3 FENOMENI FRANOSI 3.1 Definizioni I fenomeni franosi o movimenti di versante sono movimenti di materiale (roccia, detrito, terra) lungo un versante. Essi rientrano nella categoria più generale dei movimenti di massa, o movimenti in massa, ovvero dei processi morfogenetici caratterizzati da movimenti di masse di materiale sulla superficie della terra che avvengono in seguito all'azione della gravità, la quale è caratterizzata da un carattere tipicamente non selettivo, in quanto interessa indistintamente materiali di qualsiasi forma e dimensione. Esempi di movimenti di massa che non costituiscono fenomeni franosi sono rappresentati dalle valanghe o dai fenomeni di subsidenza. La gravità non è il solo agente che entra in gioco per quanto riguarda i movimenti di massa in generale ed i fenomeni franosi in particolare. Infatti anche l'acqua, sia superficiale che di sottosuolo, ha un ruolo rilevante. Rispetto ad altri fenomeni in cui l'acqua è invece dominante, noti talvolta come fenomeni di trasporto di massa, i fenomeni franosi sono caratterizzata da una fase di "trasporto" relativamente ridotta, che fa sì che l'area di erosione ("nicchia di distacco") e quella di accumulo, siano relativamente a breve distanza fra loro. I processi fluviali, che costituiscono tipici esempi di trasporto di massa, prevedono il trasporto di materiale, in sospensione o sul fondo, anche per distanze di svariati chilometri. 3.2 Descrizione dei fenomeni franosi 3.2.1 Caratteristiche delle frane In Fig.3.1 è riportata la nomenclatura delle varie parti di un movimento franoso che riprende la terminologia proposta da Varnes (1978) ed in parte modificata secondo IAEG (1990) e WP/WLI (1993). Fig.3.1 - Nomenclatura delle varie parti di un movimento franoso. Si riporta di seguito più in dettaglio la terminologia relativa alle caratteristiche osservabili dei fenomeni franosi (Fig.3.2). 1) Coronamento: materiale rimasto praticamente in posto, e quindi indisturbato, nella parte alta della "scarpata principale". 3-1
2) Scarpata principale: superficie, generalmente ripida, che delimita l'area quasi indisturbata circostante la parte sommitale della frana, generata dal movimento del "materiale spostato" (13). Rappresenta la parte visibile della "superficie di rottura" (10). 3) Punto sommitale: punto più alto del contatto fra "materiale spostato" (13) e la "scarpata principale" (2). 4) Testata: parti più alte della frana lungo il contatto fra materiale spostato (13) e la scarpata principale (2). 5) Scarpata secondaria: ripida superficie presente sul "materiale spostato" (13) della frana, prodotta da movimenti differenziali all'interno del "materiale spostato" stesso. 6) Corpo principale: parte del "materiale spostato" (13) che ricopre la "superficie di rottura" (10) fra la "scarpata principale" (2) e l' unghia della superficie di rottura (11). 7) Piede: porzione della frana che si è mossa oltre l'"unghia della superficie di rottura" (11) e ricopre la "superficie originaria del versante" (20). 8) Punto inferiore: punto dell'"unghia" (9) situato a maggior distanza dal "punto sommitale" (3) della frana. 9) Unghia: margine inferiore, generalmente curvo, del "materiale spostato" della frana, situato alla maggior distanza dalla "scarpata principale" (2). 10) Superficie di rottura: superficie che forma (o che formava) il limite inferiore del "materiale spostato" (13) sotto la "superficie originaria del versante" (20). L'idealizzazione della "superficie di rottura" può essere definita "superficie di scorrimento". Fig.3.2 - Caratteristiche delle frane. Il terreno indisturbato è mostrato in rigato obliquo. La zona retinata mostra l'estensione del "materiale spostato". 11) Unghia della superficie di rottura: intersezione (generalmente sepolta) fra la parte inferiore della "superficie di rottura" (10) della frana e la "superficie originaria del versante" (20). 12) Superficie di separazione: parte della "superficie originaria del versante" (20) ricoperta dal "piede" (7) della frana. 