UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO FACOLTÀ DI INGEGNERIA CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L AMBIENTE ED IL TERRITORIO Corso di Frane Anno accademico Analisi di un caso studio descritto in un articolo in lingua inglese: LA FRANA DEL RUINON, VALFURVA (SO) Docente: Prof. Ing. Michele Calvello Studentessa: Toraldo Marcella ( )

2 INTRODUZIONE... 1 CAPITOLO 1: ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO Inquadramento Territoriale Descrizione del Fenomeno Il Monitoraggio del Sito... 3 CAPITOLO 2: IL LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Campo di deformazione spazio- temporale Diagramma degli spostamenti e della velocità Confronto con i dati del monitoraggio in sito Analisi dei dati metereologici Movimenti franosi vs eventi piovosi CAPITOLO 3: ANALISI CRITICA RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI FONTI DAL WEB... 13

3 INTRODUZIONE La frana del Ruinon, situata nel territorio del comune di Valfurva (SO), è attualmente il fenomeno di dissesto più imponente e potenzialmente pericoloso di tutta la regione Lombardia. Secondo gli scenari di evento più gravosi definiti nel Piano di Emergenza della Prefettura, il crollo parziale o totale di questa frana, con conseguente sbarramento del fondovalle, potrebbe generare imponenti colate detritiche causando l'interruzione della strada SS300 e gravi conseguenze agli abitati sottostanti. Attualmente il centro di monitoraggio geologico APRA- Lombardia monitora il sito mediante numerosi strumenti automatici e manuali nonché mediante interferometro a terra (GBInSAR) che trasmette i dati in tempo reale. Numerosi autori hanno fino ad oggi studiato il sito in frana ed in particolare l articolo scientifico in esame si propone di ricercare le relazioni che legano gli eventi di pioggia alle dinamiche della frana attraverso l analisi dei dati restituiti dal sistema di monitoraggio GBInSAR. Oltre all attività di monitoraggio della frana attiva, importante per avviare piani di emergenza legati al superamento di soglie limite, è in corso di predisposizione un progetto preliminare per verificare la possibilità di realizzare una galleria di bypass idraulico e una galleria stradale per mettere in sicurezza gli abitati e la strada di accesso a Santa Caterina Valfurva. 1

4 CAPITOLO 1: ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO 1.1. INQUADRAMENTO TERRITORIALE La frana del Ruinon è sita in Alta Valtellina sul lato destro della valle di Valfurva (Sondrio, Regione Lombardia, Italia), si estende in direzione NW- SE della valle attraversata dal torrente Frodolfo (Fig.1a), a sud delle Alpi Retiche nel Nord- Est Italia. Si tratta del settore di frana maggiormente attivo delle profonde deformazioni gravitative del Confinale, che ha un area di circa 6 km 2, e si estende per circa 1500 m tra la Valle Confinale e la Valle del Cavallaro ad altitudini comprese tra i 1400 ed i m s.l.m.m DESCRIZIONE DEL FENOMENO La frana in oggetto si compone di due scarpate principali (Fig.2): la superiore, che si estende per più di 600 m, con altitudini comprese fra i 2100 e i 2120 m s.l.m.m. e quella inferiore fra i 1890 e i 1930 m s.l.m.m.. Una schematica sezione geologica trasversale della frana di Ruoinon è riportata in Fig.1b. Le indagini hanno evidenziato quattro serie di discontinuità (Fig.1c); ciascun ammasso roccioso, isolato ed indipendente è incline alla rottura per scorrimento traslazionale e rotazionale. La più profonda superficie di scorrimento si trova ad una profondità di 72 m ed il volume della frana è stato stimato intorno ai 30x10 6 m 3. 2

5 La frana del Ruinon è dunque una frana attiva con un forte carattere stagionale e presenta movimenti traslazionali e rotazionali: - scivolamento di detrito superficiale - scivolamento in roccia profondo - crolli di massi anche di grossa volumetria - colate detritiche in concomitanza di eventi meteorici particolari IL MONITORAGGIO DEL SITO La frana è attiva dal 1981, nel 1984 a seguito del verificarsi di colate detritiche sono state effettuate le prime indagini geologiche e nel 1997, in seguito a gravi crolli, la Regione Lombardia ha provveduto all istallazione di una rete di monitoraggio in sito manuale ed automatica costituita da diversi strumenti quali: inclinometri, estensimetri, strumenti topografici di misura nonché ricevitori GPS. Nel 2000, in accordo con la Regione Lombardia, è stato condotta la prima campagna di monitoraggio mediante GBInSAR dal gruppo di ricerca del dipartimento di scienza della terra dell università di Firenze (UNIFI- DST) per verificare l applicabilità di tale tecniche alle specifiche condizioni del sito. 3

