Lezione 6 10 Santaloia PDF

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Lezione Santaloia 6/10 Esistono diversi tipi di frana caratterizzati da diversi cinematismi, e prima di differenziare le frane rispetto ai cinematismi è necessario capire alcuni termini che vengono usati per poter descrivere le aree in frana. Nella ricostruzione delle aree in frana è importante riconoscere alcune parti e nominarle in maniera adeguata. Ogni parte identifica una porzione ben definita del corpo di frana. Si è definito un glossario internazionale delle terminologie usate nell'analisi dei movimenti di massa, così da poter usare gli stessi termini codificati. Nel 1990 l'Unesco ha costituito una commissione della Società Geologica Internazionale per il censimento mondiale dei fenomeni franosi, con la produzione del glossario internazionale delle frane (tradotta in italiano da un rappresentante dell'istituto delle catastrofi idrogeologiche e da un rappresentante dell'associazione geotecnica italiana in modo tale da avere un'interpretazione univoca degli elementi di una frana.)

La frana è un movimento di massa roccioso che avviene sotto la forza di gravità. Una frana avviene in seguito ad una variazione delle condizioni di equilibrio.

Se variano le condizioni di equilibrio di un pendio, cioè variano le condizioni di sforzi agenti all'interno del pendio per variazioni pluviometriche, erosione al piede, e per le proprietà meccaniche del pendio questo non riesce più a sopportare gli sforzi a cui è stato sottoposto, tende allora ad acquisire una nuova configurazione morfologica attraverso la messa in posto di una frana. Caratteristiche morfologiche, dimensioni, tipi di frana Perché è importante riuscire a capire la parte della nicchia di una frana, e il piede, la profondità dei corpi di frana e le masse che possono essere coinvolte, sono tutti elementi importanti nell'analisi del rischio di aree in frana. Nell'area di un corpo di frana si riesce a distinguere, nel caso ideale, una zona in cui la massa si distacca, si rompe e inizia la rottura (il distacco), una zona in cui la massa distaccata si muove ed una zona in cui la massa che si è distaccata, che si è rotta e poi si è mossa, si accumula.

Esiste la superficie originaria del pendio ed in questo caso il corpo di frana è al di sotto della superficie del pendio.

Nel caso di una frana a scorrimento, esiste una zona in cui si localizza la deformazione e si forma una banda di taglio, un piano di taglio, una superficie di scorrimento sulla quale il corpo di frana si muove, scorre. La massa franata è il materiale spostato dalla sua posizione originale.

In funzione di dove si trova il corpo di frana (la base, il petto del corpo di frana) rispetto alla superficie topografica si definiscono una zona di abbassamento e una zona di accumulo. La zona di abbassamento è dove la massa franata (cioè la parte del corpo in frana) si trova al di sotto della superficie originaria, cioè si ha una zona in cui si ha un abbassamento e uno svuotamento della morfologia (giace al di sotto della superficie topografica originaria del versante), nella zona di accumulo, invece, il materiale spostato giace al di sopra del piano originale del pendio.

NB In questo caso il corpo è in perfetto e continuo contatto con il piano di scorrimento, questo però non avviene per tutte le frane. All'interno di un'area in frana si riconoscono la nicchia di distacco, la scarpata principale (che è la superficie che delimita l'area quasi disturbata circostante il corpo di frana, è la parte sommitale del corpo di frana e rappresenta l'emersione della superficie di scorrimento. Cioè quello che si vede della superficie di scorrimento lungo il pendio), il piede e l'unghia (margine inferiore del corpo di frana). Questa distinzione è fondamentale perché queste terminologie spesso si ritrovano nella parte dell'inventario delle frane.

La nicchia è indicata con questa simbologia nelle mappe, il colore usato per disegnare la zona della nicchia o anche il corpo dipende dall'attività, il corpo di frana ha un'altra simbologia che può dare indicazioni sul cinematismo dell'area del corpo di frana.

