Presentazione di PowerPoint - Protezione Civile Regione Campania

Università Degli Studi di Napoli Federico II
DICEA
Dipartimento di Ingegneria Civile Edile e Ambientale
Corso “Tecnici per il presidio idrogeologico del
territorio”
Zona di allertamento 3
LA PERICOLOSITÀ DA FRANA IN CAMPANIA
Le frane da crollo
Prof. Antonio Santo
Frane da crollo
Tra tutti i fenomeni generatori
di rischio e pericolo, le frane
da crollo sono comuni a tutto
il territorio italiano.
i crolli anche di piccole
dimensioni
causano
gravi
danni
soprattutto
alle
infrastrutture
La difficoltà della previsione
temporale
e
la
velocità/energia elevata con
cui avvengono i crolli, rendono
tali
fenomeni
tra
i
più
pericolosi nell’ambito
del
vasto panorama del dissesto
idrogeologico
FASI DELLE FRANE DA CROLLO
Schematizzazione di una classica frana di crollo con
le due fasi principali del processo di franamento:
caduta libera iniziale da una scarpata rocciosa
subverticale (1) e successiva propagazione dei
blocchi sul versante detritico sottostante (2).
Caratteristiche geologico
geomorfologiche-strutturali
delle frane da crollo
-Pendenze molto elevate maggiori di 50°
-Coinvolgono per lo più rocce lapidee: calcari, tufi,
conglomerati, arenarie o scarpate di erosione in rocce tenere
-superficie di scorrimento preesistente su discontinuità
tettoniche o stratigrafiche o scistosità.
-si innescano anche in assenza intense precipitazioni per
dilatazione termica, azione della vegetazione e crioclstica.
-possono essere di dimensioni molto variabili da pochi dm3 a
centinaia di migliaia di m3.
-i segni premonitori sono legati alla lenta apertura di fratture
beanti, formazione di trench, piccoli crolli, tremori.
-sono improvvise e dotate di elevata velocità (anche più di 100
km/h)
-elevata forza di impatto per via dei materiali coinvolti (rocce)
-notevole potere distruttivo
-le evidenze morfologiche si conservano anche per molti anni
Principali cause scatenanti delle frane da crollo
Alcuni esempi di frane in roccia in Campania
crollo
Rimbalzi e rotolamento
accumulo
Da Budetta et al, 2003
Alcuni esempi di frane in roccia in Campania
Analisi geomorfologica
di dettaglio della frana
di Vico Equense
Da Budetta et al,
Diversi tipi di discontinuità
Ammassi rocciosi
fratturati
CARATTERIZZAZIONE DEGLI AMMASSI ROCCIOSI
La caratterizzazione di un ammasso roccioso prevede le seguenti
fasi:
-Dettagliata indagine geologica
-Prelievo di campioni e/o sondaggi per le prove di laboratorio
-Valutazione dello stato tensionale naturale dell'ammasso roccioso
-Classificazione geomeccanica (Indice di qualità della roccia)
-Definizione di un modello geomeccanico
-Eventuale analisi di stabilità
I parametri da analizzare sono: orientazione, spaziatura,
continuità o persistenza, scabrezza, resistenza delle
superfici, apertura, riempimento, filtrazione, sistemi di
discontinuità, dimensione dei blocchi.
In altre parole occorre definire la geometria, le azioni e le
resistenze in gioco per analizzare, prevedere ed eventualmente
prevenire e contrastare fenomeni di instabilità.
CARATTERIZZAZIONE DEGLI AMMASSI ROCCIOSI
Rilievo geologico-strutturale in sito
Bussola da geologo per:
- Giacitura degli strati, dei
versanti e delle discontinuità
Fettuccia metrica per:
- Spessore strati
- Spaziatura delle discontinuità
CLASSIFICAZIONE DELLE FRANE IN ROCCIA
Le frane in roccia sono generalmente classificate a
seconda del meccanismo di movimento e del tipo di
materiale coinvolto (Unesco, 1990; Cruden e
Varnes, 1996; PPR, 1999; CFGI, 2000). Si possono
distinguere:
a) Scorrimenti lungo una discontinuità piana (rotture
piane);
b) Scorrimenti lungo due o più discontinuità piane non
parallele (rotture a cuneo);
c) Scorrimenti lungo superfici circolari, non coincidenti
con discontinuità preesistenti;
d) Ribaltamenti.