6 Tale tecnica di monitoraggio è divenuta permanente dal Il sistema radar interferometrico terrestre presenta la postazione di misura sul versante opposto a quello dell area di frana e, grazie ad un sistema di trasmissione in tempo reale, acquisisce e trasmette i dati rilevati alla sala operativa del centro di monitoraggio geologico. Il sistema radar istallato è in grado di misurare i movimenti dell area di frana senza la necessità di accedere fisicamente alle aree osservate (non richiede il posizionamento di capisaldi) ed in qualsiasi condizione atmosferica e di visibilità restituendo mappe di deformazione della frana con un'altra frequenza temporale. Il sistema radar rende possibile la valutazione dell'evoluzione del fenomeno nel suo complesso e l interazione della frana con la variazione dei fattori esterni nel tempo. Le informazioni generate dal sistema, una volta implementate ed integrate con i dati provenienti dalla restante strumentazione di rilevamento presente nell area del Ruinon, permettono di studiare e modellare il comportamento e le possibili evoluzioni del fenomeno. Il sistema GBInSAR utilizzato per monitorare la frana Ruinon è basato sulla tecnologia LISA sviluppata dal Joint Research Centre (JRC) ed è stato installato ad una distanza media di 1400 m sul versante di fronte al sito in analisi. In particolare i parametri del sistema GBInSAR utilizzato durante la campagna di misura sono riassunti nella Tabella 1 di seguito riportata. 4

7 CAPITOLO 2: IL LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Gli autori Del Ventisette et al. nell articolo scientifico dal titolo Ruinon landslide (Valfurva, Italy) activity in relation to rainfall by means of GBInSAR monitoring, espongono un analisi dei dati di monitoraggio della frana del Ruinon acquisiti nell arco temporale che va dal giugno 2006 al giugno 2007 mediante GBInSAR finalizzati alla comprensione dell entità degli spostamenti e delle velocità che caratterizzano il movimento franoso. Tali risultati sono confrontati con quelli restituiti dalla precedente campagna di monitoraggio mediante GBInSAR del 2000 e con gli altri strumenti di monitoraggio presenti in sito. Gli autori inoltre hanno condotto uno studio volto alla comprensione delle relazioni che legano l attività della frana agli eventi di pioggia CAMPO DI DEFORMAZIONE SPAZIO- TEMPORALE Il monitoraggio mediante GBInSAR nell arco temporale che va dal 22 giugno 2007 al 22 giugno 2007, ha fornito mappe di deformazione che consentono di avere informazioni globali sugli spostamenti verificatasi nell area (Fig3). Il campo di deformazione presenta le seguenti caratteristiche: - la parte superiore del pendio avente area di circa 27000m 2 e altitudine compresa fra i 1850 e i 2090 m s.l.m.m., è stata affetta da movimenti diffusi, e significativi (spostamenti cumulati >150 mm verso il sensore). L entità degli spostamenti risulta maggiore nella parte orientale dove si registra un valore di picco di circa 636 mm; spostamenti > di 300 mm si registrano in un area di circa 9000m 2. - la parte inferiore del pendio, non vegetata ha esibito spostamenti cumulati compresi fra gli 80 e 350 mm verso il sensore; l estensione dell area caratterizzata da movimenti significativi (>150mm) è piuttosto limitata. Complessivamente, la zona monitorata presenta un area in movimento di circa m 2, risultati che trovano riscontro con le precedenti indagini condotte mediante GBInSAR (Fig.7) 5

8 Per meglio analizzare le caratteristiche deformative del sito in esame, sono state prodotte mappe di spostamento per 12 sotto- periodi di 30 giorni ciascuno. Tale analisi ha rivelato il carattere fortemente stagionale dell attività franosa del Ruinon, con una generale diminuzione dell entità delle deformazioni durante il mese di dicembre e un improvviso incremento in maggio e giugno. 6