Normalmente negli scorrimenti rotazionali la massa è come se fosse un blocco unico, uniforme che scorre lungo la superficie di scorrimento. La deformazione si concentra lungo la banda di taglio, però spesso la superficie del corpo di frana si può deformare e rompersi seconde delle crepe radiali o longitudinali e trasversali. Quindi occorre capire e riconoscere se a monte della nicchia di distacco possono esserci delle crepe secondarie, questo è molto importante perché la presenza di fratture a monte dell'area in frana può indicare che la porzione direttamente a monte dell'area in frana presenta dei segni di instabilità, quindi spesso può esserci un'evoluzione verso monte del processo franoso con il coinvolgimento delle porzioni poste più a monte. E' importante sapere a che distanza dalla nicchia arriva l'accumulo, perché dà indicazioni delle dimensioni necessarie per dimensionare, per poter dare dei volumi alle masse franate.

In alcuni casi si possono formare dei piani di taglio con lo scivolamento delle parti all'interno del corpo di frana, e quindi si possono formare scarpate secondarie. Esempio Frana della Conchita. Nella zona di abbassamento il pc attuale è al di sotto di come era prima, visibile nelle porzioni di versante adiacenti all'area in frana. Invece nella zona di accumulo, la superficie topografica si trova a quota maggiore rispetto alle quote in cui si trovava prima, registrate nei versanti intorno all''area in frana. Quindi nella zona di abbassamento si devono riconoscere: la corona, la nicchia di distacco, la scarpata principale, la scarpata secondaria, ecc.; nella zona di accumulo: il piede e l'unghia del corpo di frana. Questi sono esempi di scarpate. Questa è la scarpata principale, questa è l'originale superficie topografica, questa è la corona di frana e questa è la parte più alta della corona di frana. (Vedere foto dalle slides pagine 10,11, CAP3) Questo è il piede, l'unghia, quindi il punto inferiore della zona di accumulo, è una zona come si vede che presenta un rigonfiamento, invece la zona precedente presenta uno svuotamento. Questo si riesce a riconoscere guardando l'andamento delle isoipse, in pianta, a partire dalla carta topografica ricostruita subito dopo l'evento franoso, le isoipse nella zona di alimentazione e svuotamento andranno in questa maniera inserire schema appunti, nella zona dell'accumulo si avrà questo andamento delle isoipse. Guardando la carta topografica si può immaginare la morfologia, e in funzione della morfologia capire se è presente una frana o meno. Anche perché molto spesso gli elementi superficiali della frana vengono cancellati dal tempo, invece le quote restano sempre le stesse. Queste sono delle rotture che si possono vedere nella zona di alimentazione. (vedere foto slide pag 12, CAP3) Un'altra cosa importante è definire le dimensioni della frana, quindi definire quanto è profonda, quanto è lunga, qual è la larghezza. Nel caso di frane ideali, in cui è possibile riconoscere la zona in cui è presente la superficie di rottura, e quindi riuscire a distinguere nettamente la zona di abbassamento e di accumulo, le dimensioni del corpo di frana vengono riferite, indipendentemente, sia alla zona di accumulo che alla superficie di rottura, e quindi la lunghezza della superficie di rottura è la minima distanza tra l'unghia della superficie di rottura e il coronamento dell'area in frana. L'ampiezza massima fra i fianchi della frana è la larghezza della superficie di scorrimento misurata perpendicolarmente alla lunghezza. La profondità della superficie di rottura è la profondità, misurata sotto la superficie del pendio, misurata perpendicolarmente al piano che contiene la lunghezza e la larghezza.

