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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di FRANE a.a. 2013/2014 ANALISI DI UN CASO STUDIO DESCRITTO IN UN ARTICOLO SCIENTIFICO IN.

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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO FACOLTÀ DI INGEGNERIA Corso di FRANE a.a. 2013/2014 ANALISI DI UN CASO STUDIO DESCRITTO IN UN ARTICOLO SCIENTIFICO IN LINGUA INGLESE “Accoppiamento dell’analisi dell’equilibrio limite e del monitoraggio in tempo reale per definire un sistema di sorveglianza di una frana in Calabria (Italia Meridionale),2010” Prof. Ing. Michele Calvello Studente: Turco Domenico Antonio

2 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Nel presente lavoro è stato analizzato e discusso l’articolo di “Iovine et al.”, pubblicato sulla rivista NHESS (Natural Hazards and Earth System Sciences) nel Novembre del Lo studio riguarda la frana nel comune di San Benedetto Ullano (SBU), in Provincia di Cosenza, che tra il 2009 e il 2010 ha provocato danni alle infrastrutture di trasporto e le linee di pubblica utilità (fognaria, gas, elettrica).

3 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia L’intera area è attraversata da una faglia che si estende per circa 30 km, lungo la quale le rocce metamorfiche (prevalentemente gneiss, scisti e filladi) della Catena Costiera, affioranti più ad ovest, vengono poste in contatto laterale con i sedimenti (soprattutto conglomerati, sabbie e argille) di riempimento del graben del F. Crati, posti più ad est. 1.unità carbonatiche; 2.unità metamorfiche di grado da molto basso a basso, a tratti con ofioliti; 3.sequenze sedimentarie tipo flysch; 4.unità metamorfiche di grado da intermedio ad alto, e rocce intrusive; 5.depositi torbiditici, prevalentemente a grana grossa; 6. falde flyschioidi, in prevalenza marnosoargillose; 7.falde flyschioidi, a struttura caotica; 8.unità sedimentarie autoctone;

4 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia L’intera area è attraversata da una faglia che si estende per circa 30 km, lungo la quale le rocce metamorfiche (prevalentemente gneiss, scisti e filladi) della Catena Costiera, affioranti più ad ovest, vengono poste in contatto laterale con i sedimenti (soprattutto conglomerati, sabbie e argille) di riempimento del graben del F. Crati, posti più ad est. af) depositi alluvionali df) detriti di frana qcl) depositi conglomeratici di antichi terrazzi fluviali Pa1-2) argille marnose grigio-blu sbm) gneiss e scisti biotitici a granato, contenenti localmente abbondante granito e vene di pegmatite, fino a costituire zone migmatitiche sf) scisti filladici grigi,…

5 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Il 28 gennaio 2009, a causa di forti precipitazioni prolungate fu innescata una vasta frana da scorrimento in materiale detritico di tipo molto lenta che proseguì con una velocità di spostamento maggiore di 1 cm/mese, generando una serie di fessure nella porzione centrale del pendio instabile. Nei successivi mesi, coincidenti con le stagioni estive, la frana mostrò movimenti più localizzati e poco significativi (pochi mm/mese). Gennaio 2009 Classifica di Varnes (1978)Classifica di Cruden e Varnes (1996) Il movimento franoso, rappresentò in parte, una riattivazione di una frana, già nota e riportata nella Carta del rischio di frana formulata dall’Autorità di Bacino regionale, che in passato interessò l’intero versante del centro storico Classifica di Vaunat et al. (1994)

6 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Il 28 gennaio 2009, a causa di forti precipitazioni prolungate, fu innescata una vasta frana da scorrimento in materiale detritico di tipo molto lenta che proseguì con una velocità di spostamento maggiore di 1 cm/mese, generando una serie di fessure nella porzione centrale del pendio instabile. Nei successivi mesi, coincidenti con le stagioni estive, la frana mostrò movimenti più localizzati e poco significativi (pochi mm/mese). Gennaio 2009 Il movimento franoso, rappresentò in parte, una riattivazione di una frana, già nota e riportata nella Carta del rischio di frana formulata dall’Autorità di Bacino regionale, che in passato interessò l’intero versante del centro storico Per una più completa classificazione della frana si potrebbe calcolare il volume(m 3 ) di materiale interessato ma gli autori non definiscono in maniera chiara le misure in gioco. Infatti, le lunghezze in pianta (espresse con una scala grafica) e gli spessori mobilitati (15-35m) portano a un range di volume elevato che non permette di fare una stima certa.

