Protezione Civile - Provincia Autonoma di Trento

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11.8.2016

GRANDI FRANE IN ROCCIA E STAZIONI SISMICHE

Localizzazione e caratterizzazione di grandi frane in roccia dall'elaborazione dei segnali registrati alle stazioni sismiche dislocate sul territorio

 

La rete sismica della Provincia Autonoma di Trento è attualmente composta da otto stazioni permanenti per il monitoraggio sismico, alle quali se ne aggiungono altre dislocate sia in Trentino sia nei territori ad esso limitrofi.

Le registrazioni in continuo effettuate dai sismometri servono anzitutto ad individuare e localizzare i terremoti di origine tettonica, in tempi molto rapidi dopo il loro verificarsi, ma possono essere impiegate anche per l’analisi di fenomeni di altra natura.

Il caso sinora più emblematico, in Trentino, riguarda le esplosioni nelle cave del distretto di estrazione del porfido (Val di Cembra). Per gli scoppi più energetici, in funzione soprattutto di quantità di esplosivo utilizzato, condizioni dell’ammasso roccioso ed esecuzione tecnica dell’esplosione, è possibile registrare chiari segnali alle stazioni sismiche più prossime alle cave e calcolare i parametri descrittivi dell’evento: tempo di origine, coordinate e profondità (prossima alla superficie) dell’ipocentro, magnitudo.

La medesima procedura è stata applicata anche in occasione dello scoppio dell’ordigno bellico da 1000 libbre fatto brillare il 15 novembre 2015 (ad ore 15:06 locali) presso la cava di inerti a Pilcante di Ala.

È inoltre possibile utilizzare gli strumenti sismici per l’analisi di frane in roccia, a patto che esse abbiano dimensioni sufficienti in relazione sia alla distanza delle stazioni rispetto alla sorgente dell’evento sia alla loro dislocazione (geometria di rete). L’interesse su queste tipologie di analisi è attualmente crescente, a motivo dei potenziali significativi impatti a livello territoriale e delle migliorate potenzialità di indagine da remoto (es. Manconi et al. 2016, riguardante l’utilizzo di reti sismiche regionali per lo studio di frane in roccia in area alpina).

Sono qui di seguito descritti alcuni risultati derivanti dall’analisi di segnali sismici, per tre importanti frane in roccia avvenute in Trentino durante l’agosto 2015 ed il luglio 2016.

Frana del Gran Vernel, 4 agosto 2015

Il 4 agosto del 2015, tra le ore 9 e le ore 12 locali, frane in roccia hanno interessato la parete meridionale del Gran Vernel (Gruppo della Marmolada), coinvolgendo in totale circa 100.000 m3 di materiale. Il crollo principale, preceduto da distacchi minori, è avvenuto attorno alle ore 09:15 locali, per una volumetria stimata compresa tra 20.000 e 40.000 m3 di roccia.

L’analisi manuale dei dati sismici ha permesso di evidenziare segnali alle stazioni poste nei dintorni dell’alta Val di Fassa, per la giornata del 4 agosto 2015 ad ore 09:16 locali. La figura 1 mostra le tracce di alcune di queste stazioni: AGOR (Agordo), ZIAN (Ziano di Fiemme), KOSI (Colle, Bolzano), RISI (Riva di Tures). Per ogni stazione sono rappresentate le tre componenti di registrazione, in direzioni verticale (1 componente) ed orizzontale (2 componenti perpendicolari).

Il segnale è riconoscibile benché, dato il rapporto segnale/rumore non particolarmente elevato, non siano chiaramente leggibili i tempi di primo arrivo (inizio del segnale) anche per le stazioni più prossime all’area sorgente (AGOR, ZIAN). Per tale ragione non è possibile calcolare una soluzione focale affidabile, anche utilizzando tutte le stazioni con segnale riconoscibile. Le localizzazioni effettuate (qui non riportate) dimostrano comunque abbastanza chiaramente che l’area sorgente coincide in prima approssimazione con quella interessata dall’evento franoso considerato. Per l’evento considerato è stimata una magnitudo durata (MD) pari a circa 2,1, calcolata in base alla durata in secondi del segnale alle stazioni.

Evento di Cima Undici, 7 luglio 2016

Il 7 luglio del 2016, attorno alle ore 07:00-07:30 locali, una frana in roccia ha interessato la parete settentrionale di Cima Undici (Val San Nicolò), coinvolgendo in totale circa 75.000 m3 di materiale.

L’analisi manuale dei dati sismici ha permesso di evidenziare segnali alle stazioni poste nei dintorni dell’area di interesse, per la giornata del 7 luglio 2016 ad ore 07:06 locali.

La figura 2 mostra le tracce di alcune di queste stazioni: ZIAN (Ziano di Fiemme), AGOR (Agordo), KOSI (Colle, Bolzano), PANI (Panarotta), ABSI (Sonvigo, Val Sarentino), OZOL (Ozol). Per ogni stazione è rappresentata la sola componente verticale di registrazione.

