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Studente Matarangolo Mariantonietta
Corso Frane 2013
UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI SALERNO
LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA PER L’AMBIENTE ED IL TERRITORIO
CORSO DI FRANE A.A. 2012/2013
Analisi di un caso studio descritto in un articolo
scientifico in lingua inglese
Docente:
Prof. Ing. Michele Calvello
Studente:
Matarangolo Mariantonietta 0622500105
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Corso Frane 2013
INDICE
1. ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO......................................................3
1.1. L’AREA DI STUDIO.................................................................................3
1.2. LA FRANA “LA MAINA” ............................... .........................................5
2. LAVORO SVOLTO DAGLI AUTORI................................................................6
2.1. RACCOLTA DATI E MODELLAZIONE....................... .............................7
2.2. PRESENTAZIONE E DISCUSSIONE DEI RISULTATI.......... .................9
3. SISTEMI DI MITIGAZIONE............................................................................13
4. ANALISI CRITICA DELL’ARTICOLO SCIENTIFICO.......... .....................14
5. BIBLIOGRAFIA……………………………………………………………….15
INDICE DELLE FIGURE
Figura 1: Localizzazione dell’area di studio................................................................4
Figura 2: La frana “La Maina”. Sezione trasversale del modello in evidenza..........5
Figura 3: La frana “La Maina e il suo sistema di monitoraggio.................................8
Figura 4: Divisione del pendio in zone geotecniche.....................................................8
Figura 5: Spostamenti orizzontali dl pendio (a) condizioni reali; (b) livello di falda incrementato di 6m......................................................................................................10
Figura 6: Incremento massimo del modulo di taglio (a) condizioni reali; (b) livello di falda incrementato di 6m.............................................................................................11
Figura 7: Confronto tra le curve di spostamento orizzontali calcolate con la posizione delle superfici di scorrimento individuate dagli inclinometri....................12
Figura 8: Consolidamento della parte bassa della frana “La Maina”...................13
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1. ILLUSTRAZIONE DEL CASO STUDIO
Obiettivo della seguente relazione è quello di analizzare il caso studio appartenente
alla rivista scientifica Natural Hazards and Earth System Sciences pubblicato
nell’anno 2006 dagli autori G.Marcato et al. riguardo lo studio del fenomeno franoso
“La Maina” in Italia. Titolo dell’articolo è : “Investigazione e modellazione
dell’area di “La Maina” frana (Alpi Carniche, Itali a)
1.1. L’AREA DI STUDIO
L’area oggetto di studio (Figura 1) degli autori è localizzata nel comune di Sauris
nella regione del Friuli Venezia-Giulia (Italia) ed è compresa nelle Alpi
Occidentali Carniche dove il clima risulta moderatamente freddo e le temperature
raggiungono una media annua di 5°C. Nel sito oggetto di studio è presente il lago
Sauris chiuso a valle da una diga in calcestruzzo alta 136 metri costruita tra il
1941 ed il 1947. Il bacino contiene circa 50 milioni di m3 di acqua su una
superficie di 1.5 km2. La diga è saldamente ancorata ad una roccia coerente
(Dolomia dello Schlern) ma è la presenza di Formazioni argillose del Triassico,
affiorante nella parte bassa dei pendii dell’area, a rendere il bacino incline ai
fenomeni franosi. La sequenza delle Formazioni geologiche è la seguente:
- Siltite rosso della Formazione di Werfen
- Dolomite bianca e la breccia dolomitica del Lusnizza
- Dolomia Inferiore del Serla stratificata
- Massiccia piattaforma della Dolomia Superiore del Serla
- Strati sottili e discontinui di calcare e marne della Formazione M. Bivera
- Calcari dolomitici della piattaforma M. Tiarfin
- Calcare rosso con ammonite in strati discontinui di spessore limitato
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- Dolomia dello Schlern
- Marne rosse della Formazione di Raibl
La più importante discontinuità tettonica nell'area di studio è costituita dalla
"Linea Sauris" che separa la Formazione Werfen dalla Formazione Raibl.
Dal punto di vista morfologico la zona a valle e monte della diga risulta diversa
poiché a valle si trova la gola stretta e ripida del torrente Lumiei che sfocia poi nel
fiume Tagliamento, mentre a monte la valle del Sauris tende ad allargarsi poiché il
serbatoio va a mascherare la gola.
