitoraggio volto ad ottenere informazioni in merito alle caratteristiche del fenomeno franoso Inquadramento territoriale Il territorio della Regione Emilia Romagna è affetto da un numero elevato di frane di differente tipologia e dimensioni, derivanti soprattutto dalle caratteristiche geologiche del substrato roccioso. La sera del 28 febbraio 2004, il borgo di Rossena, (Canossa, Emilia Romagna, Figura 1), è stato interessato da un movimento franoso, innescato da intense precipitazioni atmosferiche, che ha danneggiato strade, abitazioni e terreni agricoli. Questa zona è stata già colpita in passato da fenomeni simili. Infatti, è stato trovato, grazie ad una datazione del radiocarbonio eseguita su un deposito organico rinvenuto in un pozzo a circa 15 m di profondità, un corpo di frana più di 9000 anni fa. Informazioni storiche, inoltre, hanno evidenziato come la frana di Rossena sia stata attivata il 13 marzo 1832 da un terremoto di grado 7-8 MCS, con epicentro a circa 20 km di distanza (Colla 1832). Questo terremoto ha indotto la rottura della falesia provocando frane e crepe nel terreno. Figura 1: Localizzazione area di studio 3

4 2. Caratterizzazione geologica e geomorfologica dell area di studio Nell'area di Rossena (Figura 2) affiorano due principali unità di roccia (Papani et al. 2002): una formazione di argilla e scisti e una sequenza più o meno alterata e fratturata di ofioliti. Figura 2: Caratterizzazione geologica e geomorfologia area di studio Il complesso di argilla è costituito da tre diversi tipi di roccia con comportamento geotecnico similare: una sequenza di blocchi di roccia in una matrice pelitica (calcare in scisti), una formazione di argille scagliose varicolori e un miscuglio di argilla e frammenti di rocce di diversa natura (blocchi di basalto, calcare o flysch di dimensioni variabili da pochi centimetri a molti metri). Le masse di ofioliti sono presenti all interno del complesso caotico come organismi alloctoni. Nella zona sono presenti molte masse di questo tipo, con dimensioni variabili da pochi a diverse centinaia di metri. E' molto comune trovare grandi affioramenti di brecce, più o meno cementati da calcite. La morfologia della zona è caratterizzata da masse ofiolitiche che spiccano sul terreno come residuo eroso perché i processi erosivi hanno rimosso le circostanti rocce fragili pelitiche. Il più 4

5 importante corpo è costituito dalla falesia in cui si trova il castello di Rossena. Lo circonda un pendio detritico, costituito principalmente da clasti di dimensione dei centimetri immersi in una matrice rossastra limosa-argillosa sovrapposta ad antichi depositi di frana e al complesso caotico argilloso del substrato roccioso. Inoltre, la pendenza mostra un profilo irregolare caratterizzato da zone concave e scarpate, sottolineando come la morfologia sia caratterizzata principalmente dai processi di instabilità. E presente, inoltre, in piccolo deposito alluvionale tra l unghia della frana e il torrente. 3. La frana di Rossena La frana oggetto di studio si estende su una superficie di circa m 2, con un volume stimato di m 3. Ha lunghezza totale di circa m con 220 m di dislivello. La sua larghezza media è di circa 250 m, mentre la sua profondità si estende tra 20 e 30 m (solo in alcuni punti si raggiunge una profondità di 40 m). Ritengo opportuno, note le dimensioni della frana e, in particolare, il volume, una valutazione dell intensità del fenomeno mediante la correlazione proposta da Fell nel 1994, nella quale l intensità è espressa in funzione delle dimensioni del movimento franoso. Scala di intensità delle frane basata sul volume della massa spostata (Fell, 1994) La correlazione proposta ci permette di affermare che si tratta di un fenomeno estremamente grande, cui viene associato un valore di magnitudo pari a 7, il massimo previsto. Un dettagliato sondaggio geomorfologico e geologico ha permesso di distinguere le diverse frane che hanno colpito il pendio Nord-Est della zona di Rossena. Per mappare in dettaglio i confini dei corpi di frana e per individuare gli indicatori morfologici dei diversi movimenti è stato utilizzato il dispositivo GPS. Per studiare le caratteristiche del sottosuolo della frana Rossena e per migliorare la conoscenza al fine di ottenere dati utili per la modellazione, invece, sono stati usati metodi di indagine diretti e indiretti (Figura 3). 5