Rottura piana o scivolamento
(slide)
Rottura a cuneo (wedge failure)
dovuta a due sistemi di
discontinuità
Rottura per ribaltamento
(toppling failure) causata da
discontinuità subverticali
Tipici esempi di possibili frane
da ribaltamento
Frane in roccia in Campania
SCENARI GEOLOGICI
Dorsali carbonatiche
Contesti geologici
Flysch lapidei
depositi quaternari
costieri
falesie costiere
Aree vulcaniche
C. flegrei continenatali
ed insulari
L’APPROCCIO GEOLOGICO-APPLICATIVO ALLO STUDIO
DELLE FRANE DA CROLLO
ZONA DI INNESCO
Analisi macroscopica della parete rocciosa:
-visiva (con l’ausilio di binocolo e macchina fotografica) = fotomosaici;
-tramite fotogrammetria frontale o scan laser = carte a curve di livello.
Allestimento di: 1. Carta e/o fotomosaico geologica con indicazione della
tipologia di terreno; 2. Carta e/o fotomosaico geomorfologico con
indicazione di tutte le forme significative per l’innesco di frane da crollo
(settori aggettanti, scavernamenti, terrazzi a debole pendenza, nicchie di
frana recenti, massi isolati, ecc.); 3. Carta e/o fotomosaico
geostrutturale con indicazione delle faglie e discontinuità principali
Realizzazione di stazioni di misura in parete per la analisi strutturale
di dettaglio e la classificazione dell’ammasso roccioso
Elaborazione di carte della suscettibilità all’innesco di frane in roccia
attraverso l’incrocio delle carte suddette (anche in ambito GIS)
L’APPROCCIO GEOLOGICO- APPLICATIVO ALLO STUDIO
DELLE FRANE DA CROLLO
ZONA DI ACCUMULO
Analisi
delle
caratteristiche
geologiche
e
geomorfologiche delle zona basale della parete
suscettibile a fenomeni franosi:
-Censimento dei massi franati;
-Individuazione di cumuli di frana;
-Individuazione della massima distanza raggiungibile
(traiettorie)
TIPOLOGIA DELLE PARETI IN ROCCIA
Presenza
di cavità
carsiche
Pareti aggettanti e
prive di detrito alla
base
Con detrito
alla base
Con
terrazzamenti
alla base
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Anomalie e riseghe nel ciglio della
scarpata (antiche nicchie)
Presenza di fratture e lesioni
Settori aggettanti
E’ importante cartografare
riseghe ed anomalie del
ciglio della parete che spesso
corrispondono
a
vecchie
nicchie di frana. Dovranno
essere evidenziati i settori
più o meno fratturati, così
come la presenza di antichi
crolli alla base della parete.
Cumuli di frana al piede
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
E’ molto importante negli studi geomorfologici fare un attento
rilevamento della zona di ciglio della parete potenzialmente instabile.
Molto spesso a monte della parete possono essere presenti trincee o
fratture beanti che manifestano uno stato di instabilità del pendio.
Le trincee vanno attentamente cartografate e sottoposte ad un
accurato monitoraggio.
Trincee e fratture beanti in calcari
mesozoici soggetti a frane da crollo in
Penisola sorrentina
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Esempio del
rilievo geomorfologico delle trincee e
fratture beanti dello “Spacco della Jala” a Vico Equense.
Trincee e fratture
beanti
Nel rilievo sono riportati anche alcuni manufatti
(muretti a secco) dislocati dalle fratture e che hanno
permesso di datare l’inizio del movimento.