7 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Febbraio 2010 Dopo circa un anno dal primo innesco della frana, nel Febbraio 2010, sempre a seguito di un periodo di abbondanti precipitazioni, furono registrati nuovi movimenti nella zona centrale del pendio provocando ingenti danni alle infrastrutture viarie (SP 31) e alle linee di pubblica utenza (gas, elettrica, fognaria). Le superfici di rottura, inizialmente presenti solo nella parte centrale, man mano che proseguì il movimento, subirono una delocalizzazione verso i fianchi del versante, raggiungendo la chiesa di San Rocco (collocata in prossimità del fianco sinistro del versante) ed il cimitero (collocato presso il fianco destro del pendio). Questa migrazione di fratture, interessò principalmente un’area boscata a monte del versante e un edificio per civile abitazione verso valle. L’emergenza ha reso quindi necessaria la realizzazione di un sistema integrato di sorveglianza per la mitigazione del rischio della frana dove sono stati utilizzati due approcci: Monitoraggio in tempo reale dei principali fattori di controllo della frana (piogge, livelli piezometrici, spostamenti superficiali e profondi ) e successivo trasferimento dati ad un centro di elaborazione; Modellazione numerica mediante l’analisi dell’equilibrio limite e del moto di filtrazione

8 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Dopo il primo innesco della frana, già dal 31 gennaio 2009, sono stati fissati alcuni capisaldi sul corpo di frana ed ai suoi margini; nelle settimane successive, il loro numero è stato integrato e la loro ubicazione progressivamente adeguata sulla base dello sviluppo osservato del fenomeno

9 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Verso medio degli spostamenti Estensimetri a filo Stazioni pluviometriche Fori di sondaggio Edificio Principali fatture (2009) Altri fenomeni gravitativi attivi Area complessivamente minacciata Area con maggiori evidenze di mobilitazioni S1-S5 sono fori di sondaggio perforati nell’estate 2009; S1 è stato attrezzato con un piezometro open-pipe mentre S2-5 con inclinometri e1-10 rappresentano estensimetri a filo di alta precisione di cui: e1-6 attivi da febbraio 2009; e3-6 inattivi da Febbraio 2010; e7-10 attivi da Febbraio 2010 P0-P1 sono stazioni pluviometriche, la prima attiva da aprile 2009 a Febbraio 2010 e la seconda da Marzo Non è specificato in maniera chiara la metodologia secondo cui sono stati scelti i punti significativi e i tempi di attivazione e disattivazione dei vari strumenti. A mio avviso, visto che le piogge, e quindi il livello di falda, hanno un ruolo importantissimo nell’innesco dei movimenti, sarebbe stato opportuno installare più piezometri. Inoltre vengono rese note solo alcune delle misure degli strumenti installati (estensimetri 3 e 5,inclinometri S2-4-5).

10 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia I dati raccolti dalle varie strumentazioni sono stati utilizzati per implementare un sistema di allerta. Relazionando le misurazioni delle stazioni pluviometriche con gli spostamenti cumulati registrati da estensimetri, sono state ottenute le velocità massime giornaliere ai caposaldi. Piogge e spostamenti superficiali durante le fasi di mobilitazione del 2009 (a) e del 2010 (b). In azzurro sono rappresentate le piogge giornaliere, in nero e rosso le velocità massime giornaliere degli spostamenti ai caposaldi, in verde gli spostamenti cumulati agli estensimetri e5 ed e3. Sono inoltre rappresentate in arancio una velocità critica puntuale empirica di 3 cm/giorno (che definisce una condizione di preallarme) ed in marrone una velocità puntuale empirica pari a 5 cm/giorno (che definisce una condizione di allarme).

11 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia La figura seguente esprime la sezione schematica della frana di San Rocco, in particolare: sezione e profondità dei fori; principali superfici di rottura utilizzate nell’analisi dell’equilibrio limite; risultati delle misure inclinometriche (aggiornato a Dicembre 2009) S2, S4 e S5. Ritengo che il grafico sia esposto in maniera confusa e superficiale; le misure inclinometriche non portano un riferimento temporale e le profondità sono di difficile lettura. Inoltre non sono riportate informazioni riguardo al monitoraggio inclinometrico del 2010.

12 Introduzione L’area di studio La frana monitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Attraverso i valori di velocità puntuale massima giornaliera si arriva a definire i diversi livelli di allarme e le relative procedure da seguire. Nella seguente tabella, utilizzata dal sindaco nelle eventuali situazioni di calamità, vengono anche definite dall’autorità di protezione civile alcune misure di mitigazione del rischio per le sole condizioni di allarme e preallarme. I valori F i indicano i coefficienti di sicurezza globali ricavati dall’analisi dell’equilibrio limite

13 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Il secondo approccio che si è utilizzato per lo studio del sistema franoso in località San Rocco, è l’analisi dell’equilibrio limite (LEM).( metodo rigoroso di Morgenstern &Price (1965). Lo schema stratigrafico adottato è stato definito in base a prove di laboratorio e ad indagini in sito lungo le verticali S1-S5 che hanno riconosciuto un primo strato di copertura detritica gneissica, un secondo strato di substrato roccioso alterato ed un terzo strato di substrato roccioso intatto.  i sub-corpi di frana #1-3, l’unghia delle superfici di rottura basale è stata assunta presso il torrente Marri (a 370 m s.l.m.);  i sub-corpi #4-6, essa viene invece ipotizzata in corrispondenza della marcata rottura di pendenza poco a monte dell’edificio“P” (a 415 m s.l.m.)

