Evoluzione morfologica del tratto costiero tra Porto Ligno e Torre

Transcript

Osservatorio di Chimica, Fisica e Geologia Ambientali
Dipartimento di Scienza dei Materiali - Università degli Studi di Lecce -
Evoluzione morfologica del tratto costiero tra Porto Ligno e
Torre dell’Orso e salvaguardia della Grotta della Poesia
(Melendugno – LE)
Responsabile programma di ricerca:
Prof.ssa Maria Teresa Carrozzo
Indice
•
•
•
•
•
Relazione di sintesi
Caratterizzazione geofisica dell’area
antistante la Grotta della Poesia e
valutazione del pericolo di crollo
Rilevo geomorfologico quantitativo
Geologia dell’area
Caratterizzazione
geostrutturale
e
definizione di un modello preliminare di
stabilità statica della Grotta piccola della
Poesia
Finanziamento: Consorzio Universitario Interprovinciale Salentino
2003
(Melendugno – LE)
Responsabile
Relazione di sintesi
Prof. Antonio Federico
2003
0
INDICE
Premessa .........................................................................................................pag. 3
Inquadramento Geologico e Geomorfologico ....................................................... 4
Sistemi Carsici Ipogei ............................................................................................ 7
Fratturazione dell’ammasso roccioso e caratteristiche meccaniche
della roccia .........................................................................................................… 9
Valutazione quantitativa mediante metodi geofisici dello stato di
fratturazione della roccia:
a) falesia adiacente la Grotta della Poesia ......................................................… 11
b) tetto della Grotta della Poesia
.................................................................... 14
Instabilità della falesia e della Grotta della Poesia............................................... 17
Conclusioni ........................................................................................................ 18
Bibliografia ......................................................................................................... 19
1
PREMESSA
Il tratto di costa compreso tra Porto Ligno e Torre dell’Orso è notoriamente una zona di
notevole interesse culturale ed ambientale. Le insenature costiere costituirono approdi
privilegiati per i contatti con l’opposta sponda adriatica e con il mondo Egeo forse già
dalla Preistoria e l’intero territorio conserva le tracce della presenza umana più antica.
Al centro della zona sorge il promontorio di Roca Vecchia, area archeologica con
vestigia dall’età del Bronzo al Medio Evo, da decenni oggetto di indagini condotte
dall’Università di Lecce sotto la direzione del prof. Cosimo Pagliara. La frequentazione
culturale del sito testimonia una realtà fatta di scambi, ma anche di scontri violenti e
distruzioni. Poco più a sud del promontorio si apre una delle numerose grotte dell’area,
quella della Poesia, un autentico santuario ipogeo con migliaia di segni, simboli,
iscrizioni votive in messapico ed in latino, databili fra il II millennio a. C. e l’età romana
repubblicana (Pagliara, 1987).
La costa tra Porto Ligno e Torre dell’Orso possiede inoltre caratteristiche paesaggistiche
di particolare valore su cui insiste, minacciosamente, una elevata pressione antropica.
Tra i pregi ambientali la diffusione e le caratteristiche dei sistemi di cavità naturali
conferiscono alla zona particolare importanza anche per lo studio dei fenomeni carsici.
L’insieme delle caratteristiche culturali ed ambientali della costa tra Porto Ligno e Torre
dell’Orso richiedono una oculata gestione territoriale e conservazione dei beni
paesaggistico - culturali specialmente in considerazione dell’attuale fase di evoluzione
geologica che sovente si manifesta, anche a scala temporale della vita umana, con
ripetuti dissesti della falesia e delle grotte e generali vistosi arretramenti della costa.
La frequenza e l’entità dei fenomeni di instabilità lungo la costa e nella Grotta della
Poesia hanno indotto le locali autorità a realizzare opere di difesa dall’erosione costiera,
del tipo barriere frangiflutti di dubbia efficacia ed impatto negativo almeno dal punto di
vista paesaggistico. Si poneva pertanto l’esigenza di indagini volte a definire
l’evoluzione morfologica del tratto costiero tra Porto Ligno e Torre dell’Orso anche al
fine della salvaguardia della Grotta della Poesia.
Da queste premesse ha preso le mosse il progetto per il “Monitoraggio statico del tratto
costiero tra Porto Ligno e Torre dell’Orso e salvaguardia della Grotta della Poesia”
affidato da Consorzio Universitario Interprovinciale Salentino all’Osservatorio di
Fisica e di Chimica della Terra e dell’Ambiente, oggi Osservatorio di Chimica, Fisica e
Geologia Ambientali dell’Università di Lecce. L’iniziativa dell’Assessorato alla Cultura
della Provincia di Lecce aveva l’obiettivo di valutare la stabilità di Grotta della Poesia
2
alla luce del fenomeno di dissoluzione carsica e della sua possibile evoluzione nel
tempo in vista di un eventuale intervento di risanamento e di consolidazione del sito.
I risultati dello studio sono sinteticamente esposti nella presente relazione generale cui
sono allegate n° 4 relazioni relative alle attività dei singoli gruppi di studio che
illustrano in maniera analitica le indagini svolte.
INQUADRAMENTO GEOLOGICO E GEOMORFOLOGICO
Il tratto costiero tra Porto Ligno e Torre dell’Orso è caratterizzato da una falesia con
profilo generalmente semplice, rappresentato da una superficie subverticale regolare
(57% del litorale). In alcuni tratti (corrispondenti a circa il 30% del litorale), la falesia
mostra profilo complesso, caratterizzato dalla presenza poco al di sopra del livello del
mare di una piattaforma suborizzontale. Nella rimanente parte (13%) del litorale la
originaria morfologia è stata profondamente alterata dall'uomo con l'apertura di cave e
la realizzazione di terrapieni.
L'altezza della falesia varia da valori minimi dell’ordine di 1 m, nei tratti a profilo
complesso, a valori massimi di circa 17 m; l'altezza media è di circa 9 m. Risultano
molto estesi i tratti costieri con falesia alta da 5 a 6 metri e, seppur in misura minore,
quelli con falesie alte circa 14 m. L'altezza media della falesia aumenta gradualmente da
NNW a SSE. I valori minimi si riscontrano nell'area di Roca Vecchia, mentre quelli
massimi si raggiungono poco a Nord dell'insenatura di Torre dell'Orso.