13) Materiale spostato (o franato): materiale spostato dalla sua posizione originaria sul versante a causa del movimento della frana. Esso forma sia la massa distaccata (17) che l' accumulo (18). 14) Zona di abbassamento: parte della frana entro la quale il "materiale spostato" (13) giace al di sotto della "superficie originaria del versante" (20). 15) Zona di accumulo: parte della frana entro la quale il "materiale spostato" (13) giace al di sopra della "superficie originaria del versante" (20). 16) Abbassamento: volume delimitato dalla "scarpata principale" (2), la "massa distaccata" (17) e la "superficie originaria del versante" (20). 17) Massa abbassata: volume del "materiale spostato" (13) che ricopre la "superficie di rottura" (10) e che giace al di sotto della "superficie originaria del versante" (20). 18) Accumulo: volume del "materiale spostato" (13) che giace al di sopra della "superficie originaria del versante" (20). 3-2
19) Fianco: materiale non spostato adiacente ai margini della "superficie di rottura" (10). I fianchi possono essere identificati mediante l'azimut misurato con la bussola oppure dai termini "destro" e "sinistro", riferiti a chi guarda la frana dal "coronamento" (1). 20) Superficie originaria del versante: superficie del versante che esisteva prima che avvenisse il movimento franoso. 3.2.2 Dimensioni delle frane Esistono alcuni parametri per la caratterizzazione delle dimensioni delle frana, basati sulla terminologia esposta nel precedente paragrafo (Fig.3.3). 1) Larghezza della massa spostata W d : larghezza massima della "massa spostata" misurata perpendicolarmente alla "lunghezza della massa spostata" L d. 2) Larghezza della superficie di rottura W r : larghezza massima fra i "fianchi" della frana, misurata perpendicolarmente alla "lunghezza della superficie di rottura" L r. 3) Lunghezza totale L: distanza minima fra il "punto inferiore" della frana ed il "coronamento". 4) Lunghezza della massa spostata L d : minima distanza fra il "punto sommitale" ed il "punto inferiore". 5) Lunghezza della superficie di rottura L r : minima distanza fra l'"unghia della superficie di rottura" ed il "coronamento". 6) Profondità della massa spostata D d : profondità massima della "superficie di rottura" sotto la "superficie del versante" misurata perpendicolarmente al piano contenente L d e W d. 7) Profondità della superficie di rottura D r : profondità massima della "superficie di rottura" sotto la "superficie originaria del versante" misurata perpendicolarmente al piano contenente L r e W r. Fig.3.3 - Dimensioni delle frane. Il terreno indisturbato è mostrato in rigato obliquo. Qc= Quota corona; Qh= quota testata; Qt= quota unghia; Wd= larghezza della massa spostata; Wr= larghezza della superficie di rottura; Lo= lunghezza orizzontale; Lcl= lunghezza della linea di mezzeria; L= lunghezza totale; Ld= lunghezza della massa spostata; Lr= lunghezza della superficie di rottura; Dd= profondità della massa spostata; Dr= profondità della superficie di rottura; H= dislivello; β= pendenza. 3-3
3.2.3 Stati di attività 3 Fenomeni franosi Il termine attività comprende tutte quelle caratteristiche associate all evoluzione spaziale e temporale del fenomeno franoso. In particolare lo stato di attività riguarda le informazioni note sul tempo in cui si è verificata la frana e può essere descritto con i seguenti termini (Fig.3.4): 1) Attiva: frana attualmente in movimento. 2) Sospesa: frana che si è mossa entro l'ultimo ciclo stagionale ma non è attiva attualmente. 3) Riattivata: frana di nuovo attiva dopo essere stato inattiva. Fig.3.4 - Frane di ribaltamento con diversi stati di attività. 1) Attiva: l'erosione all'unghia del pendio causa il ribaltamento di un blocco. 2) Sospesa: fessurazione locale nel coronamento del ribaltamento. 3) Riattivata: un altro blocco ribalta, disturbando il materiale precedentemente spostato. 