9 2.2. DIAGRAMMA DEGLI SPOSTAMENTI E DELLA VELOCITÀ. Per meglio analizzare le variazioni nella dinamica della frana, l analisi è stata concentrata su quattro punti (LISA01, LISA02,LISA03 e LISA04) rappresentativi del comportamento dei quattro settori di frana (Fig3). Con riferimento a questi quattro punti sono stati analizzati spostamenti e velocità esibiti dalla frana durante l intero periodo di monitoraggio. Con riferimento alla Fig5.b, è possibile individuare i seguenti periodi: - giugno- agosto: lieve accelerazione; - settembre- ottobre: decelerazione; - novembre- aprile: stabile (lieve decelerazione); - maggio- giugno: accelerazione. Riguardo il comportamento esibito dai diversi punti nell anno di monitoraggio in analisi, gli autori fanno le seguenti osservazioni: - il punto LISA01, che si trova nella zona orientale della scarpata inferiore (Fig3), ha presentato spostamenti di 305 mm verso il sensore con una velocità media di 0,8mm/giorno. Sono stati registrati picchi di velocità in agosto (4,6 mm/giorno) e in ottobre (4,1 e 2,7 mm/giorno) (Fig5.a). Oltre questi eventi l andamento registrato in decelerazione da settembre 2006 a maggio 2007 ed un incremento di velocità da giugno 2007; - Il punto LISA02, appartenente alla scarpata inferiore, presenta spostamenti massimi di 7

10 - - circa 200 mm verso il sensore, con una velocità media di circa 0,5 mm/giorno (Fig5.). Durante la prima fase di monitoraggio, ha esibito un massimo di deformazione; da settembre 2007, questo punto presenta lo stesso andamento del punto LISA01 ma con picchi di velocità più bassi.(fig5a- c); Il punto LISA03, nella zona a NE della scarpata superiore, si trova al centro dell area che mostra il più alto tasso di deformazione (Fig.3). I massimi valori di spostamento registrati nell anno risultano superiori ai 635mm (Fig 5) con valori di velocità media superiori ad 1,7 mm/giorno e con picchi a settembre ed ottobre 2006 e a giugno 2007 (6,8mm/d) (Fig 5.a). Da ottobre 2006, il movimento è decresciuto significativamente con un graduale decremento della velocità media ma con periodiche accelerazioni; Il punto LISA04 (Fig.3) è un altro punto appartenente alla scarpata superiore ed ha esibito spostamenti superiori ai 240 mm ed una velocità media di circa 0,6 mm/giorno (Fig.5- c), con un picco di velocità di 3,45 m/giorno (registrato il 19/08/2006) e con una graduale decelerazione a maggio 2007 evidenziata da un decremento nel diagramma degli spostamenti cumulati- tempo CONFRONTO CON I DATI DEL MONITORAGGIO IN SITO Il sistema di monitoraggio presente in sito consiste di una varietà di strumenti controllati dal centro geologico di monitoraggio dell ARPA (Agenzia regionale per la protezione dell Ambiente)- Lombardia. Gli autori hanno analizzato i dati disponibili per valutare se le dinamiche della frana investigate coni sistemi di misurazione GBInSAR durante il 2006/2007 sono compatibili con le deformazioni misurate dagli strumenti in sito, collocati in punti ritenuti di maggiore interesse. Si riporta in Fig.8 l andamento degli spostamenti cumulati nel tempo registrati dall estensimetro E17 e dal GBInSAR nel punto LISA03, rappresentativo del comportamento della scarpata superiore. L estensimetro E17 situato vicino al punto LISA03, ha restituito dati che mostrano un andamento discontinuo di deformazione fino alla fine del mese di ottobre, (probabilmente legato all entità degli eventi piovosi) ed una generale stabilizzazione del movimento nel mese di Novembre. Dal confronto fra i due set di dati si osservano differenti valori di deformazione; un confronto di tipo quantitativo infatti non può essere fatto per una serie di considerazioni fra cui: - gli strumenti in sito sono maggiormente localizzati nelle aree densamente vegetate; in queste aree, il dati GBInSAR sono generalmente caratterizzati da bassa coerenza. - diverso posizionamento dei punti e diversa orientazione. - le misurazioni del radar si riferiscono ad un area (cella di risoluzione) mentre i dati derivati dalla strumentazione in sito ad un punto. Nonostante le limitazioni di cui sopra, il confronto qualitativo fra i dati derivanti dalle strumentazioni in sito e l analisi delle immagini del GBInSAR, mostrano che per entrambi i tipi di misurazione, le aree di massima instabilità sono concentrate sulla sinistra della scarpata superiore. 8