Se questi parametri vengono riferiti alla massa franata variano la minima distanza tra il punto sommitale e il punto finale, i lembi della larghezza della massa spostata, e così via. Però molto spesso queste dimensioni riferite alla superficie di scorrimento e alla massa franata sono un pò difficili da rilevare perché si dovrebbero avere frane ben definite (per esempio frane rotazionali avvenute in argilla omogenea), spesso invece i parametri non sono ben definiti e allora si cerca di avere un'idea delle dimensioni della frana, si cerca di definire almeno la lunghezza totale della frana e quindi la distanza minima tra il coronamento e l'unghia. La profondità sarebbe la massima distanza verticale dalla superficie del terreno e la superficie di scorrimento. La lunghezza si misura sulla pianta e invece la profondità si misura lungo le sezioni che si ricostruiscono. E in funzione della profondità (vmax) Hutchinson ha definito le frane in maniera differente: superficiali 0-3m, non molto profonde 3-10m, intermedie 10-30m, profonda 30-100m e così via.

La profondità del corpo di frana è un elemento molto importante. Prima di tutto perché dà indicazioni dei volumi che possono essere mobilizzati, a segno di una riattivazione del corpo di frana. Quindi se la frana è profonda, i volumi saranno maggiori, se è una frana profonda vuol dire che gli interventi di mitigazione saranno di un certo tipo perché si deve o intercettare la superficie di scorrimento oppure si devono modificare delle variabili interne al pendio (come le pressioni interstiziali) affinché la stabilità del versante ne possa beneficiare. Le cause delle frane superficiali possono essere di un certo tipo, e l'azione, per esempio, della pioggia su tali frane sarà diversa da quella per le frane profonde. Le frane superficiali possono essere stabilizzate o mitigate attraverso la piantumazione di piante, perché è facilmente intercettabile la superficie di scorrimento. Lo stesso se le masse dei volumi in frana sono associate ad un diverso rischio. Se i volumi delle masse sono elevati, il rischio associato ad una riattivazione di quel processo franoso è maggiore rispetto ad una riattivazione di corpi superficiali con volumi di masse spostate inferiori. Anche se sul rischio e sulle profondità bisogna fare un certo tipo di discorso, perché le frane profonde normalmente sono quelle meno veloci essendo necessaria una maggiore energia per poterle spostare, e quindi hanno in teoria un rischio minore rispetto alle frane superficiali, che sono quelle più veloci e facilmente riattivabili e possono creare danni notevoli alla coltivazione. In una zona edificata con frane superficiali, (con superfici di taglio e scorrimento a 3m di profondità), le fondazioni possono essere intercettate dalla superficie di scorrimento. nel caso di frane profonde le fondazioni non sono interessate dalla superficie di scorrimento, quindi vengono traslate con il movimento del corpo. I maggiori danni nelle frane profonde si hanno nella zona di coronamento, dove la superficie di scorrimento è più superficiale e può intaccare gli edifici. I volumi come si calcolano. In teoria si dovrebbero calcolare il volume della massa distaccata (utilizzando i parametri relativi alla superficie di scorrimento) e il volume della massa franata. Il volume della massa che si distacca dovrebbe essere identico o quasi identico al volume della massa che si è accumulata a valle del pendio. Molto spesso questo non è vero, innanzitutto perché il movimento ha come effetto quello di aumentare il volume del materiale interessato dal movimento franoso, e quindi il volume della massa distaccata è maggiore del volume della massa relativa alla superficie di scorrimento . Se però i volumi hanno una notevole differenza tra di loro vuol dire che il calcolo non è corretto. I diversi parametri sono difficilmente stimabili, per cui usualmente il volume di una massa franata può essere stimato moltiplicando l'area del corpo di frana con lo spessore medio del corpo. Indicativamente si ha un volume, e si fa riferimento a quel volume dell'area in frana.

Un altro elemento importante è la velocità di un corpo di frana. Maggiore velocità, a parità di altre condizioni, vuol dire un maggior rischio per la popolazione che si trova nella zona in cui è avvenuta la frana.