La falesia è molto frastagliata, con pronunciate insenature e tratti di costa orientati
secondo direzioni coincidenti con quelle delle fratture tettoniche.
Alla base della falesia si osserva un solco di battente costituito da un intaglio
orizzontale alto 1-1,5 m e profondo da alcuni decimetri a circa un metro. Esso è
estesamente colonizzato da alghe, molluschi, policheti e crostacei. Le pareti del solco di
battente hanno struttura “alveolare” con vuoti subsferici e subcilindrici, in parte
comunicanti. Tale struttura, interessa la roccia per alcuni decimetri, “sfumando”
progressivamente verso la roccia intatta.
La falesia delimita un tavolato costiero blandamente inclinato da sud verso nord, ossia
dall’abitato di Torre dell’Orso, dove raggiunge circa 15 m sul livello del mare, a quello
prospiciente Porto Ligno, ossia Roca Li Posti, con quote di circa 5 m. Verso l’entroterra
il tavolato è delimitato dalla depressione de Li Tamari (Fig. 1), allungata in direzione
NNO-SSE e con quote minime di 0,5 m sul livello del mare.
3
Figura 1: Carta geologica dell’area studiata. a) depositi continentali (sabbie, limi e argille); b)
depositi calcarenitici e calcilutitici del Pliocene medio-superiore; c) sinclinale; d) anticlinale; e)
giacitura di strato.
Dal punto di vista idrologico, la depressione costituisce un bacino endoreico.
Le differenze altimetriche del territorio rispecchiano lo stile tettonico del substrato
geologico. In particolare, il bacino dei Tamari è impostato lungo una sinclinale
interposta tra due anticlinali, la più occidentale delle quali coincide con l’abitato e la
zona archeologica di Roca Vecchia. Le pieghe hanno assi orientati N 150-160° E e
potrebbero essere dislocate da faglie con analoga orientazione. Gli strati affioranti lungo
la falesia formano, in particolare, il fianco orientale di una piega anticlinalica e sono
inclinati di circa 5° verso ENE.
Il paesaggio del tavolato costiero è tipicamente carsico. Le forme carsiche di maggior
rilievo sono costituite da doline di crollo, due delle quali costituenti altrettanti accessi
verticali al sistema della Grotta della Poesia (Fig. 2).
4
Figura 2: Ubicazione delle grotte e delle doline. I simboli delle unità litologiche sono i medesimi di
Fig. 1. a) dolina; b) accesso a grotta costiera; c) barriere frangiflutti di recente costruzione.
Altre doline di crollo sono state individuate in corrispondenza dell’insenatura di Porto
Ligno, benché la vegetazione e le modificazioni antropiche ne mascherino in gran parte
le evidenze. Molto diffuse sono altre forme carsiche di dimensioni più ridotte rispetto
alle doline, quali vaschette e pozzetti di corrosione.
Questi ultimi, generalmente di forma circolare o ellittica, possono spingersi sino ad
alcuni metri di profondità e sono allineati secondo le linee di fratturazione tettonica,
spesso in corrispondenza delle intersezioni di fratture appartenenti a differenti sistemi.
Tali forme sono rivestite da concrezioni laminari carbonatiche molto tenaci e pertanto
ben in evidenza sulla superficie topografica.
Il substrato geologico è generalmente ricoperto da suoli e detriti e, nella depressone dei
Tamari, da depositi sabbiosi, limosi e argillosi. Esso è privo delle coperture in
prossimità del ciglio della falesia per una fascia irregolare ampia alcune decine di metri.
Le rocce affioranti nell’area compresa tra Porto Ligno e Torre dell’Orso hanno
composizione essenzialmente carbonatica e sono il prodotto della litificazione di sabbie
(calcareniti) e fanghi (calcareniti fini e calcilutiti). Gli strati presentano strutture
5
sedimentarie, tra cui frequenti laminazioni, nonché fossili e tracce delle attività
biologiche di questi ultimi (bioturbazioni). Tali rocce sono riconducibili alla
Formazione di Uggiano del Pliocene medio-superiore. L’erodibilità degli strati è
elevata: in particolare, gli strati più grossolani (calcareniti) appaiono più tenaci di quelli
più fini (calcilutiti). Infatti, specie lungo i tratti di falesia più antichi e stabili, i primi
sono in rilievo rispetto ai secondi, ad indicare la selettività dell’erosione. Gli strati
hanno spessori compresi in genere tra 0.5 e 1.5 m . Strati con spessore maggiore di 2.5
m sono decisamente subordinati. Lo spessore degli strati aumenta gradualmente
procedendo da NNW a SSE.
Le diverse granulometrie delle calcareniti e delle calcilutiti determinano differenze di
permeabilità tra gli strati: in particolare, le calcarenuti, essendo a granulometria piu’
grossolana, si lasciano attraversare in maniera diffusa dalle acque di infiltrazione e da
quelle di falda, mentre le calcareniti fini e le calcilutiti, per le minori dimensioni dei loro
grani e quindi dei loro pori, sono sensibilmente meno permeabili soprattutto quando
sono prive di superfici di discontinuita’. Le differenze di permeabilità determinano, in
seno alla falda superficiale, livelli idrici distribuiti su quote differenti. Varie sorgenti
sono presenti sia lungo il versante occidentale dei Tamari che lungo la falesia ed in
alcune grotte costiere. Nella Grotta della Poesia il deflusso di acqua dolce, un tempo
sicuramente copioso come per altro attestato dalle evidenze geomorfologiche e dal
nome stesso, si è, negli ultimi decenni, sostanzialmente annullato, probabilmente a
causa dei forti emungimenti dalla falda e delle opere di bonifica idraulica
nell’immediato entroterra..
SISTEMI CARSICI IPOGEI
Alla diffusione di forme carsiche di superficie corrisponde, al di sotto della superficie
topografica ed all’interno dell’ammasso roccioso, una cospicua presenza di forme
carsiche ipogee. Tali forme sono costituite da singoli elementi (grotte, gallerie, cunicoli,
ecc.) collegati tra loro a costituire sistemi carsici più o meno complessi.