11 2.4. ANALISI DEI DATI METEREOLOGICI L'area di frana Ruinon è caratterizzata dal tipico regime pluviometrico continentale- alpino (primavera ed autunno piovosi). Lo studio si basa sui dati restituiti dalle stazioni pluviometrche, situate vicino al coronamento della frana del Ruinon ad un altitudine di 2140 m nell arco temporale corrispondente all attività di monitoraggio (22 giugno giugno 2007). L intero periodo di studio può essere suddiviso in quattro principali intervalli: - giugno- Agosto 2006: eventi di pioggia relativamente intensi (valori di intensità media di pioggia di circa 8-10 mm/giorno) ma con durate di diversi giorni; - settembre- ottobre 2006: eventi brevi (2-3 giorni) ma intensi (intensità media di pioggia intorno ai mm/giorno); - novembre aprile2006: bassa intensità di pioggia; la prima nevicata si è verificata il 6 dicembre; - maggio- giugno 2007: eventi di pioggia con un intensità media di pioggia di circa 3-7 mm/giorno. Durante il periodo di monitoraggio, 31 eventi piovosi (Fig10c); ciascun evento di pioggia è definito dagli autori dal susseguirsi di due o più giorni piovosi con altezze di pioggia maggiori di 4mm, separati da almeno due giorni con precipitazioni caratterizzate da altezze di pioggia inferiori ai 4mm. La durata più frequente è fra 3 e 6 giorni (Fig10a) e l intensità media dell evento è generalmente inferiore ai 6 mm/giorno (Fig10b). Solamente due eventi presentano durate maggiori di 15 giorni: fine giugno 2006 con intensità media di circa 5,5 mm/giorno e un picco di intensità di 27,6 mm/giorno, uno dei più alti dell intero periodo (Fig. 9); fine di maggio 2007 con un intensità media di 6,53 mm/giorno e picchi di 28,6mm/giorno. 9

12 2.5. MOVIMENTI FRANOSI VS EVENTI PIOVOSI Lo studio degli effetti della pioggia sul movimento franoso del Ruinon illustrato nel lavoro descritto ha luogo dalle precedenti osservazioni di Crosta e Agliardi (2002). I grafici degli spostamenti cumulati e della velocità nel tempo mostrano chiaramente un carattere stagionale, con velocità massime registrate in primavera (stagione piovosa) e valori minimi in inverno (Fig.5). Gli autori hanno comparato le informazioni registrate dal GBInSAR ed i dati di pioggia, misurati alla stazione pluviometrica, ed hanno indagato sulla possibile relazione che lega il cinematismo franoso con gli eventi di pioggia. 10

13 I grafici mostrano, per ciascun punto in analisi, l andamento delle velocità esibite correlate all intensità di pioggia giornaliera nell arco temporale in cui è stato effettuato il monitoraggio. L analisi ha rivelato che solo alcuni picchi di velocità, potrebbero essere legati ad eventi di pioggia. In particolare: - piogge brevi ma intense (durata:2-3 giorni; intensità media: mm/g) causano picchi in velocità ed accelerazione; - eventi con intensità di pioggia dell ordine di 4-5 mm/giorno possono produrre accelerazioni in funzione dalla durata dell evento di pioggia; - eventi che durano meno giorni e con una minore intensità non sono considerati influenti nelle dinamiche della frana. I risultati ottenuti dagli autori sono in accordo con quanto affermato da studi precedenti, confermando in ruolo primario della pioggia quale fattore di innesco della frana. Il grafico di seguito riportato mostra la relazione fra gli eventi di pioggia e il movimento della frana per i punti LISA01 e LISA03 (Fig 12). Dal grafico si può osservare come gli eventi che producono le maggiori accelerazioni si dispongano lungo una curva che segue una legge di potenza di equazione: I=22,8d - 0,6, dove I è l intensità media di pioggia (mm/g) e d è la durata dell evento di pioggia (g). A partire da tale curva gli autori hanno elaborato il grafico riportato in Fig.13: eventi al di sopra della linea blu (area rosa) inducono una potenziale accelerazione significativa della frana, eventi al di sotto della linea blu (area verde) non inducono accelerazioni significative e quindi non influiscono sulla dinamica della frana. Gli autori tuttavia fanno notare che sono stati registrati alcuni eventi significativi con un'accelerazioni maggiori rispetto a quelle che avrebbe indotto il solo evento piovoso. Tali eventi si sono verificati in primavera e gli autori individuano quale fattore scatenante, un aggiuntivo contributo aggiuntivo instabilizzante del pendio provocato da un aumento delle pressioni interstiziali a causa dello scioglimento della neve. Gli autori dunque concludono osservando che tale soglia non dovrebbe essere usata per il preallarme ma come punto di partenza per lo sviluppo di una curva meglio definita che tenga conto anche del fenomeno di scioglimento delle nevi. 11