Figura 1: Localizzazione dell’area di studio
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1.2. LA FRANA “LA MAINA”
La frana “La Maina” (Figura 2) si trova a qualche chilometro a monte della diga;
è delimitata sulla destra dal torrente Poch poco prima dei paesi del Sauris. Il
fenomeno franoso riguarda terreni sia del Quaternario che della Formazione
Werfen del Triassico mobilitatisi nell’Ottobre del 2002 dopo un periodo di
incessante pioggia.
Figura 2: La frana “La Maina”. Sezione trasversale del modello in evidenza
La frana rappresenta un rischio sia per alcune case poste ai piedi dell’area
instabile sia per la strada provinciale sottostante, unica a collegare i comuni di
Sauris ed Ampezzo, sia per il lago, il cui bacino potrebbe essere coinvolto in caso
di crollo. Nella zona della frana “La Maina” ci sono sue diversi strati della
formazione Werfen ed in particolare è sotto tale Formazione, affiorante lungo la
sponda del lago, che è possibile riconoscere la principale discontinuità tettonica
della zona tra la Formazione Werfen e quella Raibl. Quest’ultima è costituita quasi
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esclusivamente da sottili strati di marne, arenarie e scisti interposti con sottili strati
di argille sovraconsolidate. La sequenza brevemente descritta è stata individuata
lungo la strada provinciale tra l’area della “La Maina” ed il ponte sul Rio
Mitreichen-Poch in cui è possibile osservare direttamente il contatto delle due
Formazioni geologiche. Il rilevamento geologico e geomorfologico ha permesso
di sviluppare un modello tettonico della zona in cui è stato tracciato la presenza di
una faglia inversa prevalentemente in direzione NNE-SSO che interessa la
principale discontinuità (“Linea Sauris”) dividendola in diversi settori. È proprio
in uno di questi settori che si è verificata la frana “La Maina”. In realtà le
discontinuità tettoniche delineano non solo il corpo della frana ma accompagnano
l’evoluzione della stessa in qualità di linee preferenziali influenzando soprattutto
la formazione delle superfici di scorrimento.
2. LAVORO SVOLTO DAGLI AUTORI
Particolare attenzione è stata rivolta all’evoluzione dell’instabilità dell’area del
Sauris ed alla localizzazione del serbatoio ai piedi della frana. Sotto la commissione
dell’Autorità Regionale della Protezione Civile è stata sviluppata una simulazione
numerica di un modello di pendio in condizione di pseudo-tempo al fine di
comprendere i rischi per le infrastrutture di trasporto, per le case ivi presenti e per il
serbatoio del Sauris. È stato immediatamente istituito un sistema di monitoraggio
composto da quattro inclinometri, tre estensimetri a filo e dieci stazioni di riferimento
GPS per controllare gli spostamenti profondi e superficiali. I dati raccolti e le
evidenze geologiche e geomorfologiche sono stati utilizzati per effettuare la
simulazione numerica del modello. L’affidabilità dei risultati è stata poi verificata
confrontando il modello con le evidenze morfologiche del movimento. Infine, sono
state progettate e realizzate misure di mitigazione.
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2.1. RACCOLTA DATI E MODELLAZIONE
È stato realizzato un DEM dettagliato del corpo della frana utilizzando la tecnica
GPS RTK : più di 850 punti sono stati misurati all'interno di una griglia a 5 – 10
metri con precisione di pochi centimetri (Hofmann-Wellenhof,et al, 2001) .
Durante l'indagine, la posizione delle fratture è stata misurata e riportata nel
DEM. In una seconda fase, è stato istituito un sistema di controllo costituito da
quattro inclinometri per controllare gli spostamenti profondi , tre estensimetri per
misurare l'apertura delle principali fratture e una rete di dieci stazioni GPS su
pilastrini per misurare gli spostamenti superficiali nelle zone più rappresentative
della frana (Figura 3) . Nel corso delle due indagini effettuate nel Marzo e
Dicembre 2003, sono state misurate le linee tra tutti i benchmark e la stazione di
riferimento situata nel vicino villaggio di Lateis. Le differenze tra queste linee ha
permesso di quantificare i parametri di riferimento di spostamento durante un
periodo di 8 mesi. Il tempo approssimativo di osservazione su ogni benchmark è
stato fissato di 20 minuti con una frequenza di 2 s di campionamento. Tutti i dati
raccolti sono stati utilizzati nella simulazione numerica effettuata tramite il FLAC
4.0 (Itasca,2000). La sezione trasversale del pendio (Figura 2 e 4) è stata
suddivisa poi, in zone finite differenti; per ciascuna zona sono stati calcolati la
tensione e la deformazione assumendo un comportamento elasto-plastico del
mezzo con criterio di rottura di Mohr-Coulomb. Numerose informazioni sulla
morfologia del pendio, la descrizione generale del suolo, la faglia, la posizione
della falda freatica risultano quindi disponibili. Sulla base delle misure
inclinometriche sono state individuate le zone di scorrimento ma, gli inclinometri
sono stati utilizzati anche come piezometri aperti e dotati di trasduttori elettrici per
raccogliere misure in continuo. Secondo questi risultati, sono stati considerati i
seguenti punti nell' elaborazione del modello numerico :
- -Suddivisione del pendio in opportune zone geotecniche
- -Definizione dei parametri geotecnici per ciascuna zona
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- -Processo di rottura stimato intuitivamente
Figura 3: La frana “La Maina e il suo sistema di monitoraggio
Figura 4: Divisione del pendio in zone geotecniche
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2.2. PRESENTAZIONE E DISCUSSIONE DEI RISULTATI
In una prima fase è stato considerato il caso di pendio asciutto e si è visto che in tali
condizioni uno spostamento di pochi centimetri non induceva situazioni di instabilità
del pendio. Si è proceduto poi a considerare le condizioni reali del pendio e poi
quelle in cui il livello di falda risultava incrementato di 6 metri. I principali risultati
sono presentati in (Figura 5 e 6). La Figura 5 mostra la distribuzione del reale e
possibile spostamento orizzontale . Si osserva come il livello dell'acqua attualmente
misurato non comporta la rottura ultima del pendio. Lo spostamento massimo è pari
a circa 16 cm, ed in inoltre, il sistema raggiunge l'equilibrio. Le superfici di
scorrimento ottenute numericamente sono in accordo approssimativamente con
quelle provenienti dalle misurazioni e dalle osservazioni visive. Al contrario,
l'aumento della falda nella terza fase comporta grandi spostamenti. Sebbene il
sistema sia in equilibrio, gli spostamenti sono molto grandi e tale condizione
potrebbe essere considerata a rischio. La Figura 6 presenta la distribuzione dell'
indice SSI ( massimo incremento di resistenza al taglio ), indicando le zone in cui si
verifica il massimo taglio. In altre parole , questo indice determina la posizione della
superficie di scorrimento e quindi ha un grande valore "informativo ". Si vede come
nel caso (b) la superficie di scorrimento è continua, mentre nel caso(a) reale la
superficie è frammentata. Vale anche la pena ricordare come in quest’ultimo caso la
grandezza SSI sia 25 volte maggiore rispetto al caso precedente. Altre informazioni
fornite dal modello sono che nelle condizioni reali sono presenti due corpi di frana e
che il corpo superiore si muove più velocemente e con maggiore intensità di quello
inferiore. L'affidabilità dei risultati è stata verificata confrontando la posizione della
superficie di scorrimento ottenuta dagli inclinometri con le profondità calcolate. I
risultati sono mostrati nella Figura 7. La forma delle curve di spostamento
orizzontale calcolate e la posizione delle zone di scorrimento misurate potrebbe
essere visto in M3 e M4. La profondità della superficie di scorrimento calcolata in
M1 invece, è maggiore della profondità del foro. Per tale motivo, il confronto in
questo caso risulta impossibile così come non è evidente in M2. Si dimostra per
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tanto, l'adeguatezza delle ipotesi e delle procedure del modello solo in maniera
approssimativa a causa di:
-Ipotesi semplificative alla base del modello
-Modellazione del pendio in due dimensioni
-Informazioni insufficienti riguardo le proprietà geotecniche del terreno
-Impossibilità di riconoscere tutte le eterogeneità de mezzo
Figura 5: Spostamenti orizzontali dl pendio (a) condizioni reali; (b) livello di falda
incrementato di 6m
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Figura 6: Incremento massimo del modulo di taglio (a) condizioni reali; (b) livello
di falda incrementato di 6m
(a)
(b)
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Figura 7: Confronto tra le curve di spostamento orizzontali calcolate con la
posizione delle superfici di scorrimento individuate dagli inclinometri
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3. SISTEMI DI MITIGAZIONE
L’indagine e la modellazione effettuata dagli autori ha permesso di riconoscere che al
momento ci sono due corpi distinti di frana ma solo il corpo inferiore è stato preso in
considerazione con misure di mitigazione (Figura 8). Per la parte superiore del corpo
di frana si prevedrà in futuro un sistema adeguato di drenaggio del pendio.
Figura 8: Consolidamento della parte bassa della frana “La Maina”
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4. ANALISI CRITICA DELL’ARTICOLO SCIENTIFICO
Secondo quanto affermato dagli stessi autori dell’articolo scientifico, non vi è una
perfetta corrispondenza tra le evidenze geologiche e geomorfologiche dell’area con i
risultati ottenuti dal loro modello. Ciò è dovuto sicuramente alle ipotesi
semplificative poste alla base del modello, al fatto che il modello sia bidimensionale
ed alle informazioni insufficienti riguardo le proprietà geotecniche del terreno. A tal
proposito suggerirei di effettuare misure approfondite in sito con prove
penetrometriche al fine di ricavare le mancate proprietà geotecniche del suolo. In
secondo luogo, suggerirei di non sottovalutare la possibilità di incremento del livello
di falda e quindi di effettuare delle campagne di indagini in più mesi dell’anno. Per
quanto concerne invece il monitoraggio di spostamenti, la consultazione di altri
articoli mi ha portato a suggerire di migliorare tale sistema. Gli articoli presi a
riferimento fanno parte della rivista Landslides e sono rispettivamente: “The Assisi
landslide monitoring: a multi-year activity based on geomatic techniques” (2011)
di Guido Fastellini et al. e “ Real-time monitoring and early warning of landslides
at relocated Wushan Town, the Three Gorges Reservoir” , China (2010) di Yueping
Yin et al. Nel primo articolo risulta interessante l’evoluzione sempre più perfezionata
della rete di stazioni GPS per il monitoraggio della frana Assisi (sia all’interno che
all’esterno dell’area di interesse) riuscendo a raggiungere la precisione del
millimetro. Il secondo articolo ha più affinità con l’articolo scientifico da me scelto
poichè tratta di monitoraggio tramite GPS ed inclinometri al fine di preservare il
serbatoio delle Tre Gole in Cina. Lo spunto che potrebbe dare questo articolo agli
autori G.Marcato et al. è quello di realizzare sia un sistema di monitoraggio in tempo
reale con acquisizione in continuo delle misure sia quello di prevedere dei criteri di
allarme in caso si situazione critica classificata ad esempio in quattro livelli come
fatto dagli autori Yin et al. : blu, giallo, arancio e rosso, rispettivamente espresse da
nessuna, lieve, moderata, con giudizio complessivo da Multimonitor dati nel caso in
cui la situazione sia ad alto rischio.
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5. BIBLIOGRAFIA
Koppen, W.: Grundriss der Klimakunde, 2a edit., Berlin, W. De Gruyter, 1931
Hofmann-Wellenhof, B., Lichtenegger, H., and Collins, J.: GPS Theory and
practice, 5a revised edit., Wien, Springer Verlag 2001.
Itasca: FLAC 4.0 User’s Manual, Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis, 2000
Pisa, G.: Geological settings of the northern mountains of Forni di Sotto (Western
Carnia), Giorn. Geol. Ser., 2, 543–691 (in Italian), 1972
Venturini, C.: Geological map of the Carnic Alps, Museo Friulano di Storia Naturale,
2002
“The Assisi landslide monitoring: a multi-year activity based on geomatic
techniques” (2011) di Guido Fastellini et al.
“Real-time monitoring and early warning of landslides at relocated Wushan Town,
the Three Gorges Reservoir” , China (2010) di Yueping Yin et al.
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