La Grotta della Poesia fa parte del più importante di questi sistemi. Esso ha uno
sviluppo complessivo di 150 m, ed è costituito da tre sale principali collegate da sifoni,
cunicoli e gallerie. Queste ultime sono alte sino a circa 10 m e in parte sommerse
dall’acqua marina.
6
Il sistema della Grotta della Poesia risulta suddiviso nel Catasto Regionale delle Cavità
Carsiche in Grotta della Poesia Grande e Grotta della Poesia Piccola, identificate
rispettivamente dai numeri 127 e 128 (Fig. 3).
Figura 3: Schema delle Grotte della Poesia ricavato in base ai rilievi di Forti et al. (1985)
Alle due cavità, collegate da un sifone, corrispondono sulla superficie del tavolato le
due ampie doline a sud del promontorio di Roca Vecchia (Fig. 2) e lungo la falesia le
aperture di altrettante gallerie (Fig. 4).
Figura 4: Esempio di fotointerpretazione eseguita su una delle riprese fotografiche. Sono riportate
come linee:
a) la distanza tra le due aste di taratura (blu); b) l'altezza della falesia ai due estremi del tratto
elementare (blu); c) le superfici di strato (verde); d) fratture (giallo); come aree: e) area grotte
(viola); area opere di difesa (celeste).
7
Le sale e le gallerie del sistema carsico hanno il fondo costituito da conoidi di detriti di
crollo e sabbia. Lungo le pareti subverticali delle gallerie si osservano impronte di
erosione di flussi idrici diretti verso mare (scallops). Il solco di battente colonizzato
dalle comunità biologiche fotofile si osserva nei tratti più prossimi alla costa, mentre
segni di abrasione sono presenti lungo la base sommersa e lungo le pareti delle gallerie.
All’interno delle doline le condizioni di luce, temperatura ed umidità variano in
funzione della quota e delle morfologie interne. L’irraggiamento diretto interessa quasi
completamente la Poesia Grande e solo parzialmente la Poesia Piccola. Le pareti della
dolina della Poesia Piccola sono colonizzate da vegetazione terrestre erbacea e arborea
tra cui spicca la presenza di un esmplare di Ficus carica. Ampie porzioni delle pareti
rocciose delle Grotte della Poesia a ridosso del battente d’acqua sono colonizzate da
vegetazione marina.
Lo sviluppo planimetrico del sistema Grotta della Poesia è marcatamente determinato
dalle fratture tettoniche.
Tra gli altri sistemi carsici presenti nella zona studiata spicca quello ubicato in
corrispondenza dell’insenatura di Porto Ligno, costituito da un insieme di cunicoli e
gallerie in collegamento con il mare e facenti capo a due doline allineate lungo la
direzione SSE-NNO. Questo sistema, che un tempo doveva presentare uno sviluppo
planimetrico paragonabile a quello della Grotta della Poesia, risulta attualmente in
buona parte ostruito da materiali di riempimento.
L'analisi delle riprese fotografiche evidenzia la presenza di un numero significativo di
tratti caratterizzati da grotte costiere ampie pochi metri e con forma di “ripari
sottoroccia”, alcune con apertura di grandi dimensioni. La distribuzione spaziale di
questo parametro, mostra una maggiore frequenza delle grotte costiere nel tratto di
litorale compreso tra il complesso archeologico di Roca e l'insenatura di Torre dell'Orso.
FRATTURAZIONE DELL’AMMASSO ROCCIOSO E CARATTERISTICHE
MECCANICHE DELLA ROCCIA
Un primo insieme di discontinuità dell’ammasso roccioso è costituito dalle superfici di
strato suborizzontali: lungo il tratto costiero tali superfici risultano inclinate (in genere
di circa 5°) verso E-NE.
8
Nell’ambito degli strati, poi, sono presenti altri 4 sistemi di fratture subverticali con
direzioni medie (da N verso E) 20°, 65°, 110° e 155° (Fig. 5).
Figura 5: Ubicazione delle stazioni strutturali e relativi diagrammi equiareali dei sistemi di
fratture.
Tali fratture hanno spaziatura variabile da alcuni decimetri ad alcuni metri.
Il rilievo geomorfologico fotointerpretativo ha evidenziato che la lunghezza delle
fratture presenti in media su di un metro quadro di superficie di falesia varia da 0 a 0.5
metri. Il valore medio della densità di fratture si attesta su 0.39 m/m2. L'analisi della
distribuzione spaziale della densità di fratture evidenzia una sostanziale uniformità del
grado di fratturazione interrotta dalla presenza di alcuni brevi tratti di litorale
particolarmente fratturati (densità di fratture maggiore di 0.65 m/m2).
Le fratture tettoniche appaiono in gran parte rinsaldate da concrezioni calcitiche; altre,
al contrario sono allargate dai fenomeni di dissoluzione carsica. Le fratture di
quest’ultimo tipo risultano beanti con aperture le cui dimensioni vanno da alcuni
millimetri sino ad alcuni metri nei casi di sviluppo completo di gallerie. Subordinate
sono risultate essere le fratture beanti riempite parzialmente o totalmente, da detriti o
suolo.
Come già accennato, le fratture caratterizzano fortemente la morfologia del sito. Infatti
sia la falesia che i sistemi carsici sono costituiti da tratti orientati in prevalenza secondo
tali direzioni. Inoltre, le fratture tettoniche costituiscono le superfici preferenziali di
distacco di numerose frane lungo la falesia.