6 Figura 3: Posizione dei fori delle indagini geofisiche e del sistema di monitoraggio: limiti della frana Rossena; B sondaggi (usati come inclinometri I piezometri P, estensimetri E) S sondaggi sismici ; Ei indagine elettrica ; C clinometro; W estensimetro a filo; J fessurimetro. Le indagini sono state condotte sulla parte superiore del versante, vicino la strada, il castello e il paese ed hanno permesso di identificare differenti tipologie di frane, riguardanti le diverse parti del versante (Figura 4). Figura 4: Sezione geologica e geomorfologica della frana: 1) basalto e breccia basaltica 2) complesso di argilla caotica, 3) complesso di argilla caotica coinvolto nella frana, 4) complesso di argilla caotica coinvolto nella deformazione della roccia, 5) depositi di versante, 6) superficie di scorrimento, 7) antichi depositi di frana con strati organici, 8) fori di sondaggio. Le lettere a,b,c,d presenti nella parte alta dell immagine mostrano le 4 zone morfologiche in cui la frana può essere suddivisa. 6

7 Si tratta di una frana complessa (Varnes, 1978, Figura 5), nella quale il movimento principale è quello che si sviluppa all interno della zona b, interessata da uno scorrimento in cui la superficie di rottura presenta una scarpata ripida che si va poi ad appiattire con la profondità, raggiungendo quasi i 40 m di profondità. L'ultima parte della frana, con flussi superficiali (massimo spessore di 10 m), è un fenomeno minore la cui presenza è suggerita dalla zona pianeggiante alla quota di circa 360 m. Questa seconda sezione (zona c ) è caratterizzata da uno scorrimento che ha colpito anche parte del substrato roccioso. Questo fatto è suggerito dallo stato di conservazione delle rocce affioranti nella zona più ripida, sul lato destro della frana, che appaiono peggiori rispetto a quelle presenti ai piedi del pendio. L'instabilità principale nelle zone b c ha determinato i movimenti di massa sia nella parte alta che in quella bassa del pendio. Gli enormi blocchi (zona a ) in cui è articolata la parte esterna della falesia di Rossena, mostrano spostamenti verticali e, localmente ribaltamenti. Probabilmente, questi movimenti sono legati a una frana di rotazione, che colpisce sia la falesia che il complesso caotico argilloso e sono la causa della maggior parte dei danni al paese. L'instabilità della parte centrale del pendio ha anche determinato lo sviluppo di piccole frane superficiali ai piedi del pendio (zona d ). Si tratta di un movimento lento che ha coinvolto alcune decine di metri di roccia, considerato come un flusso di roccia. In corrispondenza del piede del pendio, ad un'altitudine di circa 300 m, è presente un affioramento della formazione delle argille varicolori, molto esteso e ben stratificato che sembra contrastare lo sviluppo della frana. Si tratta, quindi, secondo la classificazione dei fenomeni franosi proposta da Varnes nel 1978, di un fenomeno complesso, ossia di un fenomeno in cui il movimento risulta dalla combinazione di due o più dei cinque tipi di movimento principali individuati da Varnes. Figura 5: Classifica di Varnes (1978) 7

