UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI SALERNO
LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA CIVILE PER
L’AMBIENTE E IL TERRITORIO
CORSO DI FRANE
ANALISI DEL CASO STUDIO:
“ A DEEP-SEATED SLOW MOVEMENT CONTROLLED BY STRUCTURAL
SETTING IN MARLY FORMATIONS OF CENTRAL ITALY ”
Professore
prof. ing. Michele Calvello
Allievo
Emanuele Loffredo
Matr. 0622500-185
Introduzione
Montemartano è una frazione del comune di Spoleto nella provincia di Perugia
in Umbria situato alla base del fianco orientale dei Monti Martani (Appennino
centrale), che dividono la Valle del Tevere (a ovest) dalla Valle Umbra (a est).
Caso oggetto di studio
Il caso di studio oggetto
dell’articolo riguarda il
riattivarsi stagionale di
un’antica ma ancora
attiva frana a cinematica
lenta di 40 metri di
profondità su una
formazione disomogenea
che presenta una parte
superiore carbonatica e
una inferiore marnosa
La superficie di rottura è situata dove è presente il
contatto tra la zona carbonatica e le unità marnose
(Scaglia Rossa - ScagliaCinerea)
Caso oggetto di studio
Osservazioni geomorfologiche, sulla base
di indagini in campo condotte dal 2004 al
2006 e analisi delle fotografie aeree
stereoscopiche (1954-2003) hanno
permesso di costruire un mosaico di zone
caratterizzate da fenomeni di instabilità con
diversa estensione e stadio evolutivo
L'area della frana (circa 9 km^2) oggetto di studio
è formata da un largo corpo centrale zone I e VI
dove sono visibili segni superficiali di instabilità
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
Nel 2002, al fine di una corretta caratterizzazione stratigrafica
e meccanica dell’area di frana il comune di Spoleto ha
commissionato una serie di indagini geologiche, geotecniche
e geofisiche, tra cui in particolare 15 verticali di sondaggio, 12
prove penetro metriche dinamiche superpesanti (DPHS), 8
prove di permeabilità, 3 prove dilatometro sismiche e 37 prove
penetro metriche dinamiche (SPT)
La maggior parte della caratterizzazione geotecnica dei materiali, data la
natura strutturale dei campioni stessi, si è basata su campioni
rimaneggiati che hanno inficiato i risultati dei test in laboratorio. La massa
franosa è formata da strati con spessore variabile La parte superficiale
(copertura di detriti) consiste di due strati differenti: uno strato superiore
morbido, proveniente dalla relativamente recente erosione del fianco della
montagna, e uno sottostante più coerente argilloso
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
Gli spostamenti e il regime delle
pressioni neutre sono stati monitorati
in dieci punti. Ogni stazione di
monitoraggio aveva a disposizione
due pozzi dotati di un inclinometro
con sonda rimovibile e di un paio di
piezometri di Casagrande.
É stato adottato un’ involucro in
alluminio in tutte le stazioni a parte
nella S1 dove è stato installato un
involucro a bassa rigidità (PVC)
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
Gli inclinometri stati letti mensilmente in due
periodi diversi: febbraio-maggio 2003 e la prima
metà del 2004. Nel 2008 un ulteriore inclinometro
è stato installato profondità ad una profondità di
54 m nella posizione di monitoraggio S3
Un’ involucro in alluminio è stato
adottato in tutte le stazioni a parte
nella S1 dove è stato installato un
involucro a bassa rigidità (PVC)
Combinando i dati degli inclinometri con i rilevamenti geomorfologici è stato possibile ricostruire la geometria e la
cinematica dei movimenti evidenziando movimenti profondi più lenti nella parte centrale della frana e movimenti più
veloci nella parte superficiale. La profondità, velocità e la direzione degli spostamenti suggeriscono che il movimento
profondo comporta una massa scorrevole suddivisa in blocchi con differenti cinematica, che interagiscono l'un l'altro.
Sia i movimenti profondi che superficiali cadono rispettivamente all'interno della classe di "estremamente lento" e
"molto lento" nella classificazione per Cruden e Varnes (1996). Il gradiente di spostamento più elevato è stato
registrato a S4 inclinometro (73 millimetri / anno)
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
Le indicazioni sul regime idraulico e il regime delle
pressioni neutre sono state elaborate combinando i
dati ottenuti dalle prove di permeabilità, il
monitoraggio dei piezometri, e delle precipitazioni
con l'ausilio analisi numeriche semplificate.