9
Anche nell’ambito della Grotta sono evidenti 5 principali sistemi di discontinuità. Le
fratture si presentano sia aperte che riempite da concrezioni e/o depositi residuali. Nel
suo insieme l’ammasso roccioso dell’intorno della Grotta può considerarsi da
moderatamente a fortemente fratturato, essendo caratterizzato da blocchi di dimensioni
estremamente variabili. Tale variabilità è evidenziata sia dai valori delle spaziature delle
principali famiglie di discontinuità (da un minimo di qualche cm ad un massimo di 25
m) che dalle misure di persistenza (da 2 a 70 m). Detti valori, in gran parte rilevati a
vista, sono rappresentativi delle sole fratture riconoscibili all’interno della Grotta e
dovrebbero essere oggetto di affinamento strumentale. Le misure di scabrezza e
resistenza alla compressione sono state effettuate lungo tratti di parete della Grotta
coincidenti con piani di discontinuità tettoniche. Con riferimento alla scabrezza, sono
state indagate porzioni paretali totalmente prive di contenuto epigrafico e caratterizzate
da superfici sia ondulate rugose e lisce che segmentate rugose e lisce: il valore medio di
JRC, pari a 10.15, è rappresentativo della scabrezza delle principali discontinuità. Le
misure di resistenza effettuate mediante l’uso dello sclerometro, hanno fornito valori di
resistenza sui citati piani di discontinuità localmente assai elevati, a motivo della
cementazione secondaria conseguente a precipitazioni di carbonati nelle porosità della
roccia. Le misure di resistenza alla compressione effettuate in laboratorio hanno, d’altra
parte, fornito valori relativamente bassi (<1.7 MPa), diagnostici di roccia di mediocre
qualità. In relazione poi ai parametri di resistenza al taglio, prove di taglio diretto su
campione di calcilutite hanno fornito risultati strettamente dipendenti dallo stato di
saturazione del materiale: in particolare la coesione varia da 274 a 379 KPa mentre
l’angolo di resistenza al taglio è compreso tra 26.5 e 38.6°.
VALUTAZIONE QUANTITATIVA MEDIANTE METODI GEOFISICI DELLO
STATO DI FRATTURAZIONE DELLA ROCCIA:
a) falesia adiacente la Grotta della Poesia
Le indagini tomografiche sismica, elettrica ed elettromagnetica impulsiva sono state
eseguite prevalentemente sulla parte di falesia antistante la Grotta della Poesia (Fig. 11
della relazione geofisica).
Le diverse metodologie hanno fornito dati ben correlati.
Dallo studio delle onde dirette presenti nella sezione sismica (Fig. 6a) risulta che le
velocità di propagazione delle onde P assumono valori compresi tra 600 e 800 m/s; i
valori più alti si ritrovano nella parte ovest della figura (verso l’entroterra). La
10
tomografia elettrica (Fig. 6b) indica valori bassi di resistività in leggera risalita nella
parte ovest: infatti le resistività nella parte est ed ovest assumono rispettivamente valori
4 - 15 Ω m e 30 - 50 Ω m.
La elevata energia elettromagnetica riflessa che caratterizza alcune zone (Fig. 6c) é
correlabile alla probabile presenza di un sistema di microfratture che divide l’area
indagata in due parti, cosa del resto evidente anche dalle tomografie elettrica e sismica.
Inoltre, utilizzando i valori stimati per la velocità Vp e le relazioni empiriche che legano
tali valori alla qualita’ della roccia (Leucci, 2004), si sono ricavati i seguenti valori per
i parametri di fratturazione:
densità di frattura C: 0,26-0,35 m/m2;
densità lineare di frattura Γ: 7,7 - 9,9 1/m;
indice di discontinuità Id: 2,9-3,8;
indice di qualità RDQ: <20%.
Questi valori sono indice di bassa qualità per le calcareniti che costituiscono la falesia.
In particolare, i valori di densità di frattura C rientrano nell’intervallo di variabilità
(0,17-0,38 m/m2) osservato nella stessa area mediante le indagini geomorfologiche.
11
Figura 6: Profondità 1.28-2.07m - modello di distribuzione: a) velocità di
propagazione dell’onda P; b) resistività; c) energia elettromagnetica riflessa. La linea
tratteggiata indica il sistema di microfratture.
b) tetto della Grotta della Poesia
Sono state eseguite indagini tomografiche sismiche ed elettriche in un area estesa 30 x
12 m al tetto della Grotta della Poesia (Fig. 20 della relazione geofisica).
12
La tomografia elettrica (Fig. 7a) ha messo in evidenza aree a basso valore di resistività
(< 25 Ω m) che sono state interpretate come possibili zone a fratturazione molto elevata
ed in cui le fratture stesse sono riempite di materiale detritico imbevuto di acqua salata.
La tomografia sismica a rifrazione ha fornito valori di velocità di propagazione delle
onde P (Fig. 7b) comprese tra 700 e 900 m/s; tali valori confermano l’elevato grado di
fratturazione della calcarenite: infatti, lo stesso parametro assume nella calcarenite
intatta valori compresi nell’intervallo 1500 - 2000 m/s (Leucci, 2004). In relazione alle
onde S, la medesima tomografia ne ha fornito valori di velocita’ compresi tra 220 e 600
m/s (Fig.7c).
Il rapporto Vp/Vs assume valori compresi generalmente tra 1.5 e 3.2 e localmente tra
2.2 e 3.2 (Fig.7d), a denotare elevata fratturazione dell’ammasso roccioso.,essendo pari
ad 1.4 il valore limite superiore di tale rapporto per rocce di buona qualita’ (Reynolds,
1998).
In base ai valori di Vp/Vs si ottengono i seguenti valori per i parametri di frattura
(Leucci,2004):
densità lineare di frattura Γ: 2,71-6,64 1/m;
indice di qualità RDQ: 67,37%-20,37%.
Questi valori sono indice di bassa qualità delle calcareniti che costituiscono il tetto
della Grotta.
La Fig. 7 consente di confrontare i risultati ottenuti con le due metodologie. I diversi
risultati ottenuti hanno correlazioni ragionevoli.
In Fig. 7 si possono osservare, infatti, corrispondenze dirette tra:
−
La zona indicata con F in cui il rapporto Vp/Vs è relativamente alto (circa 2.5) e la
resistività relativamente bassa (circa 15 ohm m): si tratta verosimilmente di zone molto
fratturate le cui fratture sono riempite di detriti umidi;
−
Le zone indicate con E in cui il rapporto Vp/Vs è sempre alto (circa 2.8) a denotare
zone ad alta fratturazione; la corrispondente zona nella mappa delle resistività
appartiene ad un area più estesa la cui resistività (circa 50 ohm m), sempre bassa ma più
alta di quella della zona F, denota una zona relativamente più asciutta.