Se le frane sono lente (5 X 10-5 mm/s, 1,6 m all'anno) si può ipotizzare una mitigazione delle aree in frana (dopo aver analizzato le cause predisponente) agendo sui fattori che mobilizzano l'area del corpo di frana, e in un certo senso l'area in frana può essere stabilizzata, ci si può convivere perfettamente. I movimenti lenti alcune volte sono impercettibili. Ci sono frane nella Daunia, caratterizzate da mm o qualche cm all'anno, ma la popolazione non se ne accorge. Si rileva perché c'è una strumentazione di profondità che misura gli spostamenti, e si hanno gli edifici a monte tutti lesionati per l'attività delle aree in frana. Nel caso, invece, di movimenti molto rapidi (velocità anche di metri all'ora) la convivenza con le frane è un pò più difficile perché non si ha la capacità di allontanarsi, il potere distruttivo delle frane veloci è elevatissimo. Questi sono i casi di frana più difficili da analizzare, si può agire sui fattori che hanno causato le frane ma spesso per queste frane si analizza il fattore di innesco principale e si va ad agire su tale fattore, cioè si definiscono delle soglie di allerta. Ad esempio

si capisce qual è la quantità di pioggia che ha riattivato quella frana negli anni, e si fissano delle soglie per cui superati certi mm di pioggia si pianifica l'evacuazione dell'abitato. Le analisi di rischio e di stabilità variano in funzione della profondità della superficie di scorrimento, della litologia, delle strutture, della tipologia e della velocità di frana, (colate di fango molto veloci saranno difficilmente analizzate con analisi FEM, codici di calcolo; frane in argilla profonde sono facilmente analizzabili attraverso il metodo, per esempio, di MorgensternPrice). Tabella danni provocati da eventi franosi caratterizzati da diversi velocità, più sono veloci maggiore è il danno che recano.

Classificazione delle frane Una frana è classificata mediante due termini, uno che definisce il cinematismo, il tipo di movimento e l'altro che definisce il materiale coinvolto. Ad ogni tipologia di frana si associa una procedura di analisi differente. Materiale coinvolto: roccia-detrito quando i clasti hanno dimensione dal 20 all'80% maggiore di 2mm, terra quando l'80-90% del materiale ha dimensione minore di 2mm.

Dal punto di vista del cinematismo di definiscono 5 categorie di frane principali: crolli, ribaltamenti, scorrimenti, colate ed espansioni laterali. All'interno di tali categorie si distinguono altri tipi di frana caratterizzati però dallo stesso cinematismo principale. Per gli scorrimenti per esempio cambierà la forma della superficie di scorrimento, ma sarà sempre uno scorrimento. Per esempio per le colate si hanno diversi tipi (colate di terra, di roccia, di detrito, di fango) ma il meccanismo principale è sempre quello della colata. Crolli: immediata separazione di terra o di roccia da versanti ripidi e il materiale che si è distaccato non si muove liberamente nell'area prima di depositarsi. Il materiale che si è rotto si accumula ai piedi del pendio secondo dei coni di detrito, spesso ai piedi del pendio si hanno dei conoidi che si sono formati sin dal crollo avvenuto in cima al pendio. Il movimento va da rapido a molto rapido, non si riconosce una superficie di rottura, di scorrimento perché il materiale si rompe e liberamente cade, rotola, non vi è contatto tra il materiale che si è rotto e la superficie di scorrimento. Vi sono crolli primari o crolli secondari quando, per esempio, dei blocchi si sono rotti e poi vengono ripresi nel movimento.

Questo è un esempio di deposito di crollo, questa è la scarpata da cui si è staccato il materiale depositato poi al piede del pendio.