Le tracce delle stazioni della rete PAT e delle reti sismiche limitrofe (Alto Adige, regione Veneto, regione Friuli Venezia Giulia) mostrano segnali molto ben riconoscibili, anche a distanze relativamente importanti (vedi mappa delle stazioni considerate - figura 3), permettendo di calcolare una soluzione focale affidabile.

La figura 4 riporta la posizione della soluzione calcolata (stella in colore giallo: è la soluzione avente massima probabilità relativamente alla nuvola di punti in colore rosso) e quella esatta dell’evento franoso (quadrato in colore verde), considerando il piano orizzontale e la sezione verticale in direzione W-E (in basso). Il riferimento chilometrico nel piano XY è quello della griglia centrata sul Trentino ed utilizzata dall’algoritmo di localizzazione. Il punto esatto della frana (considerando anche la quota) dista all’incirca 2 km dall’ipocentro calcolato.

Per l’evento considerato sono stimate una magnitudo durata (MD) pari a circa 2,4 ed una magnitudo locale (ML, calcolata in base all’ampiezza massima dell’onda) pari a circa 1,9. Il rapporto ML / MD vale circa 0,8, in accordo a quanto già proposto in letteratura per gli eventi franosi (Manconi et al. 2016).

La volumetria stimata dai rilievi sul terreno (circa 75.000 m3) corrisponde al limite superiore dell’intervallo di volumetria stimabile direttamente dalla magnitudo calcolata (cfr. Manconi et al. 2016).

Come ampiamente riportato nella letteratura del settore, i segnali sismici relativi a frane in roccia differiscono da quelli di terremoti tettonici (locali) soprattutto in termini di caratteristiche spettrali. In particolare, osservando gli spettrogrammi (grafici che riportano l’intensità del segnale in funzione del tempo e della frequenza) il maggiore contenuto di energia è tipicamente nell’intervallo 1–5 Hz (Dammeier et al. 2011; Manconi et al. 2016).

La figura 5 mostra lo spettrogramma della stazione AGOR, dove il maggior contenuto energetico (colori più accesi, verso il rosso ed il giallo) è a frequenze inferiori a 5–6 Hz; sono pressoché assenti le più alte frequenze che comunemente caratterizzano i terremoti locali di origine tettonica. Gli spettrogrammi delle altre stazioni (qui non riportati) mostrano caratteristiche analoghe.

Per confronto è utile considerare lo spettrogramma (figura 6) della medesima stazione AGOR relativamente al terremoto di origine tettonica avvenuto al Colac (Canazei) il 9 agosto 2011 ad ore 10:39 locali (ML =2.8). Va tenuto presente che la distanza tra la stazione AGOR e gli epicentri del 2011 (Colac) e 2016 (Cima Undici) è la medesima. Nel caso del Colac è evidente un significativo contenuto energetico a frequenze fino a circa 15 Hz, le quali sono del tutto assenti sullo spettrogramma relativo alla frana di Cima Undici.

Frana della Cima di Lastei, 11 luglio 2016

L’11 luglio del 2016, attorno alle ore 6 locali, una frana in roccia ha interessato la parete meridionale della Cima di Lastei (Gruppo delle Pale di San Martino), coinvolgendo in totale circa 80.000 m3 di materiale.

L’analisi manuale dei dati sismici ha permesso di evidenziare segnali alle stazioni poste nei dintorni dell’area, per la giornata dell’11 luglio 2016 ad ore 05:53 locali. In figura 7 sono riportate le tracce di alcune di queste stazioni: AGOR (Agordo), ZIAN (Ziano di Fiemme), VARN (Col Varnada), PANI (Panarotta). Per ogni stazione sono rappresentate le tre componenti di registrazione, in direzioni verticale (1 componente) ed orizzontale (2 componenti perpendicolari).

Il segnale è riconoscibile benché, dato il rapporto segnale/rumore non particolarmente elevato, non siano chiaramente leggibili i tempi di primo arrivo (inizio del segnale) anche per le stazioni più prossime all’area sorgente (AGOR, ZIAN). Per tale ragione non è possibile calcolare una soluzione focale affidabile, anche utilizzando tutte le stazioni con segnale riconoscibile. Le localizzazioni effettuate (qui non riportate) dimostrano comunque abbastanza chiaramente che l’area sorgente coincide in prima approssimazione con quella interessata dall’evento franoso considerato. Per l’evento considerato è stimata una magnitudo durata (MD) pari a circa 2,2, calcolata in base alla durata in secondi del segnale alle stazioni.

a cura dott. Alfio Viganò

 

Bibliografia

- Dammeier F., Moore J.R., Haslinger F. and Loew S. (2011) Characterization of alpine rockslides using statistical analysis of seismic signals. Journal of Geophysical Research 116, F04024, doi: 10.1029/2011JF002037.

- Manconi A., Picozzi M., Coviello V., De Santis F. and Elia L. (2016) Real-time detection, location, and characterization of rockslides using broadband regional seismic networks. Geophysical Research Letters, in stampa.