Un’ulteriore osservazione è da fare: nelle slices di tomografia elettrica relative a
profondità maggiori, la zona F si allarga ed indica che il fenomeno osservato coinvolge
13
in profondita’ zone sempre piu’ estese. Invece il fenomeno della zona E
sembra
limitato alle sole profondità riportate in Fig. 7.
Si conclude che la roccia che costituisce il tetto della grotta presenta numerose fratture
non cementate. Esse suggeriscono evidenti potenziali instabilita’ della volta della
Grotta del tipo crolli. e distacchi di blocchi rocciosi.
14
F
F
F
E
F
E
Fig. 7: Profondità 2.18 – 2.95m - modello di distribuzione a) resistività; b) velocità di
propagazione dell’onda P; c) velocità di propagazione dell’onda S; d) rapporto Vp/Vs.
15
INSTABILITÀ DELLA FALESIA E DELLA GROTTA
L’instabilità della falesia, dei sistemi carsici e della Grotta della Poesia in particolare, è
stata ulteriormente messa in evidenza dalle indagini geologiche e geotecniche. Lungo la
fascia costiera compresa tra Porto Ligno e Torre dell’Orso sono stati riconosciuti circa
50 eventi di crollo, 30 dei quali collocabili nell’intervallo di tempo tra il 1943 (anno
delle prime foto aeree disponibili) ed il 2004. Un alto numero di eventi sembra essersi
verificato tra il 1955 ed il 1972.
Le discontinuità dell’ammasso roccioso sono determinanti in gran parte dei fenomeni di
distacco di blocchi rocciosi dalla falesia ed all’interno degli ipogei.
Altre frane, che hanno coinvolto strutture di età medioevale, danno conto di un
significativo arretramento della linea di costa a partire almeno dal XV secolo.
L'arretramento della falesia e l’ampliamento degli ipogei carsici avvengono
generalmente per frane da crollo indotte da una efficace azione di scalzamento al piede
da parte dell’erosione marina.
Quest’ultima si esplica attraverso il moto ondoso, reazioni chimiche dissolutive di tipo
carsico e fenomeni erosivi di origine biologica (“bioerosione”).
Il moto ondoso agisce essenzialmente per effetto dell’abrasione per sfregamento di
sabbie e ciottoli e della rimozione di frammenti già in parte isolati dall’ammasso
roccioso. In merito alla dissoluzione carsica delle rocce, i mescolamenti dell’acqua
marina con quelle dolci di falda e meteoriche (queste ultime sotto forma di
precipitazioni dirette negli ipogei aperti, di acque di infiltrazione e di stillicidio)
producono acque salmastre molto aggressive sul carbonato di calcio (ipercarsismo).
L’azione erosiva degli organismi viventi sul substrato roccioso si esplica invece
attraverso
tre
meccanismi:
secrezioni
di
sostanze
chimicamente
aggressive,
disgregazioni fisiche e processi causati dalla degradazione della materia organica. In
particolare è la presenza di microorganismi epilitici ed endolitici che richiama
l’attenzione di animali “brucatori” e “raspatori” quali molluschi ed echinodermi, oltre
ad alcune specie di pesci, che aggrediscono il substrato, in cerca del nutrimento,
asportando particelle di roccia. Infine, anche l’ossidazione della sostanza organica,
producendo anidride carbonica e vari metaboliti, contribuisce ad aumentare
l’aggressività delle soluzioni acquose nei confronti del carbonato di calcio.
Per ciò che attiene alla instabilità della falesia e degli ipogei carsici, sono stati
individuati tre principali meccanismi di dissesto:
16
- caduta di blocchi con distacco lungo superfici di frattura e di strato, seguita in genere
da parziale ribaltamento;
- rottura per flessione
- collasso parziale o totale delle volte delle cavità.
Con stretto riferimento alla stabilità della Grotta della Poesia Piccola, è stato applicato
un modello speditivo di analisi lungo alcune sezioni verticali della Grotta medesima. I
relativi risultati evidenziano, seppure nei limiti delle assunzioni adottate, condizioni di
stabilità localmente prossime all’equilibrio limite o comunque precarie.
CONCLUSIONI
Il tratto di costa compreso tra Porto Ligno e Torre dell’Orso (Melendugno-Lecce) ha
ben note caratteristiche di interesse culturale e paesaggistico. Di grande rilevanza sono
infatti il promontorio di Roca Vecchia ed il sistema carsico ipogeo della Grotta della
Poesia.
Dal punto di vista geologico il tratto costiero in questione è caratterizzato dalla falesia
che, anche a vista, si presenta molto fratturata e dalla presenza di numerosissime forme
carsiche, causa di frequenti fenomeni di instabilità e di arretramento della linea di costa.
Le considerazioni sopra riportate ed il desiderio di salvaguardare un patrimonio
culturale e paesaggistico di così grande rilevanza sono alla base di questo studio.
E’ innanzitutto da segnalare che la barriera frangiflutti realizzata all’imbocco del canale
della Grotta della Poesia Piccola come contromisura all'azione del mare sulla stabilità
della falesia, ha ridotto notevolmente il ricambio delle acque all’interno della cavità e
determinato, di conseguenza, il repentino accumulo di detrito organico. Tale detrito
potrà intensificare l’azione del carsismo biologico esaltandone gli aspetti speleogenetici,
con effetti negativi sulla stabilità delle pareti dell’ipogeo.
Opportuna è comunque una generale maggiore attenzione all’area della Grotta ed a
quanto sia di origine antropico che naturalistico può negativamente influenzare le sue
già precarie condizioni di stabilità: ad esempio è presente, nella parte alta dell’apertura
della Grotta, un albero di fico; le sue radici, al crescere dell’albero stesso, svolgeranno
viepiù azione di cuneo tra i blocchi lapidei aumentando la instabilità della Grotta: si
consiglia quindi di far luogo al più presto al taglio dell’albero medesimo alla sua base.