8 4. Caratterizzazione del sottosuolo Il programma di indagine in sito per la caratterizzazione del sottosuolo prevede: - 9 fori di sondaggio, con profondità variabile tra 25 e 40m, per identificare i materiali stabili e quelli instabili e i dati relativi alla falda (inclinometri, estensimetri, piezometri); - 7 indagini sismiche (tomografia), per determinare, utilizzando metodi di rifrazione, la geometria del sottosuolo della frana e le zone circostanti; - 4 sondaggi elettrici I fori di sondaggio sono stati perforati nella parte intorno alla falesia e nella parte discendente del paese. Le loro posizioni sono mostrate in Figura 3 e lungo la sezione trasversale di Figura 4, mentre in Tabella 1 sono riassunte le più importanti caratteristiche tecniche ottenute con le misurazioni. Tabella 1: Fori di sondaggio: caratteristiche tecniche e risultati (posizioni mostrate in Figura 3) La perforazione sub-orizzontale B5 mostra che la parte esterna della massa rocciosa è fratturata e le fessure possono essere molto aperte (fino ai decimetri) e, quindi, è probabile che conducano una grande quantità di acqua alla base del pendio. Nella zona b, la superficie di scorrimento raggiunge la profondità massima, come dimostrato da B3 e B4. In particolare, B4 evidenzia che diversi depositi della frana più antica sono stati coinvolti nel recente collasso, a volte separati da strati organici (uno è stato trovato a circa 15 metri di profondità). I fori nella parte più antica del paese (B6 e B7) hanno rilevato che, anche in questa zona, la superficie di scorrimento è abbastanza profonda (20-30 m). Sono state effettuate, inoltre, misurazioni sismiche per determinare le strutture del sottosuolo e per correlare questi dati con quelli ottenuti dai fori di sondaggio. Sette tomografie sismiche (S) hanno permesso di determinare la geometria del sottosuolo della frana e le zone circostanti (Figura 3). Lo spessore medio della frana è tra 20 e 30 m, ma localmente le superfici di scorrimento possono raggiungere più di 40 m. In dettaglio, alla superficie di scorrimento corrisponde probabilmente una velocità di propagazione delle onde sismiche di circa 2,2 km/s (Figura 6), mentre sopra questa superficie è stata registrata una velocità più bassa. Tale indagine ha mostrato che più unità di frana unite tra loro sia in direzione trasversale (rilievi sismici S5 e S6) che longitudinale (S1, S2, S3, S4 e S7) 8

9 Figura 6: Sezione trasversale ottenuta mediante indagine sismica: - le linee rosse individuano le superfici di scorrimento; - B3,B4 fori di sondaggio Talvolta, all'interno del corpo di frana ci sono alcune porzioni ad alte velocità, come in S1. Si tratta, probabilmente, di alcuni grandi blocchi caduti o rovesciatisi dalla falesia ofiolitica, che poi hanno coperto la frana. Con quattro sondaggi elettrici verticali, si è investigata la parte centrale della frana ma, purtroppo, non hanno mostrato grandi contrasti in termini di resistenza, quindi è difficile definire dei confini netti dei corpi di frana. A mio parere, va rilevata l attenzione che gli autori hanno posto sulla caratterizzazione del sottosuolo, che ha permesso di definire quali sono le aree stabili e quelle instabili e ha consentito di ottenere importanti informazioni in merito alla profondità della superficie di scorrimento e dei volumi interessati dal movimento. Infatti, la progettazione di opere di ripristino necessarie per stabilizzare il pendio e ridurre al minimo il rischio per il paese e il castello non può prescindere da una conoscenza approfondita di tali elementi. Ritengo, inoltre, che il programma di indagini in sito per la caratterizzazione del sottosuolo sia stato progettato e realizzato in maniera corretta, in quanto permette di definire un quadro conoscitivo globale del territorio e del fenomeno franoso, consentendo di individuare le diverse tipologie di frane che interessano l area di studio. Ritengo, tuttavia, che i risultati dell analisi sismica, nonostante permettano di valutare la presenza di più unità di frana unite tra loro sia in direzione trasversale che longitudinale, siano incompleti, in quanto la velocità delle onde sismiche dovrebbe essere correlata alla struttura del sottosuolo. 9