14 CAPITOLO 3: ANALISI CRITICA Come si evince dal lavoro svolto dagli autori dell articolo precedentemente illustrato la frana del Ruinon risulta un fenomeno molto complesso per la compresenza di diverse tipologie di movimento e per la dipendenza delle dinamiche della frana con gli eventi piovosi e di scioglimento della neve. Gli autori mettendo in relazione dati di monitoraggio GBinSAR e dati pluviometrici sono riusciti ad ottenere una curva che consente di identificare gli eventi piovosi che possono provocare accelerazioni della frana; tuttavia l analisi è stata svolta senza tener conto degli effetti provocati dello scioglimento della neve che, come evidenziato dagli stessi autori rappresenta un ulteriore aliquota instabilizzante per il versante. Nonostante ciò il lavoro svolto è importante in quanto rappresenta un punto di partenza per ricerche future. Molto importante è anche il lavoro svolto dal centro geologico di monitoraggio dell ARPA Lombardia che monitora la zona in frana sia a fini conoscitivi (dimensione, entità degli spostamenti ecc) che di allerta. In particolare il sito in oggetto oltre ad essere monitorato mediante interferometria a terra (GBInSAR) è coperto da una fitta rete di monitoraggio: geotecnica automatica e manuale, GPS automatica e manuale, topografica e meteorologica. La varietà nella strumentazione utilizzata è molto importante in quanto, sebbene il GBInSAR, a differenza degli altri strumenti, consenta di avere informazioni globali e areali in tempo reale, la misura può essere affetta da alcuni errori dovuti ad interferenze atmosferiche nonché alla presenza di una fitta copertura boschiva; è molto utile quindi confrontare i dati acquisiti con quelli derivanti da misure effettuate con altri strumenti di monitoraggio. Assodata l importanza del lavoro svolto dal centro geologico di monitoraggio dell ARPA e dei diversi autori che hanno studiato il sito del Ruinon, sarebbe importante attivarsi per la realizzazione di opere di mitigazione del rischio; risulta chiaro, infatti, che la frana ha ripercussioni anche sul torrente sottostante. È quindi necessario intervenire a valle mediante la realizzazione di opere che evitino, a seguito del verificarsi di crolli, la formazione di ondate di piena con portate liquido solide che possono provocare gravi danni alle infrastrutture e ai centri abitati sottostanti. A tal proposito bisogna evidenziare che nel 1998 si è innescato un debris flow in totale assenza di precipitazioni ed è stato riconosciuto quale fattore scatenante il collasso improvviso, a monte della frana, di una soglia glaciale che delimitava un piccolo invaso; le acque ed i detriti si sono incanalate nell alveo del torrente raggiungendo la strada provinciale, con conseguenti danni e disagi. In conclusione bisogna dire che, in effetti, sono state elaborate alcune proposte progettuali finalizzate alla messa in sicurezza degli abitati sottostanti il sito in frana e la strada di accesso al comune di Santa Caterina di Valfurva, ed e attualmente in corso di predisposizione un progetto preliminare per verificare la possibilità di realizzare una galleria di bypass idraulico e una galleria stradale. 12

15 RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI Chiara Del Ventisette, Nicola Casagli, Joaquim Fortuny- Guasch, Dario Tarchi (2012) Ruinon landslide (Valfurva, Italy) activity in relation to rainfall by means of GBInSAR monitoring. Landslides 9: ; DOI: /s ( ) Dario Tarchi, Nicola Casagli, Sandro Moretti, Davide Leva and Alois J. Sieber (2003) Monitoring landslide displacements by using ground- based synthetic aperture radar interferometry: Application to the Ruinon landslide in the Italian Alps. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108; DOI: /2002JB ( fig- 0002) Nicola Casagli, Filippo Catani, Chiara Del Ventisette, Guido Luzi (2010) Monitoring, prediction, and early warning using ground- based radar interferometry. Landslides 7: ; DOI: /s y ( y) FONTI DAL WEB Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente (ARPA Lombardia) Centro di Monitoraggio geologico. ( Regione Lombardia- Direzione Generale- Protezione civile ( e%2fdetail&cid= &packedargs=noslotforsiteplan%3dtrue%26menu- to- render%3d &pagename=dg_pppwrapper) La gestione delle criticità sulle reti di monitoraggio deologico gestite da ARPA (Agenzia Regionale per la Protezione dell Ambiente della Lombardia). ( %20Dei%20Cas.pdf) Infrastrutture Lombarde Protezione e valorizzazione dei territori dell Alta Valtellina attraverso la difesa degli abitati e delle infrastrutture dalla Frana del Ruinon di Valfurva (SO) ( Il corriere della sera- Archivio storico- Frane, Isolata la Valfurva ( 13