4) Quiescente: la massa spostata riprende la sua copertura vegetale, le scarpate sono modificate dalla degradazione meteorica. 6) Naturalmente stabilizzata: la deposizione fluviale ha protetto l'unghia del pendio, la scarpata riprende la sua copertura vegetale. 7) Artificialmente stabilizzata: un muro protegge l'unghia del pendio; 8) Relitta: si è stabilita una copertura vegetale uniforme. Attivi Scarpate, terrazzi e crepacci con bordi netti Crepacci e depressioni privi di riempimento secondario Movimenti di massa secondari sulle scarpate Strie fresche sulla superficie di rottura e i piani di taglio marginali Superfici di frattura fresche sui blocchi Sistema di drenaggio sconvolto. numerosi ristagni d'acqua e depressioni a drenaggio interno Creste di pressione a contatto con i margini di scorrimento Assenza di sviluppo di suolo sulle esposizioni della superficie di rottura Presenza di vegetazione a crescita rapida Differenza netta di vegetazione nelle zone interne ed esterne alla frana Alberi inclinati senza ricrescita verticale Inattivi Scarpate, terrazzi e crepacci con bordi arrotondati Crepacci e depressioni con riempimento secondario Nessun movimento di massa secondario sulle scarpate Strie assenti o degradate sulla superficie di rottura e i piani di taglio marginali Superfici di frattura degradate sui blocchi Sistema di drenaggio integro Fessure marginali Sviluppo di suolo sulle esposizioni della superficie di rottura Presenza di vegetazione a crescita lenta Nessuna differenza di vegetazione nelle zone interne ed esterne alla frana Alberi inclinati con ricrescita verticale sul tronco inclinato 3-4
Tab.3.1 - Criteri geomorfologici per il riconoscimento dell attività dei fenomeni franosi. 4) Inattiva: frana che si è mossa l'ultima volta prima dell'ultimo ciclo stagionale. Le frane inattive si possono suddividere ulteriormente in: 5) Quiescente: frana inattiva che può essere riattivata dalle sue cause originali. 6) Naturalmente stabilizzata: frana inattiva che non è più influenzata dalle sue cause originali; fenomeno per il quale le cause del movimento sono state naturalmente rimosse (es. se il fiume che erodeva l'unghia della frana ha cambiato corso). 7) Artificialmente stabilizzata: frana inattiva che è stata protetta dalle sue cause originali da misure di stabilizzazione (es. se l'unghia della frana è stata definitivamente protetta dall'erosione). 8) Relitta: frana inattiva che si è sviluppata in condizioni geomorfologiche o climatiche considerevolmente diverse dalle attuali. Le frane relitte sono inattive ma comunque possono essere riattivate dall'attività antropica. In Tab.3.1 sono riportati diversi criteri geomorfologici per il riconoscimento di movimenti attivi ed inattivi. Le definizioni dei diversi stati di attività possono essere meglio comprese riferendosi ad un diagramma spostamenti - tempo, costruito, per esempio, in base alla variazione della posizione di capisaldi superficiali sul corpo di frana (Fig.3.5). Fig.3.5 - Spostamenti in una frana in diversi stati di attività. 3.2.4 Distribuzione di attività Riguarda le informazioni relative all evoluzione spaziale del fenomeno e può essere descritta con i seguenti termini (Fig.3.6): 1) Costante: il materiale spostato continua a muoversi senza variazioni apprezzabili della superficie di rottura e del volume di materiale spostato. 2) Retrogressivo: la superficie di rottura si estende in senso opposto a quello del movimento del materiale spostato. 3) Avanzante: la superficie di rottura si estende nella direzione del movimento. 4) In allargamento: la superficie di rottura si estende su uno o entrambi i margini laterali. 5) In diminuzione: il volume del materiale spostato decresce nel tempo. 6) Multi-direzionale: la superficie di rottura si estende in due o più direzioni. 7) Confinato: è presente una scarpata ma non è visibile la superficie di scorrimento al piede della massa spostata. 3.2.5 Stile di attività Riguarda le informazioni relative all evoluzione temporale del fenomeno e può essere descritta con i seguenti termini (Fig.3.7): 1) Singolo: frana caratterizzata da un singolo movimento del materiale spostato. 2) Complesso: caratterizzata dalla combinazione, in sequenza temporale, di due o più tipi di movimento. 3) Composito: caratterizzata dalla combinazione di due o più tipi di movimento simultaneamente in parti diverse della massa spostata. 4) Successivo: frana caratterizzata da un movimento dello stesso tipo di un fenomeno precedente e adiacente, in cui però le masse spostate e le superfici di rottura si mantengono ben distinte. 3-5