10 5. Monitoraggio Per quanto attiene il monitoraggio, subito dopo l'evento franoso del 28 febbraio 2004 è stato istituito un semplice sistema costituito da tre estensimetri a filo e da un inclinometro per valutare approssimativamente i tassi degli spostamenti e la profondità delle masse della frana, in modo tale da prevedere l utilizzo di una strumentazione appropriata nelle fasi seguenti. Nei mesi successivi, tale sistema è stato progressivamente sostituito da un sistema più complesso (Figura 3) costituito da due clinometri, due fessurimetri, quattro inclinometri, due estensimetri incrementali e due piezometri. I risultati ottenuti sono riassunti nella Tabella 2., nella quale si evidenzia che l entità dello spostamento massimo è dell ordine di 15-20mm. Ritengo corretta la scelta di investigare soprattutto la parte superiore del versante (Figura 3), vicino la strada, il castello e il paese perché la maggior parte dei danni deriva dal distacco di blocchi di grandi dimensioni dalla rupe su cui sorge il castello. La scelta di investigare anche la zona b (si veda a tal proposito la Figura 4) risulta, secondo me, corretta, poiché questa zona può essere considerata, come mostrato dalle indagini in sito (e questo conferma l importanza di una corretta caratterizzazione geologica e geotecnica dell area di studio), il motore dell intero quadro d instabilità. Appare corretta, inoltre, la scelta della strumentazione utilizzata per il monitoraggio, in quanto consente di investigare sia spostamenti superficiali che profondi. Tuttavia, a mio parere, nella tabella riassuntiva dei risultati ottenuti (tabella 2), dovrebbe essere specificato in maniera più corretta il periodo di osservazione al fine di poter valutare in maniera compiuta l entità delle misurazioni ottenute. Tabella 2: Sistema di monitoraggio della frana operante dal 2004: note tecniche e risultati; Δ = spostamento massimo I risultati dell inclinometro I3 sono mostrati in Figura 7 e permettono di individuare una superficie di scorrimento a circa 22 m di profondità e, probabilmente, una superficie secondaria a circa 8 m. 10

11 Figura 7: risultati inclinometro I3 Nella figura 8, inoltre, è mostrata la correlazione tra gli spostamenti misurati e le precipitazioni per un periodo di tempo di circa due mesi. Figura 8: esempio correlazione spostamenti-precipitazioni 11

12 Nella figura precedente è possibile osservare dei picchi di movimento in corrispondenza degli eventi del 25 marzo, 9 aprile, 19 aprile e il 4 maggio. Tale aspetto risulta, secondo me, molto importate ai fini di un corretto monitoraggio, in quanto, la causa innescante del fenomeno franoso è da ricercarsi nelle intense precipitazioni che hanno interessato l area di studio in quel periodo. La rilevazioni di dati pluviometrici e la correlazione tra spostamenti e precipitazioni, mostra, infatti, che si hanno movimenti significativi in corrispondenza di eventi meteo-climatici intensi o prolungati oppure in seguito a rapidi scioglimenti della copertura nevosa (che sono le condizioni verificatesi prima della riattivazione della frana del 28 febbraio). I piezometri elettrici mostrano che, nel corpo frana, il livello dell'acqua è abbastanza regolare, a causa della bassa conduttività idraulica di questi terreni. 6. Conclusioni L articolo analizza l evento franoso che la sera del 28 febbraio 2004 ha investito il comune di Canossa e, in particolare, il borgo antico di Rossena. Si tratta, cosi come mostrato da una datazione al radiocarbonio e da informazioni storiche, della riattivazione di una frana già esistente che ha danneggiato strade comunali, abitazioni civili e terreni agricoli, determinando il distacco di alcuni massi dalla parete rocciosa della rupe. Poiché l obiettivo degli autori è di elaborare un modello di analisi dei fenomeni che hanno interessato l area di studio per definire un piano di intervento adeguato, è possibile valutare l operato tenendo conto di tutti quei parametri che intervengono nella caratterizzazione di un fenomeno franoso e che risultano indispensabili per la corretta definizione degli interventi da mettere in atto. Come già evidenziato, gli autori hanno posto, a mio parere, molta attenzione alla caratterizzazione del sottosuolo e del fenomeno franoso, riuscendo ad ottenere un quadro conoscitivo globale che ha permesso di definire in maniera corretta anche la strumentazione di analisi e l area da monitorare. Ritengo, quindi, che l approccio utilizzato dagli autori sia condivisibile poiché è auspicabile che interventi di questo tipo siano supportati da conoscenze ampie ed affidabili del fenomeno. Tuttavia, gli autori non fanno riferimento alle opere di ripristino da utilizzare, sulla base dei risultati ottenuti, per stabilizzare il pendio e ridurre al minimo il rischio per il paese e il castello. Dall analisi dell articolo, secondo me può essere opportuno: - installare di misure di protezione, quali reti o strutture paramassi, in modo da ridurre la probabilità che il paese sia interessato dalla caduta di blocchi dalla falesia su cui sorge il castello; - consolidare l intero versante, ad esempio, mediante l impiego di pali; - realizzare un sistema di drenaggio delle acque meteoriche per evitare che l infiltrazione nelle fessure del terreno possa provocare fenomeni analoghi a quello del 28 febbraio 2004; - mettere a punto di sistemi di allarme. 12