Da Budetta, Nicotera, Santo 1996
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Frattura beante di origine carsica
Fault plane
Open and
karsified
fracture
Filling detritical
material
Traction fracture
Da Budetta et al, 2002
Blocco roccioso instabile
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Sulle pareti è
utile individuare
diedri, pinnacoli
e settori
aggettanti in
precarie
condizioni di
stabilità
Da Santo et al, 2007
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Diedro in roccia
isolata da fratture
di cui è indicata la
lunghezza e la
profondità
(Rupe Medioevale di
Laurenzana)
Principali indicatori geomorfologici lungo
pareti soggette a crolli
Anche le cavità su versante e
quelle in prossimità della costa
possono dare luogo a frane da
crollo con nicchie che si ubicano
principalmente sulla volta della
cavità
Da Santo et al, 2004
Indicatori geomorfologici delle aree con
cavità carsiche ed aree di accumulo
Cavità prima della
frana (Amalfi 1899)
Cumulo di frana da Cavità dopo la frana
crollo
(Amalfi 1899)
Molti Grandi cumuli di frana sono ormai vegetati, e’
molto importante il loro riconoscimento come
indicatori di aree instabili.
Settori intensamente fratturati
Frana di Cetara
Il problema delle frane
di piccole dimensioni
Frana di Cetara
Generalmente il numero maggiore di frane da crollo è di
limitate dimensioni (da pochi dm3 a pochi m3) ed è molto
difficile poterle prevedere in studi su aree molto vaste
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Una prima osservazione importante può essere la descrizione delle principali
caratteristiche morfometriche (altezza, lunghezza, acclività) della scarpata in oggetto.
E’ utile inoltre sapere se la parete presenta settori aggettanti o impluvi, qual’ è il suo
profilo, se presenta o meno detrito alla base, se presenta cavità carsiche (in caso di
calcari).
Falda detritica basale
Impluvi che
condizionano l’accumulo
dei blocchi di frana
Parete in tufo giallo
Un esempio di parete articolata è quella in tufo della Collina dei Camaldoli a Napoli
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Superfici aggettanti
Presenza di fratture e
discontinuità
Riseghe e nicchie
sulla parete
Anomalie vegetazione e diverse
generazioni di cumuli
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Un altro elemento morfologico che può aiutare a riconoscere le frane da crollo è dato da
anomalie (mancanza) di vegetazione lungo pendii per il passaggio della frana.
Cumulo antico
vegetato
Anomalie della
vegetazione per frane
da crollo
Cumulo recente non
vegetato
Il diverso tipo di vegetazione può aiutare a differenziare
cronologicamente i diversi ordini di cumulo di frana.
FRANE DA CROLLO NEL TUFO GIALLO A COROGLIO
Diverse generazioni di cumuli
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Ai fini degli interventi, lo studio geomorfologico e quello geomeccanico e strutturale
dovranno indicare le aree più fratturate e potenziamente soggette a crolli.
Settore meno fratturato
Settore più fratturato
Settore molto
fratturato e prossimo
al crollo
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Esempio di stralcio di carta
geomorfologica
Settori in tufo fratturato e
potenzialmente soggetto a crollo
Le principali nicchie di frana e,
con gli altri colori, le aree
meno interessate da crolli.
Cala Trentaremi a Posillipo
Da Cugri-Comune di Napoli 2000
Principali indicatori geomorfologici lungo pareti soggette a crolli
Per quanto riguarda le nicchie esse dovranno essere attentamente cartografate su una foto
frontale o sulla fotogrammetria terrestre. Per esse dovrà essere indicata la volumetria
approssimativa del blocco distaccato, i principali sistemi di fratturazione che hanno provocato il
crollo; i settori aggettanti potenzialmente instabili.
Nicchia di
circa 5 m3
Nicchie di
distacco di circa
30 m3
Principali sistemi di discontinuità
Indicatori delle aree di accumulo
E’ importante rilevare alla base delle parete di studio la esistenza di cumuli di frane
recenti e/o storiche nonché calcolare in modo approssimativo il volume del
materiale franato e quello dei massi isolati eventualmente presenti.