5) Multiplo: molteplice ripetizione dello stesso tipo di movimento. Fig.3.6 - Frane con diversa distribuzione di attività. 1) Costante; 2) retrogressivo; 3) avanzante; 4) in allargamento; 5) in diminuzione; 6) multi-direzionale; 7) confinato. 3-6
Fig.3.7 - Frane con diverso stile di attività. 1) Singolo. 2) Complesso. 3) Composito. 4) Successivo. 5) Multiplo. 3.2.6 Tipo di frana Sono definiti cinque cinematismi principali di movimento (Fig.3.8): 1) crollo (fall): fenomeno che inizia con il distacco di terra o roccia da un pendio acclive lungo una superficie lungo la quale lo spostamento di taglio è nullo o limitato. Il materiale si muove quindi nell aria per caduta libera, rimbalzo e rotolamento. 2) ribaltamento (topple o toppling): rotazione in avanti, verso l'esterno del versante, di una massa di terra o roccia, intorno ad un punto o un asse situato al di sotto del centro di gravità della massa spostata. 3) scivolamento (slide): movimento verso la base del versante di una massa di terra o roccia che avviene in gran parte lungo una superficie di rottura o entro una fascia, relativamente sottile, di intensa deformazione di taglio. In base alla forma della superficie di rottura lo scivolamento può essere suddiviso in rotazionale (superficie di rottura curva e concava verso l alto) e traslativo (superficie di rottura planare). 4) espansione (spread): movimento di un terreno coesivo o di un ammasso roccioso, in seguito all estrusione e allo spostamento di un livello di materiale meno competente sottostante, associato alla subsidenza della massa fratturata. La superficie di rottura non è una superficie di intensa deformazione di taglio. L'espansione può essere causata dalla liquefazione o dal flusso del materiale a bassa competenza. 5) colamento (flow): movimento distribuito in maniera continua all'interno della massa spostata. Le superfici di taglio all'interno di questa sono multiple, temporanee e generalmente non vengono conservate. La distribuzione delle velocità nella massa spostata è analoga a quella all'interno di un fluido viscoso. 3-7
Fig.3.8 - Tipi di frana. Il terreno indisturbato è mostrato in rigato obliquo. Le frecce mostrano le traiettorie dei singoli frammenti che formano la massa spostata. 3.2.7 Tipo di materiale I materiali sono suddivisi in 2 tipi principali, riferiti allo stato del materiale prima del movimento: 1) roccia (rock): materiale roccioso che era intatto ed in posto prima del movimento. 2) terreno sciolto (soil): aggregato sciolto poco cementato, di particelle solide, generalmente costituito da frammenti di minerali e rocce, i quali sono stati trasportati (terre trasportate) o sono prodotti da processi di degradazione delle rocce in situ. Il termine terreno comprende anche i fluidi interstiziali eventualmente presenti. Il terreno sciolto è a sua volta suddiviso in: 2.1) detrito (debris):prevalentemente grossolano (più del 20% dei granuli hanno dimensioni >2mm); 2.2) terra (earth): prevalentemente fine (almeno l'80% delle particelle hanno dimensioni <2mm). 3.2.8 Velocità Una scala di velocità è proposta da VARNES (1978) ed illustrata in Tab.3.2. classe descrizione velocità velocità (m/s) 1 ESTREMAMENTE RAPIDO 3 m/s 3 2 MOLTO RAPIDO 0.3 m/min 0.005 3 RAPIDO 1.5 m/giorno 2 10-5 4 MODERATO 1.5 m/mese 5 10-7 5 LENTO 1.5 m/anno 5 10-8 6 MOLTO LENTO 0.06 m/anno 2 10-9 7 ESTREMAMENTE LENTO Tab.3.2 - Classi di velocità delle frane secondo VARNES (1978). 3-8