Il monitoraggio dei corpi franosi

Ultimo aggiornamento: 09/10/2017

L’Italia è uno dei territori dell’area mediterranea in cui maggiore è la ricorrenza e la distribuzione di fenomenologie idro-geomorfologiche parossistiche, spesso anche molto violente. In un territorio che presenta centinaia di migliaia di fenomeni di frana e che molto spesso assiste a eventi alluvionali di potenza inaudita, il rapporto tra fenomeno naturale e paesaggio antropizzato è spesso molto difficile. Il livello di conoscenza dei fenomeni e delle dinamiche che li determinano non sempre risulta adeguato al reale livello di pericolosità presente e la resilienza dei sistemi è spesso del tutto inadeguata agli scenari di rischio possibili.

 

Benché il 2015 sia stato definito l’anno della resilienza dai vertici dell’United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNISDR), voluto dal vertice ONU di Hyogo in Giappone all’indomani del terremoto di Kobe, il Quadro d’azione per costruire la resilienza delle nazioni e delle comunità alle catastrofi non ha prodotto i risultati sperati sul territorio italiano, nonostante le tante catastrofi naturali, nonostante le enormi perdite di vite umane e beni subite dalle diverse comunità. Molto c’è ancora da fare, in quanto il processo, innanzitutto culturale, deve partire dalla consapevolezza della popolazione che alcuni fenomeni possono manifestarsi con una certa probabilità e che possono impattare in maniera più o meno violenta con il tessuto antropico e con la vita umana.

 

Gli sforzi profusi dalla comunità scientifica e tecnica verso la riduzione dei livelli di rischio passano attraverso un processo normativo sempre molto complesso e lento, che riduce i tempi di reazione e, dunque, di cambiamento culturale. La conoscenza dei fenomeni e delle dinamiche che li regolano rimane il primo, vero passo, verso la prevenzione. Se da una parte l’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA) ci fornisce annualmente l’istantanea dei fenomeni franosi che si sono manifestati, attraverso un costante processo di loro catalogazione-inventario (progetto IFFI), manca contezza dall'altra di quanto il territorio italiano sia effettivamente suscettibile alla franosità e quali possano essere gli scenari, anche in termini di rischio, che potrebbero determinarsi.

 

Tra i fenomeni catalogati dall’ISPRA circa il 15% sono rappresentati da “colate rapide”, ovvero da fenomeni che per intensità e velocità di evoluzione rappresentano una categoria particolarmente problematica, ancorché interessante, soprattutto sotto il profilo della prevenzione. Gli eventi che nel maggio del 1998 colpirono un’ampia area campana posta alle pendici del Monte Pizzo d’Alvano hanno riportato alla ribalta la fragilità del nostro territorio e il livello di rischio al quale sono esposte molte nostre comunità, soprattutto nelle aree interne e nei settori più penalizzati del territorio italiano. Nonostante la prima legge sulla “difesa del suolo” fosse stata promulgata solo qualche anno prima (nel 1989), le vittime di Sarno, Quindici, Bracigliano, Siano e S. Felice a Cancello riaprirono una ferita nella storia italiana delle cosiddette “catastrofi idrogeologiche”. Due anni dopo ancora morte e distruzione per colpa di un evento alluvionale a Soverato, in Calabria.

 

Da allora sono state avviate tutte le procedure affinché sull’intero territorio italiano, e non solo all’interno dei bacini di rilievo nazionale, fossero espletati gli studi propedeutici alla redazione dei Piani per l’Assetto Idrogeologico (PAI), previsti dalla L. 183/89. I Piani, nati per consentire la pianificazione territoriale nel rispetto dell’evoluzione morfologica e non lo studio dei fenomeni franosi fine a sé stesso, dimostrarono subito il loro limite, legato alla scala di rappresentazione ed alla finalità dello strumento. Circa un decennio dopo, in un’altra parte d’Italia fragile, fenomeni molto simili a quelli accaduti in Campania ed in Calabria, interessarono la Sicilia nord-orientale, producendo anche in questo caso vittime e distruzione. Scaletta Zanclea, Giampilieri Superiore, Giampilieri Marina, Altolia, Molino, Santo Stefano di Briga, Briga Superiore e Pezzolo sono nomi ormai ben noti alla comunità scientifica e a quella tecnica, perché rappresentano l’ennesima ferita insanabile dell’Italia che rincorre il problema senza trovare una soluzione rapida e sicura.