14 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Le proprietà fisico-meccaniche dei terreni sono state definite a partire da un’accurata analisi di letteratura di studi precedenti effettuati nella stessa zona, e da risultati più recenti di sole prove di laboratorio di taglio diretto su campioni indisturbati prelevati dai fori di sondaggio S3 e S4. Le mobilizzazioni di frana avvenute possono essere interpretate come una riattivazione lungo superfici di scorrimento preesistenti. Di conseguenza, nelle analisi LEM i valori di resistenza al taglio adottati per lo strato 1 sono stati quelli residui; al contrario, per lo strato 2 è stato scelto un angolo di attrito leggermente più piccolo del valore di picco.  g = 17 kN/m 3, c’= 0, f ‘ = 32°, per lo strato 1;  g = 18 kN/m 3, c’= 0, f ‘ = 36°, per lo strato 2. …..per quanto riguarda i materiali situati al di sopra della falda freatica (cioè in condizioni parzialmente sature), i valori dell’angolo di attrito insaturi, f ’b sono stati assunti pari a f ‘/2, in base al criterio di rottura valido per terreni parzialmente saturi (Fredlund et al., 1978).

15 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia La profondità della falda non è stata misurata durante le fasi parossistiche di movimento, bensì soltanto durante le fasi di quiescenza (es. periodo estate-autunno2009). Siccome le informazioni disponibili sulla variazione della falda nel tempo erano piuttosto limitate, i livelli idrici considerati nelle analisi parametriche sono stati incrementati parallelamente alla configurazione estiva. Fattori di stabilità (Fi) dei sub-corpi di frana considerati (#1-6), in funzione della profondità della falda in S1. E’ evidente come il sub-corpo di frana 4 è quello più instabile in relazione al livello di falda, infatti, raggiunge instabilità già per una profondità di 11 metri in S1. Negli altri casi si hanno condizioni di allarme dagli 8 metri in poi, fino ad arrivare, per una profondità della falda di 4m, a un fattore di stabilità globale minore dell’unità per tutti i sub-corpi di frana ipotizzati.

16 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite ConclusioniBibliografia Frana in località San Rocco: geometria della falda assunta per una profondità di 9 m in corrispondenza di S1.Per il sub- corpo di frana #4, si ottiene F4 = I risultati corrispondono a quanto osservato in situ durante le recenti fasi di mobilizzazione gravitativa, cominciate nel gennaio 2009 e nel febbraio Infatti, chiari segni di riattivazione di un sub-corpo di frana riferibile al #4 sono stati effettivamente rilevati. Sulla base delle attuali conoscenze, se la profondità della falda in S1 varia da 15 a 9 metri, il fattore di sicurezza varia tra 1.3 e 1.0 per il sub-corpo di frana #4 – ovvero per il settore compreso tra la strada comunale per il cimitero e la SP 31, che ha mostrato di recente la più forte tendenza alla destabilizzazione L’analisi eseguita, nonostante i riscontri con le mobilitazioni effettivamente avvenute, affronta il problema solo al suo stato limite ultimo(terreno rigido-plastico), ipotizzando la superficie di scorrimento. Ritengo che un’analisi in campo elastico, tramite una modellazione agli elementi finiti, potrebbe essere di aiuto per seguire lo stato tensionale e deformativo che porta all’innesco del movimento. La modellazione del livello di falda, che si basa sulle sole misure del piezometri in S1 e sull’analisi del moto in condizioni stazionarie, potrebbe essere più precisa e affidabile tramite l’installazione di ulteriori strumenti.

17 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite Conclusioni Bibliografia  Il sistema di gestione dell’allerta, basato sulla misura delle velocità puntuali massime giornaliere, ha raggiunto ottimi risultati in termini di mitigazione del rischio  Il movimento del pendio,però, sia nel 2009 che nel 2010, è avuto a seguito di violente e prolungate precipitazione, che hanno portato a una risalita della falda freatica. Ritengo pertanto che il sistema di allerta dovrebbe prendere in considerazione come parametro di base anche la profondità della falda e le pressioni interstiziali.. Nel prossimo futuro, il sistema di allerta a SBU dovrebbe essere ulteriormente affinato - condizionandolo ai nuovi dati e, possibilmente, ai risultati di una modellazione idrologica  Nell’articolo si fà riferimento ai soli interventi non strutturali per la mitigazione del rischio provocato dalla frana; vista l’importanza del fenomeno e il valore non indifferente dei volumi mobilitati, si potrebbe pensare anche a interventi di tipo strutturale. La soluzione che meglio si attiene al problema è un intervento di drenaggio profondo o subsuperficiale anche se non sono eventuali opere di sostegno.

