La valutazione del rischio relativo a frane indotte o riattivate da eventi sismici e/o meteorici è una tematica di crescente interesse nell'ambito della ricostruzione di scenari di multihazard . Attualmente, la caratterizzazione di frane in terra viene generalmente eseguita tramite misure dirette in fori di sondaggio o, qualora vengano usate anche misure geofisiche in superficie, limitando le stesse solo a porzioni ristrette dell'intero corpo di frana.
L'obiettivo del presente progetto è la definizione di una metodologia innovativa ad uso ingegneristico per lo studio di frane in terra che impieghi in maniera integrata tecniche interferometriche sismiche (attive e passive) unitamente a tecniche geofisiche più tradizionali, in maniera tale da combinare l'alta risoluzione necessaria per l'individuazione delle superfici di scorrimento con una copertura quanto più ampia possibile delle aree indagate, essenziale per il monitoraggio nel tempo dell'evoluzione del fenomeno franoso.
Le tecniche interferometriche sismiche, versatili e a basso costo, possono essere utilizzate come strumento di monitoraggio per individuare modifiche (reversibili o irreversibili) delle proprietà fisiche del materiale costituente la zona instabile, rappresentando quindi un possibile indicatore di un peggioramento delle condizioni di stabilità della frana monitorata. Alle tecniche interferometriche verranno affiancate altre tecniche geofisiche sia consolidate che innovative, al fine di validare i risultati dell'interferometria ed evidenziare dei parametri utili non solo per la definizione della geometria e del cinematismo della frana, ma anche per la determinazione in sito delle proprietà di rigidezza a ridotte deformazione, legate ai valori ed alle variazioni delle velocità delle onde sismiche.
Il metodo sperimentale sarà applicato a diversi casi di studio nel settore appenninico Centro-Meridionale, in cui il gruppo di lavoro possiede già dei dati pregressi.
Con riferimento a quanto riportato nei paragrafi precedenti, nel presente progetto si prevede di realizzare i seguenti avanzamenti rispetto allo stato dell'arte:
i) Come detto, negli ultimi anni si sono registrati in letteratura alcuni casi di applicazione delle misure di rumore ambientale con tecniche convenzionali di array ai movimenti franosi, ma limitate all'utilizzo di pochi sensori e senza che risultino chiariti i limiti di risoluzione legati alla profondità di investigazione (Chávez-García et al. 2021). L'applicazione delle tecniche interferometriche prevista nel presente progetto costituirà uno strumento migliorativo sia delle caratteristiche di risoluzione con la profondità rispetto alle misure di rumore ambientale convenzionali, sia della copertura del sito d'indagine e del suo monitoraggio del tempo;
ii) L'integrazione dei risultati ottenuti dall'interferometria sismica con le tecniche geofisiche e geologiche tradizionali, permetterà di ottenere una validazione dei risultati ottenuti tramite l'utilizzo di dati indipendenti, e quindi verificare i limiti di applicabilità dei metodi interferometrici in termini di risoluzione ottenibile alle diverse profondità. In questo senso l'applicazione del metodo proposto a diversi siti d'indagine permetterà inoltre di individuare i fattori sito-specifici, che contribuiscono ad aumentare o diminuire il potere diagnostico delle tecniche geofisiche in un particolare sito. In questo modo potranno essere chiarite meglio le potenzialità e i limiti delle tecniche utilizzate, svincolandole dalle peculiarità proprie del singolo sito d'indagine. Inoltre grazie alle potenzialità dei software sviluppati dai componenti del gruppo di ricerca in ambito sismico (cercato 2018) ed elettrico (De Donno & Cardarelli 2017), potranno essere effettuate delle analisi di sensitività, volte a valutare quantitativamente la risoluzione ottenuta ad una determinata profondità e quindi a determinare il grado di incertezza dei modelli geofisici ricostruiti;
iii) L'applicazione di tecniche sismiche HR tramite la generazione e la ricezione combinata di onde P, SV e SH rappresenta un avanzamento metodologico rispetto a quanto convenzionalmente viene condotto in campo geofisico. Infatti, solitamente le indagini a riflessione o di tomografia sismica vengono condotte tramite l'utilizzo delle sole onde P, o raramente, laddove vengano utilizzate le onde di taglio, nella sola componente polarizzata in uno solo dei due piani, orizzontale (SH) o verticale (SV). L'innovazione in questo senso è duplice: da una parte la possibilità di individuare, dal confronto tra le velocità delle onde di compressione e di taglio, il contributo della saturazione al fenomeno franoso, ed eventualmente monitorarlo nel tempo; dall'altro, correlare il rapporto tra la velocità delle onde SV e SH ad indici prettamente geotecnici, quali ad esempio il grado di sovraconsolidazione. La valutazione dell'OCR è stata condotta finora esclusivamente su campioni prelevati in foro di sondaggio o tramite indagini geofisiche in foro (Ku & Mayne, 2013). Nel progetto ci si propone di stimare i parametri geotecnici tramite indagini superficiali ed estenderne quindi i risultati a sezioni bidimensionali;
iv) Modellazione e procedura per l'utilizzo ingegneristico: dimensione, requisiti cogenti normativi e input in ingresso per le verifiche di stabilità (anche in regime dinamico-frane sismoindotte).
Definizione di raccomandazioni tecniche per il monitoraggio e la valutazione del rischio connesso a frane in terra con tecniche sismiche con particolare riferimento ai parametri cogenti di normativa ed ai parametri utili per la modellazione del comportamento della frana in regime dinamico e per la progettazione di interventi ai fini della mitigazione del rischio associato.
Bibliografia
Cercato, M. (2018). Sensitivity of Rayleigh wave ellipticity and implications for surface wave inversion. Geophysical Journal International, 213(1), 489-510.
De Donno, G., & Cardarelli, E. (2017). VEMI: a flexible interface for 3D tomographic inversion of time and frequency domain electrical data in EIDORS. Near Surface Geophysics, 15(1), 43-58.
Chávez-García F.J., Natarajan T., Cárdenas-Soto M., Rajendran K. (2021). Landslide characterization using active and passive seismic imaging techniques: a case study from Kerala, India. Natural Hazards, 105(2), 1623-1642.
Ku, T., & Mayne, P. W. (2013). Evaluating the in situ lateral stress coefficient (K 0) of soils via paired shear wave velocity modes. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 139(5), 775-787.