Un tipico esempio
di cumulo di frana
in falesia (Capri)
Censimento dei blocchi
franati lungo una parete
Indicatori delle aree di accumulo
Per la definizione delle aree di invasione da
crolli è molto utile cartografare i singoli
blocchi
differenziandoli
anche
per
volumetria, soprattutto nell’eventualità di
voler effettuare una analisi delle traiettorie
per la determinazione della linea di
massimo avanzamento
Il censimento blocchi ha evidenziato che essi
sono localizzati soprattutto allo sbocco di
alcuni impluvi e che quindi anche piccole
incisioni sul versante condizionano la
traiettoria e l’accumulo delle frane da crollo.
Collina dei Camaldoli
Da Cugri-Comune di Napoli 2000
Indicatroi dell’area di accumulo
Impronta di impatto su versante, profonda
mediamente 30-50 cm, lasciata da un grande blocco
in moto per rimbalzi e rotolamento attorno all’asse
maggiore
Impronte di impatto lasciate da un masso calcareo su
una strada. Le impronte sono state riempite e
asfaltate per consentire la ripresa del transito
veicolare.
STUDI RECENTI DI CARATTERE GEOLOGICO
-Rilievi fotogrammetrici frontali e scan laser,
- fotogrammetria e voli con drone e lidar
-fotomosaici
-misure geostrutturali in parete con personale
altamente specializzato
-valutazione dei modelli di rottura e dei volumi
in gioco
-interventi mirati per una migliore
progettazione.
L’approccio geologico-geomorfologico allo studio
delle frane in roccia assume dei connotati un po’
particolari
rispetto
a
quello
delle
altre
fenomenologie franose. La differenza sostanziale
sta nel fatto che quasi sempre l’area investigata è
una parete e quindi non facilmente rappresentabile
su carta. Le osservazioni geomorfologiche più che
in pianta sono rivolte alla identificazione di fattori
significativi presenti in parete. Per tale motivo una
carta geomorfologica di una parete deve avere
come base un rilievo fotogrammetrico frontale o
scan laser e un fotomosaico del costone.
TIPOLOGIA DELLE PARETI IN ROCCIA su
carte topografiche
Curve di livello più
ravvicinate ci faranno
capire che la pendenza
è maggiore.
I tratti più suscettibili a
crolli, almeno sulla base
di tale carta sono quelli
neri in cui le curve di
livello sono molto
ravvicinate
Non è possibile rappresentare in
pianta gli elementi più significativi
Rottura di pendenza
tra una zona
montuosa ad elevata
pendenza e la base
del versante a debole
pendenza
Cartografia: carte fotogrammetriche
La fotogrammetria terrestre
è definita “frontale” in
quanto mostra una visione
della parete con isolinee
rappresentanti la distanza
da un punto disposto
frontalmente alla parete.
Tale elaborato permette di
individuare
elementi
geologico - strutturali e
gemorfologici
importanti
quali:
fratture,
zone
aggettanti,
pinnacoli,
cavità, nicchie di frane,
ecc.).
Carte fotogrammetriche
Fotomosaico
Carta fotogrammetrica
Una parete rocciosa di Positano restituita su fotogrammetria frontale
Cartografia: scan laser
Un nuovo metodo diagnostico utilizzato recentemente anche per i rilievi geomeccanici
è rappresentato dallo scan laser. Esso permette di acquisire dati anche da notevole
distanza su superfici con geometrie complesse e notevolmente estese. Con tale tecnica
è possibile individuare in prima approssimazione i principali piani di discontinuità
presenti sulla parete di studio che poi dovranno essere misurati in parete da geologi
rocciatori.
Fotomosaico
Immagine scansita
Cartografia: esempio di fotomosaico geologico
Cartografia: Fotomosaico geomorfologico
Cartografia: Carta degli indici di stabilità
Lo studio geomorfologico ovviamente deve essere supportato da uno studio
geostrutturale di dettaglio eseguito spesso direttamente in parete da personale esperto
(geologi rocciatori). Da tale studio si ottiene una carta con settori differenziati sulla
base di un indice di instabilità quale per esempio quello che si ottiene tramite
l’applicazione del RMR (Romana,1985).