 

Da allora gli sforzi profusi nella direzione della prevenzione e, in qualche brillante caso, anche della previsione, sono stati tanti e molto spesso anche di buon livello, con risultati che hanno consentito l’implementazione di sistemi di monitoraggio efficaci ed efficienti capaci di “individuare” l’imminenza dell’innesco e attivare i vari livelli di allerta previsti dai Piani di Protezione Civile. Tale risultato, però, non è stato raggiunto con lo stesso livello di soddisfazione su tutto il territorio nazionale, che continua a soffrire, viceversa, di grandi differenze locali sia in termini di conoscenza, sia in termini di applicabilità dei modelli.

Il rapporto tra frane di prima generazione, che avvengono laddove non sono mai avvenute nella storia geologica di quel luogo, e frane riattivate è sempre bassissimo e varia da zona a zona in funzione della cosiddetta “suscettibilità a franare”, ossia la propensione a generare dissesti di versante propria di una determinata unità territoriale. Lo studio della suscettibilità da frana rappresenta il primo step per la definizione dello scenario di riferimento (cfr. diagramma di flusso nella figura che segue), che dovrà essere l’espressione di un modello concettuale basato su dati bibliografici, sulla conoscenza diretta dei luoghi e sui dati disponibili.

 

 

Per la realizzazione di carte di zonazione della suscettibilità vi sono tre principali approcci in letteratura scientifica: euristici, statistici e deterministici. I metodi euristici si basano sull‘esperienza e sul giudizio del redattore per la classificazione in termini di suscettibilità, pericolosità o rischio. In questi casi si integrano qualitativamente le carte tematiche di base, pervenendo ad un elaborato di sintesi (es. carta della suscettibilità), in cui, in genere, la suddivisione in aree omogenee avviene in termini qualitativi o relativi, senza cioè attribuire “pesi” o “valori” assoluti alle singole classi.

 

I metodi statistici, invece, utilizzano opportuni algoritmi per determinare la combinazione di fattori che hanno condotto in passato all’innesco di frane. Si formula, cioè, una previsione “quantitativa” della probabilità che si verifichino frane in aree non coinvolte da dissesti, ma dotate di caratteri simili (ad esempio litologia, pendenza, copertura vegetale, ecc.) ad aree già interessate da eventi di frana. Gli approcci deterministici, infine, prevedono il calcolo di valori quantitativi della stabilità, solitamente espressi in termini di fattori di sicurezza, da calcolare con metodi di tipo geotecnico.

 

Tali metodi, tuttavia, sono da considerare utili, in particolar modo, in contesti arealmente limitati (scala di versante) e laddove le frane verificatesi siano “semplici” da schematizzare (es. scorrimenti traslativi superficiali), in quanto si basano su una grande mole di dati geotecnici e su una serie di significative semplificazioni. La diffusione dei Sistemi Informativi Territoriali (SIT) ha favorito, a partire dalla fine degli anni ’80, lo sviluppo di codici di calcolo dedicati all’elaborazione di carte previsionali della suscettibilità/pericolosità da frana, mediante l’uso di parametri geologici, idrologici e geotecnici. Previa adozione di metodi deterministici o probabilistici, la suscettibilità all’innesco di alcune tipologie di frana viene definita alla scala del pixel, sulla base dei layers “classici” della cartografia geotematica di base (geologia, spessore delle coperture, inventario-frane, acclività, uso del suolo, ecc.).

 

Dopo aver definito il modello concettuale occorre passare all’implementazione del modello di suscettibilità a franare, selezionando quello più affidabile per lo specifico contesto geologico ed ambientale. Si possono utilizzare differenti modelli: quelli statistici, denominati anche modelli “black box”, basati sull’analisi delle combinazioni dei fattori di instabilità e delle loro relazioni con la distribuzione di frane presenti e passate, possono fornire un notevole contributo nei contesti di probabile innesco delle colate. In tal senso possono essere implementati sia modelli statistici bivariati (es. Frequency ratio, Yilmaz, 2009; Yalcin et al., 2011; e Weights of Evidence, Van Westen, 1997), che modelli multivariati (es. Regressione logistica, Dai & Lee, 2002; Yilmaz, 2009; Pradhan, 2010; Yalcin et al., 2011; Shahabi et al., 2014). Nei primi il contributo di ogni parametro all’innesco dell’evento è valutato individualmente, trascurando quindi la possibilità che i fattori di franosità possano avere una correlazione reciproca. Ciascun fattore è quindi cartografato e suddiviso in un certo numero di classi e successivamente messo a confronto con la carta-inventario delle frane. Il modello statistico consente di stimare i valori dei pesi da attribuire alle diverse classi, determinandoli sulla base della densità di frana in ciascuna classe individuale.