18 Introduzione L’area di studio La franamonitoraggio Analisi dell’equlibrio limite Conclusioni Bibliografia Amodio-Morelli L., Bonardi G., Colonna V., Dietrich D., Giunta G., Ippolito F., Liguori V., Lorenzoni S., Paglionico A., Perrone V., Piccarreta G., Russo M., Scandone P., Zanettin Lorenzoni E. & Zuppetta A. (1976) - L’arco calabro-peloritano nell’orogene appenninico-maghrebide. Mem. Soc. Geol. It., 17, Anderson M., Holcombe L., Flory R. & Renaud J.-P. (2008) – Implementin low-cost landslide risk reduction: a pilot studyin unplanned housing areas of the Caribbean. Natural Hazards,47, Campbell R.H. (1975) - Soil Slips, Debris Flows, and Rainstorms in the Santa Monica Mountains and Vicinity, Southern California. US Geological Survey, Reston, VA., USGS ProfessionalPaper 851. Carrara A., Catalano E., Sorriso-Valvo G.M., Reali C., Merenda L. & Rizzo V. (1977) - Landslide morphometry and typology in two zones, Calabria, Italy. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 16(1), Cascini L. & Gullà G. (1993) - Caratterizzazione fisico-meccanica di terreni prodotti dall’alterazione di rocce gneissiche. Rivista Italiana di Geotecnica, 2-93, Cascini L., Critelli S., Di Nocera S., Gullà G. & Matano F. (1994) - Weathering and landsliding in Sila Massif gneiss (Northern Calabria, Italy). In: Proc. 7th International IAEG Congress, Lisboa, Portugal, pp Cascini L., Gullà G. & Sorbino G. (2006) - Groundwater modelling of a weathered gneissic cover. Canadian Geotechnical Journal, 43(11), Cruden D.M. &Varnes D.J. (1996) - Landslide Types and Processes. In: A.K. & Schuster R.L. (Eds.), Landslides: Investigation and Mitigation, Special Report 247. Transportation Research Board, National Research Council, National Academy Press, Washington D.C., pp Iovine G. & Merenda L. (1996) - Nota illustrativa alla “Carta delle frane e della mobilizzazione diastrofica, dal 1973 ad oggi, nel bacino del Torrente Straface (Alto Jonio, Calabria)”. Geol. Applicata e Idrogeologia, 31, Iovine G., Parise M. & Tansi C. (1996) - Slope movements and tectonics in North-Eastern Calabria (Southern Italy). Proc. 7th Int. Symp. on Landslides, ISL’96, “Landslides – Glissements de terrain”, The Norwegian Institute of Technology, June (Trondheim, Norvegia), A.A. Balkema, Rotterdam/ Brookfield, 2, pp Iovine G. & Petrucci O. (1998) - Effetti sui versanti e nel fondovalle indotti da un evento pluviale eccezionale nel bacino di una fiumara calabra (T. Pagliara). Boll. Soc. Geol. It., 117, Iovine G., Petrucci O., Rizzo V. & Tansi C. (2006) - The March 7th 2005 Cavallerizzo (Cerzeto) landslide in Calabria – Southern Italy. In: Proc. IAEG Conference, Nottingham, Conference CD, IAEG2006 Paper number 785, The Geological Society of London. Iovine G., Iaquinta P. & Terranova O. (2009) - Emergency management of landslide risk during Autumn-Winter 2008/2009 in Calabria (Italy). The example of San Benedetto Ullano. In: Anderssen R.S., Braddock R.D. & Newham L.T.H. (Eds.), Proc. 18th World IMACS Congr. and MODSIM09 Int. Congr. on Modelling and Simulation, pp Iovine G.G.R., Lollino P., Gariano S.L. & Terranova O.G. (2010) Iovine G.G.R., Lollino P., Gariano S.L. & Terranova O.G. (2010) Coupling limit equilibrium analyses and real-time monitoring to refine a landslide surveillance system in Calabria (southern Italy). NHESS, 10. In: Iovine G.G.R., Huebl J., Pastor M. & Sheridan M.F. (Eds.), Special Issue on “Approaches to hazard evaluation, mapping, and mitigation”, doi: /nhess Tansi C., Talarico A., Iovine G., Folino Gallo M. & Falcone G. (2005) - Interpretation of radon anomalies in seismotectonic and tectonic-gravitational setting of the south- eastern Crati Graben (Northern Calabria, Italy). Tectonophysics, 396(3–4),


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