Le indagini geologiche, geomorfologiche, geotecniche e geofisiche integrate, tutte di
tipo quantitativo, eseguite sulla falesia hanno indicato una situazione di stabilità
17
complessiva precaria, confermata peraltro dai numerosissimi fenomeni di crollo e
ribaltamento verificatisi anche recentemente.
Le stesse indagini integrate eseguite in corrispondenza della Grotta della Poesia
indicano concordemente una generale situazione di rischio di frana che localmente
assume carattere di maggiore gravità.
A riprova di quanto detto si segnala che l’ultimo episodio di instabilità verificatosi nel
dicembre 2003 ha avuto luogo proprio in corrispondenza di una delle zone a maggiore
rischio indicata dalle indagini.
In conclusione, il valore artistico – ambientale della Grotta e la complessità del
problema richiedono un approfondimento delle indagini sulla stabilità anche al fine
della conservazione della Grotta stessa nel medio - lungo termine. A tale riguardo, si
suggerisce l’uso dell’algoritmo agli elementi distinti che, tuttavia, richiede un maggior
dettaglio dei dati, acquisibile con idonea strumentazione di precisione.
Bibliografia
FORTI P., 1985, I risultati delle esplorazioni speleosubacquee condotte dall’U.S.B. in
Puglia nell’anno 1973. Atti del 1° Convegno Regionale di Speleologia, Castellana
Grotte, 87-98.
LEUCCI G., (2004): I metodi elettromagnetico impulsivo, elettrico e sismico
tomografico a rifrazione per lo studio di problematiche ambientali: sviluppi
metodologici e applicazioni. Tesi di Dottorato di Ricerca in Geofisica per l’Ambiente ed
il Territorio XV Ciclo;
PAGLIARA C., 1987, La Grotta Poesia di Roca (Melendugno-Lecce). Note preliminari.
Ann. Pisa, 17, p. 267-328.
REYNOLDS, J.M., (1998): An Introduction to Applied and Environmental Geophysics.
Published by John Wiley & Sons Ltd. Baffins Lane, Chichester, West Sussex PO19
1UD, England.
18
Dipartimento di Scienza dei Materiali - Università degli Studi di
Lecce
______________________________________________________________________________
(Melendugno – LE)
Responsabile del programma di ricerca:
Geologia dell’area
a cura di:
Dott. Marco Delle Rose
Dott. Mario Parise
2003
1
INDICE
Introduzione .................................................................................................pag. 3
Stratigrafia e Tettonica ...................................................................................... 3
Discontinuità e Fratturazione dell’Ammasso Roccioso .................................... 4
Aspetti Geomorfologici ..................................................................................... 4
Idrogeologia ........................................................................................................ 6
Sistemi Carsici .................................................................................................... 8
Rilievo delle Discontinuità nella Grotta della Poesia Piccola ............................ 9
Instabilità della Falesia e della Grotta ................................................................ 9
Ricostruzione dell’Evoluzione Geologica ......................................................... 11
Conclusioni ........................................................................................................ 12
Ringraziamenti .................................................................................................. 13
Bibliografia ....................................................................................................... 13
2
INTRODUZIONE
Il tratto di costa oggetto del presente studio è compreso tra l’insenatura di Porto Ligno, ubicata
immediatamente a sud dell’abitato di Roca, e Torre dell’Orso. Esso è caratterizzato da una falesia
soggetta a frequenti fenomeni di franamento in roccia, che interessano anche i numerosi ipogei
carsici, di particolare interesse culturale e naturalistico, presenti lungo la costa. Un recente evento di
crollo (dicembre 2003), ha vulnerato una parte della cavità denominata Grotta della Poesia Piccola,
autentico santuario ipogeo con migliaia di segni, simboli ed epigrafi databili fra il II millennio a. C.
e l’età romana repubblicana (PAGLIARA, 1987).
I rischi connessi ai suddetti fenomeni di instabilità hanno indotto le locali Autorità a realizzare
opere di difesa dall’erosione costiera, quali barriere frangiflutti di blocchi rocciosi elevate sino al
ciglio della falesia, che comportano un indubbio impatto negativo dal punto di vista paesaggistico.
Si poneva, pertanto, inderogabile l’esecuzione di indagini volte a definire l’evoluzione del tratto
costiero anche al fine della salvaguardia della Grotta della Poesia.
Da queste premesse ha preso avvio il progetto per il “Monitoraggio statico del tratto costiero tra
Porto Ligno e Torre dell’Orso e salvaguardia della Grotta della Poesia” affidato dal Consorzio
Universitario Salentino all’Osservatorio di Fisica e di Chimica della Terra e dell’Ambiente, oggi
Osservatorio di Fisica, Chimica e Geologia Ambientale dell’Università di Lecce. L’iniziativa
dell’Assessorato alla Cultura della Provincia di Lecce si è proposta di valutare la stabilità di Grotta
della Poesia alla luce del fenomeno di dissoluzione carsica e della sua possibile evoluzione nel
tempo in vista di un eventuale intervento di risanamento e di consolidazione del sito.
La presente relazione geologica è stata redatta da Marco Delle Rose e Mario Parise, ricercatori
presso la Sezione di Bari dell’Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologica del Consiglio
Nazionale delle Ricerche. Le finalità delle attività di ricerca e del presente elaborato sono relative
alla ricostruzione dell’evoluzione geologica; alla definizione della speleogenesi dei sistemi carsici
ed al riconoscimento dei fenomeni geomorfologici in atto. I risultati delle ricerche di seguito
esposte sono stati in parte già pubblicati e presentati a congressi nazionali ed internazionali.
STRATIGRAFIA E TETTONICA
I lineamenti geologici dell’area sono stati definiti analizzando, oltre al tratto di costa considerato,
anche una zona di entroterra ampia alcuni chilometri e costituita da un tavolato, con quote
topografiche massime di alcune decine di metri sul livello del mare, progressivamente digradanti
verso Roca. La regolarità del tavolato è interrotta dall’ampia depressione de Li Tamari (fig. 1) che
presenta quote minime di circa 1 m sul livello del mare.