 

Nei modelli multivariati, invece, tutti i fattori sono analizzati tramite tecniche di regressione multipla, che, incrociandosi con la carta-inventario delle frane, tengono conto delle correlazioni reciproche. In questo caso, una volta selezionati i fattori predisponenti, è necessaria una fase di pre-processing dei dati di input, ossia la loro “omogeneizzazione”: essi, infatti possono essere variabili continue (acclività) o discrete (uso del suolo). In letteratura esistono metodi per convertire variabili discrete in numeriche (continue). L’elaborazione del modello di suscettibilità e un’approfondita analisi delle serie pluviometriche e delle possibili soglie di innesco (cumulate ed istantanee) consentiranno di proporre, secondo un approccio a ritroso (back analysis), gli scenari entro cui si sono manifestati gli eventi avvenuti presi a riferimento. Contribuiscono a definire le condizioni al contorno gli studi fotointerpretativi (multitemporali) condotti su immagini aeree e/o satellitari. Le analisi interferometriche multi temporali si basano sul principio che da ogni immagine satellitare si può estrarre un contributo di fase e un contributo di ampiezza (o modulo). L’approccio denominato “Rapid Motion Tracking“ - RMT (TRE-Altamira) permette di ottenere un’informazione quantitativa di spostamento a partire dalle immagini radar-SAR di ampiezza. Attraverso gli studi interferometrici è possibile, dunque, misurare fenomeni di spostamento veloci, dell’ordine dei centimetri, se non addirittura metri. I risultati di un’analisi RMT possono essere visualizzati come mappe di velocità di spostamento e di serie storiche di spostamento.

 

L’affidabilità del modello viene valutata analizzando sistematicamente tutti i fenomeni dei quali sono note le date di attivazione e sono disponibili i dati di pioggia. Dopo aver verificato che il modello è in grado di “individuare” i settori in cui sono altamente possibili fenomenologie come quelle che si sono manifestate (per fare ciò si utilizzeranno le cartografie topografiche pre-evento ed il relativo DEM), si passa all’analisi dei settori dove si potrebbero manifestare, per via dell’alta suscettibilità, fenomenologie simili a quelle già accadute in contesti ambientali simili. Nelle Scienze della Terra il criterio dell’assimilazione è molto utilizzato in quanto consente di prevedere scenari sulla base dell’osservazione delle condizioni che hanno determinato il manifestarsi di eventi simili.

L’individuazione precoce di settori che presentano analogie con altri già oggetto di fenomenologie gravitative consente di concentrare l’attenzione sui diversi fattori che predispongono al dissesto e, soprattutto, su quelli che poi ne determinano l’innesco. Lo studio dei meccanismi di innesco dei fenomeni franosi, soprattutto di quelli ad evoluzione rapida, rappresenta la vera sfida nell’ottica della prevenzione e della mitigazione del rischio ad essi connesso.

 

In tali tipi di fenomenologie l’elemento scatenante (elemento di innesco) è quasi sempre rappresentato dall’acqua (quale elemento di saturazione dei vuoti, quale elemento che determina sovrapressioni all’interno dei terreni meno porosi/permeabili, quale elemento che produce trasporto in superficie e, dunque, modificazione dell’equilibrio delle masse lungo un pendio). L’acqua alla quale si fa riferimento è quella di origine meteorica, ovvero quella prodotta dalle piogge. In funzione dell’intensità delle precipitazioni, essa si infiltra nel terreno saturandolo oppure scorre sulla sua superficie una volta avvenuta la completa imbibizione dello stesso. L’effetto che la pioggia produce sul terreno di un versante è funzione della copertura vegetale presente (uso del suolo), delle caratteristiche di permeabilità dei terreni, del grado di saturazione degli stessi e della pendenza media e/o locale lungo in profilo longitudinale di un pendio.

 

Attualmente tutti gli studi che riguardano la prevenzione/previsione dei fenomeni franosi, siano essi rapidi oppure lenti, analizza quale elemento di analisi imprescindibile quello delle piogge. E' dunque fondamentale procedere all’analisi delle precipitazioni, allo studio della loro distribuzione temporale e spaziale e alla definizione di livelli critici (detti “di soglia”) che non riguardano solo le piogge istantanee, ma anche quelle che avvengono nell’arco temporale di giorni/mesi (piogge cumulate). Ma la pioggia può non essere l’unico elemento responsabile dell’innesco di fenomeno franosi, soprattutto di quelli di grandi dimensioni volumetriche.

 

Un altro elemento di potenziale innesco è rappresentato dai terremoti che, in funzione della loro magnitudo e del meccanismo focale secondo cui vengono generate le onde, può introdurre azioni destabilizzanti sulle masse e, dunque, innescare il fenomeno. In questo caso si parla di effetti cosismici, in quanto le frane avvengono in concomitanza o subito dopo il verificarsi di un terremoto. I versanti che ricadono in aree sismogenetiche possono risentire direttamente degli effetti di un sisma o, in alcuni casi, di sismi solo strumentali (con magnitudo inferiore a 2.