Normalmente i crolli sono da caduta massi, per i crolli non si fa analisi di stabilità alla Morgenstern & Price e altre, ma in questo caso è importante capire a che distanza dalla zona di distacco possono arrivare i blocchi che si sono distaccati. Si fanno degli studi di tipo balistico o anche statistici, per vedere la traiettoria che possono seguire i blocchi e fino a che punto possono arrivare. I crolli coinvolgono soprattutto versanti rocciosi e soprattutto versanti rocciosi nelle zona delle Alpi, degli Appennini, in alcuni casi anche nelle falesie e cave pugliesi. Sono però associabili a pareti essenzialmente verticali, molto fratturate. Costituiscono una branca ben definita di analisi di stabilità dei pendii. Sono tipici anche di aree interessati da eventi sismici. Uno dei fattori di innesco dei crolli è proprio la sollecitazione sismica, infatti sono i primi tipi di frane che avvengono in zone interessate da un sisma, che genera una variazione repentina degli sforzi agenti nel versante. Ribaltamenti: è l'altra tipologia di frana che coinvolge versanti rocciosi. In base al tipo di ribaltamento la successione rocciosa deve essere fratturata oppure omogenea. Il ribaltamento è connesso alla rotazione in avanti o verso l'esterno di una massa di terreno, ma essenzialmente di roccia, intorno ad un punto situato al di sotto del centro di gravità della massa spostata. Il fenomeno, cioè una volta che il materiale si è ribaltato, può scivolare verso valle oppure può crollare verso valle. Può essere estremamente lento o estremamente rapido.

All'interno del cinematismo principale possono esserci frane diverse, ribaltamento diretto (quindi di una successione stratificata) oppure ribaltamento indotto da una frattura a monte creata dall'erosione al piede (di una falesia rocciosa omogenea). Il ribaltamento diretto è quindi prettamente associato alle successioni discontinue, sedimentarie oppure di rocce ignee interessate da discontinuità tettoniche.

Affinché un versante possa essere coinvolto in un ribaltamento è importante la presenza di discontinuità strutturali stratigrafiche o tettoniche. Innanzitutto le intersezioni di due piani di discontinuità si devono immergere all'interno del pendio, l'intersezione del piano deve immergersi all'interno del pendio, quindi con reggitura a reggipoggio. La base del blocco deve avere, invece, una reggitura a franapoggio, con inclinazione alfa minore di quella del pendio perché deve emergere. Quindi in funzione delle dimensioni del blocco, dell'angolo dell'intersezione basale, e in funzione dell'angolo di resistenza lungo tale piano di scorrimento, che delimita il blocco, un blocco può essere considerato stabile oppure diventare instabile e quindi essere soggetto solo a scorrimento e ribaltamento o solo a ribaltamento. A ribaltamento quando l'inclinazione del piano basale è minore dell'angolo di attrito del piano stesso, e le dimensioni b su a della larghezza e dell'altezza sono minori della tangente dell'angolo di attrito del piano. Nel caso in cui alfa, l'angolo di inclinazione, è maggiore dell'angolo di attrito si ha lo scorrimento.

Questo è un grafico che in base alla dimensione dei blocchi fa immaginare che cinematismo può interessare un blocco di date dimensioni. (slide sopra) Scorrimenti: sono dei movimenti della massa che avvengono lungo una o più superfici di scorrimento, dove si localizza la deformazione, quindi si forma una banda di taglio, dei piani di taglio diversamente orientati e poi nella zona della banda di taglio si ha un'orientazione delle particelle argillose (nel caso di versanti argillosi), e questa superficie di scorrimento delimita alla base la massa franata. Durante il movimento poi la massa spostata resta in contatto con il substrato sottostante, come se fosse un blocco rigido che scivola su un paino di taglio. Si possono applicare tutti i metodi noti di analisi di stabilità. Possono coinvolgere sia versanti rocciosi che versanti costituiti da terreni. In funzione della forma della superficie di scorrimento, del materiale che viene coinvolto, all'interno di questo cinematismo si distinguono altre tipologie di frana. Scorrimenti rotazionali, scorrimenti traslazionali o traslativi, scorrimenti composti. All'interno di questi poi vi sono altre sottoclassi.

Scorrimento rotazionale: il movimento avviene sempre lungo superfici discrete, lungo un piano di taglio, lungo una superficie di scorri...