UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente e il Territorio

CORSO DI FRANE

Anno Accademico 2014/2015

RELAZIONE CASO STUDIO

“CHASING A COMPLETE UNDERSTANDING OF THE TRIGGERING

MECHANISMS OF A LARGE RAPIDLY EVOLVING ROCKSLIDE”

DOCENTE STUDENTE

Prof. Ing. Michele Calvelllo

Fabio Sarno 0622500182

9 Ottobre 2013

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Sommario

1. INTRODUZIONE ......................................................................................................................................... 2

2. ILLUSTRAZIONE CASO STUDIO ............................................................................................................. 2

3. PRESENTAZIONE DEL LAVORO SVILUPPATO DAGLI AUTORI ...................................................... 5

3.1 Caratteristiche della rete di monitoraggio ............................................................................................... 5

3.2 Definizione del modello .......................................................................................................................... 7

3.3 Risultati.................................................................................................................................................... 9

4. ANALISI CRITICA ...................................................................................................................................... 9

4.1 Punti di forza del modello e sviluppi futuri ........................................................................................... 10

4.2 Piano di Emergenza ............................................................................................................................... 10

5. BIBLIOGRAFIA e SITOGRAFIA ............................................................................................................. 11

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1. INTRODUZIONE

Il presente lavoro ha lo scopo di fornire un'analisi critica del caso studio descritto nell'articolo

"Chasing a complete understanding of the triggering mechanisms of a large rapidly evolving

rockslide", autori G.B. Crosta, C. di Prisco, P.Frattini, G.Frigerio, R.Castellanza, F. Agliardi;

pubblicato nell’ottobre 2014 sul Volume 11, Issue 5, della rivista scientifica Landslides.

In questo articolo, viene illustrata la problematica relativa alla frana di La Saxe nonché la

metodologia seguita per la definizione di un modello attraverso cui risulti possibile prevedere

eventuali crolli e/o spostamenti della stessa. Ciò avviene a partire dall’analisi dei dati ottenuti grazie

al sistema di monitoraggio implementato sul territorio.

2. ILLUSTRAZIONE CASO STUDIO

Posto ai piedi del Monte Bianco, Courmayeur, è l'ultimo comune che si incontra prima di arrivare

in Francia tramite il Traforo del medesimo monte. Dista circa 27 chilometri a nord-ovest da Aosta.

È il comune più occidentale della regione Valle d'Aosta e il secondo per estensione. È, inoltre,

l'unico comune d'Italia a confinare sia con la Francia che con la Svizzera, sebbene non siano

presenti vie di transito che conducono direttamente in territorio elvetico (Fig.2.1).

Figura n°2.1: Inquadramento territoriale

La frana del Mont de La Saxe, sopra la frazione omonima di Courmayeur, visibile anche dalle

frazioni di Entrèves e La Palud, è ritenuta una delle frane più interessanti d'Italia con un volume di

8,4 milioni di metri cubi (Fig.2.2).

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Figura n°2.2: Panoramica area di interesse

L’attività di tale frana che interessa un pendio roccioso è iniziata nel 1988 sottoforma di colate

detritiche e si è intensificata negli ultimi anni causando anche crolli in roccia. In particolare,

l’articolo, oggetto di analisi nella presente relazione, è stato redatto ad Ottobre 2012 e dalle

ricerche effettuate è emerso l’accadimento di un recente evento franoso ad Aprile 2014 con

distacco di un volume ingente stimato tra i 5.000 e i 10.000 metri cubi.

A causa delle continue variazioni di accelerazione, la massa della frana è sotto osservazione da

parte di geologi di tutto il mondo. Essa si estende tra i 1.400 e i 1.870 m s.l.m., su una superficie di

circa 150.000 m2, con lunghezza orizzontale massima di circa 550 m, larghezza massima di circa

420 m e pendenza media (Fig.2.3).

Figura n°2.3: Dimensioni evento franoso

La scarpata superiore è ampia circa 200 m ed è caratterizzata da una parete di roccia ripida alta

alcune decine di metri, orientata localmente lungo piani di scistosità sub verticali (Fig.2.4).

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Figura n°2.4: Sezione del pendio

Per quanto riguarda le caratteristiche geologiche, l’area interessata dalla frana è costituita per lo più

da argilloscisti neri, prevalentemente inclinati verso sud-est con angoli compresi tra 20° e 60°, per

effetto di eventi tettonici.

Figura n°2.5: Carta geologica dell’area di studio

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3. PRESENTAZIONE DEL LAVORO SVILUPPATO DAGLI AUTORI

Gli autori, dopo aver brevemente introdotto il caso studio, si pongono l’obiettivo di elaborare un

modello che simuli il comportamento della frana, ovvero che sia in grado di prevedere il collasso

improvviso di tutta la massa o parte di essa, a partire dall’analisi dei dati di monitoraggio.

3.1 Caratteristiche della rete di monitoraggio

Tenuto conto dell’estensione e complessità del fenomeno e considerata l’impossibilità dell’adozione

di efficaci interventi strutturali mirati alla bonifica e/o stabilizzazione del sito, è nata l’esigenza, da

parte dell’Amministrazione Regionale, di mettere in atto una serie di azioni al fine di controllare

l’evoluzione della frana. In quest’ottica, sono state adottate delle soluzioni di tipo non strutturale

basate sull’impianto di strumentazioni capaci di monitorare in continuo una serie di parametri

predefiniti. La progettazione dei sistemi di monitoraggio, avvenuta di concerto e con il supporto di

aziende specializzate, è stata condizionata dalla natura e dal comportamento del fenomeno da

controllare, dall’accessibilità delle aree e dalla metodologia della trasmissione dei dati.

Dunque, nella sua configurazione attuale, esso comprende:

- STAZIONE METEREOLOGICA: collocata in prossimità della cima del monte, per

l’acquisizione di dati su temperatura e precipitazioni.

- 6 COLONNE INCLINOMETRICHE: installate in fori di sondaggio e rese solidali con il

terreno attraversato, iniettando una miscela di cementazione tra l'intercapedine creatasi tra

lo scavo e le colonne stesse. Al loro interno presentano (a seconda del tipo scelto) due o

quattro binari nei quali viene fatta correre una slitta che costituisce il rilevatore delle

deformazioni (inclinometro) che si producono sul tubo per effetto del movimento franoso. Il

segnale elettrico viene inviato ad una centralina che registra le eventuali deformazioni e la

profondità alla quale è stata rilevata;

- STAZIONE TOPOGRAFICA: costituita da 47 mire dislocate sul corpo di frana e 2 di

riferimento;

- PIEZOMETRI: per valutare il livello idrico della falda;

- RETE GPS: basata su un insieme di stazioni a frequenza singola che trasmettono i dati di

fase all’unità di controllo principale ogni 15 secondi;

- GB-InSAR: apparecchiatura, operante in continuo, la quale acquisisce immagini radar aventi

un campo di risoluzione di 1.5 m, ed una risoluzione azimutale tra 0.5 e 4 m a seconda della

distanza dalle varie zone monitorate.

Il sistema GB-InSAR, in particolare, presenta diversi vantaggi fra cui ricordiamo:

- la possibilità di evitare di accedere all’area da monitorare, perché impossibile o pericolosa;

- l’insensibilità ai disturbi ed alle interferenze presenti nell’area di misura;

- la possibilità di generare mappe estese di spostamento, con alta precisione e risoluzione

spazio – temporale, in qualsiasi condizione di illuminazione o atmosferica;

- l’estrema velocità di installazione del sistema, da 1 a 2 ore;

- l’alto livello di disponibilità del sistema con funzionamento in continuo 24 ore al giorno, 7

giorni su 7 e 365 giorni all’anno;

- l’elevata frequenza di acquisizione delle immagini, fino a un’immagine ogni 6 – 7 minuti.

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I dati di monitoraggio raccolti dai diversi tipi di sensori sono stati integrati ed elaborati per

comprendere al meglio la cinematica della frana e fornire un quadro di riferimento come punto di

partenza per ulteriori analisi, nonché per discernere le modalità di risposta della frana in relazione ai

diversi fattori scatenanti. La conoscenza dei suddetti aspetti è necessaria per fornire una previsione

affidabile o garantire la corretta gestione delle misure di emergenza.

In figura si mostrano gli spostamenti del terreno da giugno 2009 al 21 settembre 2012 (Fig.3.1).

Figura n°3.1: Spostamenti da giugno 2009 al 21 settembre 2012.

In seguito all’analisi dei dati è stato possibile effettuare una suddivisione del territorio oggetto di

studio in cinque zone aventi differente comportamento e sensibilità per l’attivazione:

- Zona A: mostra una forte irregolarità morfologica, evidenziata dalla rapida evoluzione delle

fratture di taglio;

- Zona B e C: aree caratterizzate da alti tassi di spostamento (tra 1 e 1,6 m/a), abbondanti

detriti, scarsa vegetazione;

- Zona D: presenta un tasso di spostamento tra 0.3 e 1 m/a, un territorio ben vegetato e uno

stato di attività variabile all’interno della zona stessa;

- Zona E: ben vegetata e non mostra chiari segnali di attività.

I dati acquisiti sugli spostamenti mostrano una chiara dipendenza dell’attività della frana dalla

variazione stagionale tanto che si rilevano accelerazioni improvvise durante il periodo di disgelo.

Tali accelerazioni non si verificano nel caso di precipitazioni dirette.

Le zone situate a quote inferiori (C ed E), pertanto, rispondono prima ai meccanismi di frana in

quanto si verifica prima lo scioglimento della neve e perché ricoperti da materiale detritico.

Ciascuna zona può essere considerata come indipendente o valutando l’interazione con le altre

zone. Il movimento frana La Saxe, dunque, viene interpretato come il risultato di due meccanismi

specifici:

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- una sorta di "scorrimento" che è sempre presente a prescindere dalla variazione stagionale,

con fenomeni di accelerazione-rallentamento direttamente dipendenti dalla fusione della

neve (tarda primavera-inizio estate) e dalla conseguente oscillazione del livello idrico della

falda;

- crolli in roccia.

Trattasi di una frana complessa in cui il campo di spostamento è in generale funzione di spazio e

tempo. I suoi spostamenti devono essere espressi dunque mediante una funzione vettoriale u(x,y,z,t)

che dovrebbe essere adeguatamente valutata dai dati di monitoraggio.

3.2 Definizione del modello

Nella definizione del modello, gli autori hanno adottato un’ipotesi semplificativa: l’intera massa è

stata suddivisa in un numero n finito di blocchi rigidi all’interno dei quali modulo e direzione del

vettore spostamento sono ritenuti costanti.

Al fine di modellare il comportamento della frana, in questo studio, sono state accoppiate due teorie

differenti:

- Newmark (1965): la massa di terreno potenzialmente in frana viene assimilata ad un corpo

rigido che può muoversi rispetto al terreno stabile, lungo la superficie di scorrimento (piana

o curvilinea). Il corpo potenzialmente in frana, soggetto alla forza peso e all’azione sismica,

si sposta lungo la superficie di scorrimento ogni qual volta l’accelerazione della base, a(t),

supera un valore di soglia (accelerazione critica, ac) caratteristico delle condizioni di

collasso incipiente (FS = 1); lo spostamento si annulla quando l’accelerazione, cambiando di

segno, è tale da annullare la velocità relativa tra il corpo di frana e il terreno stabile;

- Perzyna (1963): la risposta meccanica delle due interfacce si presume essere rigida-visco-

plastica.

Il tensore visco-plastico è definito come segue:

[1]

Dove f è la funzione di snervamento, g potenziale plastico, γ parametro costitutivo positivo, σij il

tensore delle tensioni efficaci, e Φ (f) il nucleo viscoso. Grazie alla semplicità della geometria

adottata, e nell'ipotesi che il materiale all'interno della zona di processo abbia raggiunto una sorta di

stato critico, cioè velocità di deformazione volumetriche nulle, la stessa equazione può essere

scritta come:

[2]

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Dove il termine a sinistra rappresenta la velocità di deformazione visco-plastica mentre il γ al

secondo membro un parametro costitutivo viscoso (calibrato su dati sperimentali o mediante analisi

indirette).

Poiché è stato ipotizzato che:

- le velocità di deformazione all’interno della massa in scorrimento al di fuori della zona di

taglio sono trascurabili;

- le velocità di deformazione all’interno della banda di taglio di spessore Ds sono costanti;

- i tassi di deformazione elastica sono trascurabili;

lo spostamento della massa in scorrimento può scriversi:

[3]

Per il nucleo viscoso invece si ha:

[4]

Nel modello adottato, la funzione f è scritta in forma adimensionale:

[5]

In tale formula, τ rappresenta lo sforzo di taglio efficace e τres la soglia di resistenza a seconda del

criterio di rottura adottato, mentre σ’n rappresenta lo sforzo normale medio effettivo al piano di

scorrimento.

Per ogni blocco, il taglio sollecitante può essere interpretato come la somma di due termini: un

termine statico (tstat) dovuto al peso delle masse agente sul sistema ed un termine dinamico

dipendente sia dall’accelerazione che dalla massa della frana al di sopra dell’area di contatto (m*):

[6]

Il termine statico viene in genere valutato come:

[7]

dove A rappresenta l’area di contatto totale, W' è il peso sostenuto (al di sopra della falda freatica si

assume in condizioni asciutte), J è l’infiltrazione totale, Δh (t) il livello di falda che varia con il

tempo t, Frel

rappresenta la risultante di due forze ovvero quella trasmessa dai confini laterali di

ciascun blocco e quella trasmessa dai blocchi superiori a quelli inferiori. Tale forza si annulla

quando si considera un solo blocco. Per motivi di semplicità è stato scelto il criterio di rottura di

Mohr-Coulomb:

[8]

dove σ’n rappresenta la forza effettiva normale al piano di scorrimento sopra l'area di contatto totale.

9

Ora, nel caso in cui f sia positiva sostituendo le equazioni [3,5,6] nella [4] ed introducendo i

parametri geometrici costitutivi, otteniamo per ogni blocco un’equazione del tipo seguente:

[9]

dove i coefficienti a, b, e c dipendono dal tempo e possono essere ottenuti dalle equazioni

precedenti. Nel caso in cui, invece, la funzione sia negativa, i coefficienti a, b, e c cambiano ed in

particolare il termine b si annulla poiché scompaiono gli spostamenti visco-plastici.

In entrambi i casi gli spostamenti del pendio possono essere calcolati numericamente attraverso

un’integrazione alle differenze finite.

Il modello è stato applicato e validato considerando gli spostamenti dal 2010 al 2012.

Gli autori, per la rappresentazione spaziale hanno ipotizzato tre diversi schemi:

- un unico blocco ABCDE;

- quattro blocchi (A,BC,D,E);

- cinque blocchi distinti (A,B,C,D,E).

In ogni caso, per ciascuna zona omogenea (i), è stata eseguita la seguente procedura:

- il valore della funzione xi è dato dalla media degli spostamenti cumulati misurati;

- Δh è ottenuto da misure piezometriche ed è assunto costante per tutte le zone;

- i parametri geometrici di input (inclinazione, altezza, lunghezza, larghezza del blocco ) sono

valutati mediante strumenti GIS;

- lo spessore della superficie di taglio Ds si ottiene dalle misure inclinometriche;

- il valore di coesione si considera nullo in ogni zona ed applicando la back analysis si

individuano il parametro f’.

3.3 Risultati

Dall’analisi effettuata applicando lo schema 1 (blocco unico) si evince che il modello non riproduce

l’oscillazione del livello idrico della falda in seguito allo scioglimento della neve ed alle

precipitazioni. Tuttavia, tale simulazione è utile a valutare i parametri di resistenza. Lo schema 2,

invece, per le zone B, C e D, rivela la capacità del modello di descrivere la variazione degli

spostamenti dovuta all’oscillazione del livello idrico della falda. Lo schema 3, infine, fornisce

risultati simili a quelli ottenuti per lo schema precedente.