Le rocce affioranti nell’area hanno composizione essenzialmente carbonatica e sono il prodotto
della litificazione di sabbie (calcareniti) e fanghi (calcareniti fini e calcilutiti) deposte in ambiente
marino. Gli strati presentano strutture sedimentarie, tra cui frequenti laminazioni, nonché resti
fossili di organismi marini e tracce di attività biologiche (bioturbazioni). Alcuni livelli presentano
particolari concentrazioni di resti animali tanto da costituire dei veri e propri giacimenti fossiliferi
(VAROLA, 1965; BONFIGLIO e DONADEO, 1982).
Tali rocce sono correlabili con la Formazione di Uggiano (LARGAIOLLI et al., 1969) e sono
attribuibili al Pliocene medio-superiore sulla base delle analisi biostratigrafiche di BOSSIO et al.
(1985). Questi ultimi Autori analizzano e datano, in particolare, la serie affiorante a S dell’area
oggetto della presente ricerca, in località S. Andrea. La serie è caratterizzata da strati con
significative percentuali di minerali argillosi e, probabilmente, occupa una posizione stratigrafica
inferiore rispetto a quella affiorante a Rocavecchia.
Nel tratto compreso tra Porto Ligno e Torre dell’Orso, gli strati dei depositi pliocenici hanno
spessori compresi in genere tra 0,5 e 1,5 metri. Strati con spessore maggiore di 2,5 m sono
decisamente subordinati. L’erodibilità degli strati è elevata; in particolare, gli strati calcarenitici
appaiono più tenaci di quelli calcilutitici. Infatti, specie lungo i tratti di falesia più antichi e stabili, i
primi sono in rilievo rispetto ai secondi, ad indicare la selettività dell’erosione.
3
Nell’area di indagine, l’unità stratigrafica pliocenica non appare sormontata da altre unità marine
più recenti. Tuttavia, in alcune fessure della roccia (fratture tettoniche allargate) sono stati osservati
riempimenti calcarenitici consolidati, in guisa di piccoli “filoni sedimentari”, che costituiscono
indizi di un ciclo sedimentario di età tardopliocenica o pleistocenica. D’altra parte, depositi
calcarenitici e calciruditici marini, in contatto trasgressivo con quelli del Pliocene, sono presenti già
a partire da alcune centinaia di metri più a nord del tratto di costa considerato (LARGAIOLLI et al.,
1969; MARGIOTTA e DELLE ROSE, 1992). Nella depressione dei Tamari i depositi pliocenici
sono sormontati da sabbie, limi e argille, contenenti materiale carbonioso e con paleosuoli
intercalati, deposti in ambiente continentale.
In merito all’assetto tettonico degli strati pliocenici è stata rilevata la presenza di pieghe
sinclinaliche ed anticlinaliche i cui assi presentano direzioni NNW-SSE. Le differenze altimetriche
del territorio rispecchiano lo stile tettonico del substrato geologico. In particolare, il bacino dei
Tamari è impostato lungo una sinclinale compresa tra due anticlinali, la più occidentale delle quali
coincide con l’abitato e la zona archeologica di Rocavecchia (MARGIOTTA e DELLE ROSE,
1992). Gli strati affioranti lungo la falesia tra Porto Ligno e Torre dell’Orso costituiscono il fianco
orientale di una piega anticlinalica e sono inclinati in genere di circa 5° verso ENE. Le pieghe
potrebbero essere dislocate da faglie con orientazione analoga a quella degli assi delle pieghe
(ZEZZA, 1997).
DISCONTINUITA’ E FRATTURAZIONE DELL’AMMASSO ROCCIOSO
L’ammasso roccioso è interessato da discontinuità di varia natura. Un primo insieme è costituito
dalle superfici di stratificazione con sviluppo geometrico, osservabile alla scala degli affioramenti,
pressoché planare e spaziatura (numero di superfici per metro) variabile da 0,3 a 1, con valori
massimi intorno a 10.
Altre discontinuità che frammentano i depositi pliocenici sono costituite dalle superfici di
fratturazione tettonica. Sulla base di varie stazioni strutturali è stato determinato che gli strati
pliocenici presentano 4 sistemi principali di fratture. Esse sono subverticali con direzioni medie (da
N verso E) 20, 65, 110 e 155° (fig. 2) e con deviazioni da tali valori raramente superiori a 15°. Si
sottolinea la congruenza degli assi strutturali delle pieghe degli strati con i sistemi di fratture. In
altre parole, essi possono essere il risultato di un singolo stress tettonico di compressione con asse
di maggior sforzo orientato OSO-ENE. Le superfici di frattura, quando osservabili lungo ampie
esposizioni, presentano in genere varie ondulazioni. E’ stato, inoltre, osservato che fratture dello
stesso sistema si possono più volte intersecare reciprocamente su distanze di alcuni metri (sistemi
anastomizzati). La persistenza delle discontinuità tettoniche varia da alcuni metri ad alcune decine
di metri ed oltre, mente la loro spaziatura è variabile da circa 0,2 a oltre 20 superfici per ogni metro
lineare.
Le fratture tettoniche appaiono in gran parte ricementate da concrezioni carbonatiche; altre, al
contrario, risultano allargate dai fenomeni di dissoluzione carsica con aperture da alcuni millimetri
sino ad alcuni metri nei casi di sviluppo completo di gallerie. Subordinate sono risultate essere le
fratture beanti riempite, parzialmente o totalmente da detriti e suoli.
Le fratture caratterizzano fortemente la morfologia del sito. Infatti sia la falesia che i sistemi carsici
sono costituiti da tratti orientati in prevalenza secondo tali direzioni. Inoltre le fratture tettoniche
costituiscono le superfici preferenziali di distacco di numerose frane lungo la falesia.
