2. 2. ANALISI  DELLA  PERICOLOSITA'

2.2.1.                 Velocità

2.2.2.                 Dimensioni

2.2.3.                 Energia

Indice Capitolo 2

2.2.1    Velocità

Hungr (1981) ha proposto una scala di intensità dei fenomeni franosi basata sulla velocità del movimento ed associata ad una scala dei danni analoga alla scala Mercalli per i terremoti. Anche in questo caso la definizione dell'intensità è basata su delle ipotesi relative alle conseguenze; tuttavia vengono anche fornite precise soglie di velocità che delimitano le diverse classi. La scala di Hungr (1981) è stata in parte modificata e razionalizzata da Cruden & Varnes (1996) ed è mostrata in Tabella 2.1.

Tabella 2.1. Scala di intensità delle frane basata sulla velocità e sul danno prodotto (Cruden & Varnes, 1996)

La determinazione della velocità di un fenomeno franoso è in genere problematica. Una stima approssimata della velocità può essere ottenuta dalla tipologia del fenomeno e dal suo stato di attività (VARNES, 1978) (Tabella 2.2).

Tabella 2.2  - Velocità delle frane (riferita alla classi proposte da CRUDEN & VARNES, 1996) in base alla tipologia del movimento, al materiale coinvolto e allo stato di attività. N= neoformazione; R = riattivazione.

Altro approccio rispetto alla velocità è quello proposto, in Canuti & Casagli (1996), in base alla tipologia dell’evento franoso, al materiale coinvolto ed al suo stato di attività (neoformazione o riattivazione) (Tabella 2.3).

Tabella 2.3. Velocità delle frane, riferita alle classi proposte da Canuti & Casagli (1996) (tab. X) in base alla tipologia del movimento, al materiale coinvolto ed allo stato di attività (N=neoformazione; R=riattivazione)

La relazione fra tipo di movimento e velocità è abbastanza evidente: una colata di detrito a rapida evoluzione o un crollo di roccia in genere sono molto rapidi o estremamente rapidi, mentre una colata di terra è di solito lenta o molto lenta. Tranne alcune eccezioni discusse da Hutchinson (1987), rispetto allo stato di attività, un movimento di neoformazione (frana di prima generazione) in genere è più veloce della riattivazione di uno scivolamento pre-esistente, in quanto nel primo caso siamo in presenza di un materiale a rottura fragile mentre nel secondo a comportamento duttile, in quanto la resistenza al taglio è prossima o corrispondente ai valori residui. Tale differenza è tanto più marcata, quanto più elevatà è la fragilità del materiale.

La zonazione del territorio in classi di intensità avviene attraverso l’interpretazione critica dei dati raccolti nella carta inventario, integrata con le informazioni derivabili dagli altri documenti di base. I fenomeni franosi censiti nelle carte inventario devono essere classificati in base all’estensione areale e alla velocità presunta; per la stima di quest’ultima può essere utilizzato lo schema proposto in tabella 2.4 e 2.5. Per quanto riguarda i versanti non ancora interessati da fenomeni franosi, ma potenzialmente instabili, è necessario procedere ad opportune estrapolazioni, tenendo conto della tipologie di frana che si verificano in condizioni geologiche, morfologiche, vegetazionali e antropiche simili.

Tabella 2.4 - Schema per la valutazione semplificata dell’intensità.

Tabella 2.5 - Classi di intensità riferite allo schema di tab. 2.4

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2.2.2    Dimensioni

Altro parametro per definire l’intensità di una frana è la stima delle dimensioni della massa spostata in un evento franoso. Tale approccio, proposto da Fell (1994) (Tabella 2.6), esprime l’intensità della frana come il volume in m³ della massa spostata.  

Tabella 2.6. Scala di intensità delle frane basata sul volume della massa spostata (Fell, 1994)

La stima del volume della massa spostata è spesso difficile per cui può essere conveniente far riferimento all’estensione areale delle frane come misura dell’intensità.

Una migliore definizione dell’intensità sulla base delle dimensioni, dovrebbe tener conto delle differenze fra i vari tipi di frana. Il DRM (1990) ha proposto di associare le volumetrie di materiale spostato distinte per diverse tipologie di frana (tabella 2.7) ai livelli di intensità calcolati rispetto alle conseguenze sull'uomo e sulle perdite economiche. Per le frane di scivolamento, in cui la stima del volume spostato è particolarmente difficile, vengono forniti dei limiti di profondità.