13 7. Bibliografia - Baron I, Agliardi F, Ambrosi C, Crosta GB (2005) Numerical analysis of deep-seated massmovements in the Magura Nappe; Flysch Belt of the Western Carpathians (Czech Republic). Natural Hazard and Earth System Sciences 5: ; - Bertolini G, Pellegrini M (2001) The landslides of the Emilia Apennines (Northern Italy) with references to those which resumed activity in the period and required civil protection interventions. Quad Geol Appl 8:27 74; - Cancelli A, Pellegrini M (1987) Deep-seated gravitational deformations in the northern Apennines, Italy. In: Proceedings of the 5th international conference and field workshop on landslide, Australia and New Zealand, pp 1 8; - Clerici A, Mandrone G, Tellini C, Vescovi P (2002) Geomorphological and kinematic evolution of the Anzola Landslide (Northern Apennines, Italy). In: Rybar J, Stemberk J, Wagner P (eds) (2002) Proceedings of the 1st European Conference on Landslides, Prague, pp ; - Colla A (1832) Relazione del terremoto che ha danneggiato Parma e luoghi vicini nel mese di marzo Antologia 46(137):75 78; - Coratza P, Tosatti G, Pellegrini M, Piacente S, Vernia L (2004) Geodiversity in the landscape of Emilia- Romagna (Northern Italy): geosites in the Apennines between Modena and Reggio Emilia. Field trip guide book, 32nd International Geological Congress, Florence, August, pp 24; - Cruden DM, Varnes DJ (1996) Landslide types and processes. In: Turner AK, Schuster RL (eds) Landslides: investigation and mitigation. Special Report 247, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, pp 36 75; - Hoek E, Brown ET (1997) Practical estimates of rock mass strength. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 34(8): ; - Hoek E, Wood D, Shah S (1992) A modified Hoek Brown criterion for jointed rock masses. In: Hudson JA (ed) Eurock (1992). Proceedings of rock characterization symposium, International Society for Rock Mechanics, London, pp ; - Mandrone G (2004) Assessing the geomechanical features to some of the most common heterogeneous rock units in the northern Apennine. Quad Geol Appl 11:5 18; - Marinos P, Hoek E (2001) Estimating the geotechnical properties of heterogeneous rock masses such as flysch. Bull Eng Geol Environ 60:85 92; - Papani G, De Nardo MT, Bettelli G., Rio D, Tellini C, Vernia L (2002) Carta geologica d Italia alla scala 1:50000 Foglio 218 Castelnuovo ne Monti, Selca, Firenze; - Rohn J, Resch M, Schneider H, Fernandez-Steeger TM, Czarda K (2002) Large scale lateral spreading and related mass movements in the Northern Calcareous Alps. Bull Eng Geol Environ 3:71 75; - Tellini C, Chelli A (2003) Ancient and recent landslide occurrences in the Emilia Apennines (Northern Apennines, Italy). In: Castaldini D, Gentili B, Materazzi M, Pambianchi G (eds) Proceedings of Workshop on geomorphological sensitivity and system response, Camerino-Modena Apennines (Italy), pp ; - Skempton AW, Hutchinson JN (1969) Stability of natural slopes and embankment foundations. In: Proceedings of the 7th international conference on soil mechanics and foundation engineering. Sociedad Mexicana de Mecàna de Suelos, Mexico City, State of the art volume, pp ; - Varnes DJ (1978) Slope movement types and processes. In: Schuster RL, Krizek RJ (eds) Landslides: analysis and control. Special Report 176, Transportation Research Board, National Research Council, Washington, pp 11 33; - Vlcko J (2004) Extremely slow slope movements influencing the stability of Spis Castle,UNESCO site. Landslide 1: