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 0622500125
Introduzione
L’area di
studio
La frana
monitoraggio
Analisi
dell’equlibrio
limite
Conclusioni
Bibliografia
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 2010. 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).
Introduzione
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La frana
monitoraggio
Analisi
dell’equlibrio
limite
Conclusioni
Bibliografia
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;
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dell’equlibrio
limite
Conclusioni
Bibliografia
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,…
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Conclusioni
Bibliografia
• Gennaio 2009
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).
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 Varnes (1978)
Classifica di Cruden e Varnes (1996)
Classifica di Vaunat et al. (1994)
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Conclusioni
Bibliografia
• Gennaio 2009
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).
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(m3) 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.
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Bibliografia
• 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
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Bibliografia
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
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Bibliografia
Area complessivamente minacciata
Area con maggiori evidenze
di mobilitazioni
Verso medio degli spostamenti
Estensimetri a filo
Estensimetri a filo
Stazioni pluviometriche
Fori di sondaggio
Edificio
Altri fenomeni gravitativi attivi
Principali fatture (2009)
• Non
specificato
maniera chiara
la metodologia
secondo
sonoattrezzato
stati scelticon
i punti
S1-S5è sono
fori diinsondaggio
perforati
nell’estate 2009;
S1 ècui
stato
un
significativi
tempi di attivazione
e disattivazione
dei vari strumenti.
piezometroe iopen-pipe
mentre S2-5
con inclinometri
• A
mio rappresentano
avviso, visto cheestensimetri
le piogge, e quindi
di falda, hanno
une1-6
ruolo
importantissimo
e1-10
a filoildilivello
alta precisione
di cui:
attivi
da febbraio
nell’innesco
dei movimenti,
sarebbe
stato
opportuno
piezometri.
2009; e3-6 inattivi
da Febbraio
2010;
e7-10
attivi dainstallare
Febbraiopiù
2010
• P0-P1
Inoltresono
vengono
rese note
solo alcune delle
(estensimetri
stazioni
pluviometriche,
lamisure
prima degli
attivastrumenti
da aprileinstallati
2009 a Febbraio
20103e ela
5,inclinometri
S2-4-5).
seconda da Marzo
2010.
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Bibliografia
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).
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Bibliografia
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.
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Bibliografia
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 Fi indicano i
coefficienti di sicurezza
globali ricavati
dall’analisi
dell’equilibrio limite
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Bibliografia
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.)
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Bibliografia
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/m3, c’= 0, f‘ = 32°, per lo
strato 1;
g = 18 kN/m3, 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).
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Bibliografia
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.
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.
Fattori di stabilità (Fi) dei sub-corpi di frana considerati (#1-6), in funzione della profondità della falda in S1.
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Bibliografia
Frana in località San Rocco: geometria
della falda assunta per una profondità di
9 m in corrispondenza di S1.Per il subcorpo di frana #4, si ottiene F4 = 1.01.
I risultati corrispondono a quanto osservato in situ durante le recenti fasi di mobilizzazione
gravitativa,
nel gennaio
2009 econ
nellefebbraio
2010. Infatti,
chiari segni
di affronta
• L’analisi cominciate
eseguita, nonostante
i riscontri
mobilitazioni
effettivamente
avvenute,
riattivazione
un sub-corpo
franaultimo(terreno
riferibile al #4
sono stati effettivamente
rilevati.
Sulladi
il problemadisolo
al suo statodi
limite
rigido-plastico),
ipotizzando la
superficie
base
delle attuali conoscenze, se la profondità della falda in S1 varia da 15 a 9 metri, il fattore
scorrimento.
di
varia
tra 1.3 ein1.0campo
per il elastico,
sub-corpo
di frana
– ovvero per
il settore
tra
• sicurezza
Ritengo che
un’analisi
tramite
una#4
modellazione
agli
elementicompreso
finiti,
la strada
comunale
il cimitero
e laloSPstato
31, che
ha mostrato
di recente
più forte
potrebbe
essere diper
aiuto
per seguire
tensionale
e deformativo
chelaporta
all’innesco del
tendenza
alla destabilizzazione
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.
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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.
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Bibliografia
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