4. ANALISI CRITICA

Anche se il lavoro cui sono pervenuti gli autori presenta sicuramente aspetti positivi, si potrebbero

apportare ulteriori miglioramenti.

Si nota, inoltre, che non viene affrontata la discussione di un sistema di allerta; tuttavia, dalle

ricerche effettuate, è emerso che attualmente esiste un Piano di Emergenza basato proprio sul

monitoraggio delle accelerazioni della massa in frana.

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4.1 Punti di forza del modello e sviluppi futuri

A valle dell’analisi dell’articolo, è possibile affermare innanzitutto che la comprensione delle grandi

frane, le quali comportano rischi significativi, richiede l’acquisizione di una esaustiva quantità di

dati. Il caso studio riguardante il Mont de la Saxe mostra la necessità di avere a disposizione sia

misure di superficie che di sottosuolo. Le prime forniscono una descrizione del campo di

spostamento del terreno in superficie mentre le seconde sono utili al fine di conoscere la geometria

della superficie di rottura. Solo grazie alla fitta rete di monitoraggio, è stato possibile suddividere la

frana in zone con sensibilità diversa all’attivazione. Attraverso una schematizzazione meno

approssimativa, si riesce, con il modello innanzi definito, a simulare il comportamento del pendio,

la cui conoscenza è necessaria per la definizione di un sistema di allerta.

A mio avviso, tuttavia, sarebbe utile riapplicare il modello per misurare gli spostamenti dopo aver

collocato un opportuno sistema di drenaggio confrontando i nuovi risultati con quelli ottenuti in

precedenza, valutando di conseguenza anche l’efficacia degli interventi realizzati.

4.2 Piano di Emergenza

Il piano di emergenza viene periodicamente aggiornato in conseguenza dei risultati dei continui

studi sul fenomeno franoso. Il Piano interessa le Strutture operative della Protezione Civile

Comunale e Regionale che, in caso di superamento di determinate soglie, intervengono

immediatamente al fine di poter mettere in sicurezza la popolazione attraverso l’evacuazione

preventiva delle frazioni di Entrèves e La Palud.

Il piano in questione si attiva al superamento di prestabilite soglie di sicurezza. In particolare, gli

esperti del gruppo di valutazione istituito dalla Regione Autonoma della Valle d’Aosta hanno

definito una soglia di preallarme ed una di allarme.

Al superamento della soglia di Preallarme il Comune viene avvisato dalla Protezione Civile

Regionale in modo da consentire alla struttura comunale di mettere in atto misure preventive di

organizzazione all’emergenza quali ad esempio:

• la raccolta di dati sulle persone presenti nell’area interessata dalla frana;

• la disponibilità di posti letto sul territorio comunale;

• l’allestimento della segnaletica di emergenza;

• l’individuazione delle risorse necessarie per rispondere all’evento;

• l’allestimento delle aree di emergenza.

Al superamento della soglia di Allarme, il Comune, avvisato dalla

Protezione Civile Regionale, dispone l’evacuazione preventiva della popolazione della zona

interessata dall’evento al fine di poter mettere in sicurezza gli abitanti ed i turisti presenti.

Sono stati inoltre definiti i percorsi di evacuazione, i punti di raccolta e le aree di attesa nonché i

comportamenti da adottare sia in caso di emergenza che di vero e proprio allarme.

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5. BIBLIOGRAFIA e SITOGRAFIA

Crosta G.B. et al., “Chasing a complete understanding of the triggering mechanisms of a large

rapidly evolving rockslide”, Landslides, 11(5), 747-764, 2014.

http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10346-013-0433-1

http://www.gitonline.eu/GITTMP/GIT2014/GIT_Montefalco_2014/2_Sessione_II/1_GIT%20MON

TEFALCO_Bertolo.pdf

http://www.comune.courmayeur.ao.it/comune/disgaggi/LaSaxe/PIANO_DI_EVACUAZIONE_FR

AZIONI_ENTREVES_E_LA_PALUD.pdf

http://www.comune.courmayeur.ao.it/comune/disgaggi/LaSaxe/LaSaxe_strutt.htm