Tabella 2.7. Corrispondenza tra intensità e caratteristiche fisiche del fenomeno (DRM, 1990)

Nella tabella 2.7 è mantenuta la distinzione fra intensità e conseguenze sul piano umano (H₀ – H₃) e su quello economico (E₁ – E₄). Nell’associazione delle due scale di intensità si è fatto implicitamente riferimento a valutazioni sulla velocità di movimento: infatti le due scale coincidono per i movimenti rapidi quali i crolli e i colamenti; per quanto riguarda invece gli scivolamenti, generalmente lenti, l’intensità rispetto alle conseguenze sul piano umano è da considerersi nulla (H₀) indipendentemente dalle dimensioni del fenomeno. In tale definizione sono pertanto incluse delle valutazioni sulla vulnerabilità. Va rimarcato che le sigle H ed E, corrispondenti ai termini in lingua francese humaine e économique, non vanno confusi con la terminologia di riferimento UNESCO in cui H  è la pericolosità ed E gli elementi a rischio.

Limiti ed incertezze

Ø        La sola dimensione di una frana difficilmente può essere in grado di definire l’intensità del fenomeno in quanto frane di piccole dimensioni, ma che si sviluppano con elevate velocità (es. crolli, colate rapide di terra o di detrito) hanno un contenuto di pericolosità e rischio potenziali, molto più elevato rispetto a fenomeni dimensionalmente maggiori, ma che si sviluppano con cinematismi lenti o estremamente lenti.

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2.2.3    Energia

Gli approcci tramite velocità e dimensioni sono entrambi parziali in quanto non esaustivamente rappresentative dell’intensità. Come rilevato da Morgenstern (1985) e da Cruden & Varnes (1996), frane di ridotte dimensioni ed elevata velocità producono spesso più danni di grandi frane con bassa velocità; tale quantità è infatti proporzionale all’energia cinetica del fenomeno.

L’intensità potrebbe essere considerata uguale, o proporzionale, all’energia cinetica sviluppata dalla frana, che è variabile nel tempo: nulla nelle condizioni iniziali, crescente dopo l’innesco del fenomeno fino ad un valore massimo, poi decrescente fino ad annullarsi di nuovo. Per l’intensità della frana si può considerare la massima energia cinetica istantanea oppure l’energia cinetica media.

Una stima del bilancio energetico di una frana può effettuarsi adottando il "modello a slitta" (sled model), originariamente proposto da Heim (1932) e ripreso, fra gli altri, da Scheidegger (1973), Hsü (1975) e Sassa (1988), che si basa sull’ipotesi che tutta l’energia persa nel movimento sia dissipata per attrito. Con riferimento alla Fig. 2, il bilancio energetico di una frana di massa m, il cui centro di massa si trovi ad un’altezza y dal punto di arresto ed a una distanza orizzontale x dal punto di distacco, sottoposta ad un’accelerazione gravitazionale g, può essere espresso da:

dove:

U = m g y                   energia potenziale

K = ½ m v²                 energia cinetica

W = m g x tanf_a        lavoro delle forze d’attrito

Dividendo tutto per il peso mg della frana si ottiene la seguente relazione:

dove, oltre alle quantità già definite, y₀ indica la quota iniziale del centro di massa (all’inizio del movimento, mentre f_a rappresenta l’angolo di attrito apparente (Sassa, 1988) ed è una funzione dell’angolo di attrito dinamico del materiale f’ e della pressione dell’acqua interstiziale durante il moto:

            tanf_a = (1 – r_u)tanf’  

dove r_u esprime il rapporto fra la pressione dell’acqua u e la pressione litostatica verticale totale s_v.

La distanza di arrivo della frana e la velocità possono essere semplicemente stimate tracciando una linea di energia (Figura 4) passante per il centro di massa all’inizio del movimento ed inclinata di un angolo f_a sull’orizzontale. L’energia cinetica massima sviluppata dalla frana è pertanto proporzionale alla massima distanza fra il profilo topografico e la linea di energia; l’energia cinetica media è proporzionale invece all’area del settore compreso fra il profilo e la linea di energia.

Figura 4. Modello a slitta per l'interpretazione dei fenomeni franosi (Sassa, 1988). CM = centro di massa della massa spostata; u = energia potenziale; k = energia cinetica; w = lavoro delle forze di attrito; f_a = angolo di attrito apparente. Retinato: massa spostata. (Nota: l'energia è divisa per il peso della massa spostata). (Canuti & Casagli, 1996).

Limiti ed incertezze

Ø        L’energia di una frana, quale elemento rappresentativo dell’intensità, risulta di difficile determinazione in quanto elemento più teorico che pratico.

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