Strato
Superiore
Interno alla
massa franosa
Conducibilità
idraulica
Matrice
1 x 10^-6 m/s fino a
1 x 10^-9 m/s
matrice sabbioso-limosa
con materiale lapideo
rimaneggiato a causa
degli sforzi di taglio
1 x 10-7 m/s
I livelli dei piezometri sono fortemente influenzati dalla
condizione idrogeologica e dalla morfologia del pendio.
I livelli sono relativamente bassi sulla parte alta (3.5 - 4.5 m;
P5 - P20) e aumentano progressivamente verso la base
(oltre 9 m; P1). Tutti i piezometri mostrano piccole
oscillazioni ad eccezione di quelli nel centro della frana (P6P2) che presentano oscillazioni superiori.
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
É stata effettuata l’analisi del moto di filtrazione
utilizzando il software agli elementi finiti GEOSTUDIO
SEEP / W.
Le analisi sono state effettuate considerando due
diverse condizioni di pioggia:
1)
la pioggia non si infiltra sopra la zona frana;
2)
continue e intense precipitazioni producono un
velo d'acqua permanente sulla superficie del
terreno.
Se considera la prima condizione, il flusso è
interamente alimentato dalla falda.
Questo risultato contribuisce a spiegare perché,
durante il periodo di monitoraggio, i piezometri
installati sulla parte superiore della frana (foro S1)
erano vuoti fino a 9 m in profondità.
Supponendo la seconda condizione
possono essere individuati tre sistemi di
flusso locali con brevi percorsi:
in alto, al centro ed al piede della frana
Lavoro scientifico sviluppato dagli autori
É stata effettuata inoltre l’analisi con il metodo dell‘
equilibrio limite (LEM) per stimare la forza mobilitata
sotto diverse condizioni piezometriche.
Sono state calcolate le resistenze al taglio lungo tre
superfici di scorrimento:
• due sono legati al movimento profondo ("A" e "B")
• un terzo ad un movimento della punta (superficie "C ")
Le analisi lungo la superficie A e B sono state
condotte ipotizzando i livelli dei piezometri misurati
nella seconda metà di marzo 2004;
mentre per la superficie C i livelli piezometrici di
riferimento sono quelli misurati a metà aprile del
2003. In particolare la vicinanza dell’angolo di
attrito a quello residuo spieghierebbe il facile
riattivarsi della frana.
Superficie
Angolo di attrito
A
13 °
B
13 °
C
14,5 °
Analisi Critica
Data la mancanza del tempo
necessario per un
monitoraggio esaustivo si
sarebbe potuto pensare
all’uso di una tipologia di
piezometro differente rispetto
a quello di Casagrande come
ad esempio le celle
piezometriche: il piezometro
elettropneumatico o il
piezometro elettrico
Il maggior vantaggio che si ha
utilizzando questi strumenti
per la misurazione della
pressione interstiziale è
l’elevata velocità di risposta
Analisi Critica
Tecnica Interferometria Differenziale SAR
(DInSAR)
Con questa tecnica si confrontano (si fanno
“interferire”) due immagini acquisite da posizioni
leggermente differenti (baseline spaziale) e in tempi
diversi (baseline temporale) è possibile ottenere
immagini bidimensionali della superficie terrestre,
misurandone anche la topografia.
Se qualcosa è cambiato, nell’intervallo di tempo tra
le due acquisizioni, ossia se si rileva una
deformazione del terreno tra i due passaggi
successivi del sensore, questa viene visualizzata
mediante una serie di strisce colorate, le cosiddette
frange di interferenza o interferogramma.
L'approccio avanzato DInSAR denominato Small Baseline
Subset (SBAS), grazie alla generazione di mappe di
velocità e serie storiche di deformazione, permette analisi
a scala sia regionale sia locale, che consentono di
rilevare fenomeni franosi attivi su vaste aree e allo stesso
tempo di concentrarsi sulla deformazione locale che
insiste su singoli elementi a rischio.
Un’altra caratteristica della tecnica SBAS è la capacità di
sfruttare al meglio grandi archivi di dati SAR, come nel
caso dei sensori europei ERS-1/2 ed ENVISAT,
permettendo così di studiare fenomeni deformativi su
lunghi intervalli temporali