Cartografia: Fotomosaico geostrutturale
Rupe del Castello Medioevale
di Laurenzana
Cartografia: Fotomosaico geostrutturale con piani delle fratture principali
Cartografia: carte
fotogrammetriche
Carta geomorfologica su base fotogrammetrica.
Cartografia:
Carte
fotogrammetriche
L’analisi macrostrutturale consente di individuare settori
omogenei da un punto di vista geomeccanico. In tali settori si
effettua (talora su parete) l’analisi microstrutturale (ISRM,
1983) con la classificazione dell’ammasso roccioso (RMR o
SRM). Il risultato finale è la carta geostrutturale.
Cartografia:
carte fotogrammetriche
La sovrapposizione delle carte tematiche redatte
su base fotogrammetrica (carta geologica, carta
geostrutturale, carta geomorfologica) consente di
ottenere una carta della suscettibilità all’innesco
di frane da crollo.
TRAIETTOGRAFIE E CARTE DELLE AREE DI INVASIONE
L’analisi traiettografica è uno degli strumenti di base utilizzati per la
definizione dele probabilità di propagazione (Descoudres, 1997).
Numerosi programmi informatici permettono la simulazione della
traiettoria dei blocchi in 2D e 3D. I parametri di ingresso, quali:
profilo della parete, coefficienti di restituzione all’urto, forma dei
blocchi,
frammentazione,
formulazione
delle
equazioni
cinematiche, etc. differiscono da un software all’altro. Se ne
ricordano alcuni quali:
-CETE (2D);
-ROTOMAP (2d e 3D);
-ADRGT (2D);
-EPFL (3D).
Metodi di studio dell’area di accumulo
Analisi dei profili
topografici
La tipologia della parete, del profilo e della geologia alla base del versante
sono elementi fondamentali per lo studio delle potenziali aree di invasione
per frane da crollo.
TRAIETTOGRAFIE E CARTE DELLE AREE DI INVASIONE
Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento
(n=118) per una barriera paramassi di progetto alta
4 m e capace di dissipare 400.000 J (blocco di
progetto: m = 4860)
Traiettorie simulate (n=200) e casi di superamento
(n=49) per una barriera paramassi di progetto alta
4 m e capace di dissipare 800.000 J
MONITORAGGIO DI AREE IN FRANA
Un secondo scopo dei rilievi di superficie è quello di misurare l’entità, la direzione
e il verso dei movimenti superficiali nelle diverse porzioni di un versante in frana.
Ciò avviene attraverso:
- Metodi geodetico-topografici: si basano sulla misura degli spostamenti di punti
materializzati da pilastrini (capisaldi) vincolati nel terreno entro le aree dissestate, rispetto
a capisaldi posizionati fuori dalla zona franosa. Si predispone una maglia di capisaldi di
misura più o meno regolare in relazione alla forma e all’estensione della frana. I movimenti
superficiali per ciascun punto vengono rappresentati mediante vettori con moduli
proporzionali all’entità degli spostamenti.
- Metodi fotogrammetrici: Tecnica di posizionamento satellitare GPS (Global Position
System). Consente la misura della posizione relativa di punti accessibili tramite l’impiego di
satelliti artificiali e di opportuni ricevitori di segnali radio emessi da questi. Tale tecnica
permette di raggiungere un elevato grado di accuratezza. I vantaggi sono due:
1. Non è necessario l’intervisibilità tra i capisaldi
2. La ricezione delle onde avviene in qualsiasi condizione climatica e le misure possono
essere sia diurne che notturne
MONITORAGGIO DI AREE IN FRANA: metodi geodetico-topografici
Rete regolare di capisaldi per frane di
Rappresentazione di movimenti
elevate dimensioni
superficiali per mezzo di vettori
spostamento
Misure di estrema
precisione per il
monitoraggio degli
spostamenti attraverso
stazioni totali
topografiche
Monitoraggio delle frane da crollo
-estensimetri
-fessurimetri
I sistemi di monitoraggio in Campania dovrebbero essere
installati soprattutto in aree ad alto rischio quali alcuni
centri abitati ed importanti infratrutture.