ASPETTI GEOMORFOLOGICI
Il substrato geologico è generalmente privo delle coperture detritiche ed edafiche per una fascia di
alcune decine di metri dal ciglio della falesia. Qui si osserva l’elevata erodibilità dei depositi
pliocenici; in particolare, come già accennato, gli strati calcarenitici sono in genere più tenaci di
quelli calcilutitici. A luoghi gli strati calcilutitici presentano numerose cavità cilindriche del
diametro di alcuni centimetri, interpretabili come condotte di origine freatica, ossia prodotte dalla
circolazione di acqua in pressione. Queste piccole cavità cilindriche sono concentrate, in
4
particolare, in corrispondenza di un livello stratigrafico particolarmente erodibile. Che affiora e
cinge il bordo orientale della dolina corrispondente alla Grotta della Poesia Grande; esso inoltre
costituisce il periplo del ciglio della dolina di Grotta della Poesia Piccola. Tale livello è ben
osservabile in altri punti dell’area investigata, determinando scarpate morfologiche anche se, come
già evidenziato da PAGLIARA (1987), “appare spesso obliterato da terreni di riporto antichi e
moderni, ma viene nuovamente rivelato dalla quota del pavimento della chiesa [della Madonna di
Rocavecchia] circa tre- quattro metri sotto il livello stradale moderno”. La base del gradino
morfologico, inoltre, sembra coincidere, nella sostanza, con una paleolinea di costa di età
neotirreniana ipotizzata da ZEZZA (1997).
Il tratto di costa analizzato è caratterizzato da una falesia con profilo in genere rettilineo e più o
meno regolare. L'altezza della falesia aumenta gradualmente da NNW a SSE, con valori minimi si
riscontrano nell'area di Roca e massimi poco a Nord dell'insenatura di Torre dell'Orso. La falesia è
molto frastagliata, con pronunciate insenature e tratti di costa orientati secondo direzioni coincidenti
con quelle delle fratture tettoniche
Alla base della falesia si osserva un solco di battente costituito da un intaglio orizzontale alto 1-1,5
m e profondo da alcuni dm a circa un m. Esso coincide con la porzione inferiore del piano
vegetazionale sopralitorale, per lo più privo di alghe macroscopiche, ed il piano mesolitorale
(PARENZAN, 1983), interposto tra il livello superiore delle alte maree normali e quello delle basse
maree eccezionali. Il solco di battente è estesamente colonizzato da feoficee, rodoficee e cloroficee,
sia crostose che fruticose, tra cui trovano rifugio varie specie di molluschi, policheti e crostacei
(BECCARISI et al., 2003).
Le pareti del solco di battente hanno struttura “alveolare” con vuoti subsferici e subcilindrici, in
parte comunicanti. Tale struttura, analoga a quelle definite (in altre aree carsiche costiere) ad
“alveare” da GREGOR (1981) e a “formaggio svizzero” da BACK et al. (1984), interessa la roccia
per alcuni decimetri, “sfumando” progressivamente verso la roccia intatta. La genesi della struttura
“alveolare” deve essere attribuita, in gran parte, a processi biologici operati dagli organismi sul
substrato litico. In particolare, nella porzione superiore del solco i processi di erosione della roccia
sono ben evidenti ad opera soprattutto di alcuni molluschi, quali patelle e chitoni, che producono
nella roccia cavità subcilindriche di diametro e forma coincidenti con quello dei singoli individui.
Più in generale, l’azione degli organismi sul substrato roccioso si esplica, in generale, in maniera
complessa, attraverso tre principali meccanismi: secrezione di sostanze chimiche; disgregazione
fisica e processi chimici causati dalla degradazione della materia organica (GOLUBIĆ e
SCHNEIDER, 1972; FOLK et al., 1973; SCHNEIDER, 1977). Rispetto a tali azioni, il moto
ondoso, allontanando continuamente la materia organica in via di degradazione, ne riduce gli effetti
demolitrici sulle rocce. Nella porzione inferiore del solco, ai processi di “bioerosione” si
sovrappongono anche quelli di “biocostruzione”, soprattutto di tipo algale.
L’azione del moto ondoso, in virtù della copertura vegetazionale, non produce di norma abrasione
lungo il solco di battente e si manifesta con la rimozione di frammenti rocciosi già quasi del tutto
isolati dal substrato litico. Pronunciati solchi di battente sono stati osservati, nelle limitrofe aree di
San Foca e Sant’Andrea, anche sui lati rivolti a terra di scogli isolati, dove ridotte sono le azioni
dinamiche del moto ondoso e quelle di dissoluzione chimica, a conferma di quanto sia determinante
il contributo biologico alla loro formazione. Il solco di battente costituisce, inoltre, nella maggior
parte dei crolli osservati, l’elemento destabilizzante delle pareti rocciose.
In relazione all’efficacia dell’azione erosiva del moto ondoso all’interno degli ipogei costieri,
occorre rilevare sostanziali diversità di vedute nell’ambito della letteratura scientifica. Ad esempio,
mentre FORTI (1993) sostiene che l’erosione del moto ondoso all’interno delle grotte perde efficacia
dopo pochi metri, per cui le grotte con tale genesi sarebbero comunque sempre molto piccole,
ZEZZA (1997) è decisamente di parere contrario. Questo ultimo Autore, proprio in merito ai
sistemi carsici della zona di Rocavecchia, sostiene infatti che “l’energia delle onde che entra nelle
5
grotte è tale da favorire il trasporto durante le tempeste di materiale ghiaioso, che accelera
l’erosione delle pareti sino all’altezza dei frangenti, che hanno tagliato solchi sino a 3-4 metri”.
I mescolamenti dell’acqua di mare con quelle dolci di falda e meteoriche (queste ultime sotto forma
di precipitazioni dirette negli ipogei aperti, di acque di infiltrazione e di stillicidio, vedi fig. 12)
producono acque salmastre molto aggressive sul carbonato di calcio (ipercarsismo per diffusione
sensu CIGNA, 1983; FORTI, 1991). Altri processi ipercarsici hanno all’origine l’idrodinamismo
costiero che causa, specie nelle fasce sopratidale e intertidale, variazioni di umidità e, di
conseguenza, di salinità delle acque filtrate nelle rocce. Nella fascia sopratidale la salinità è
influenzata anche dalle precipitazioni e dall’evaporazione per riscaldamento solare.
Il paesaggio del tavolato costiero retrostante la falesia è tipicamente carsico. Le forme carsiche di
maggior rilievo sono costituite da doline di crollo, due delle quali costituenti altrettanti accessi
verticali al sistema delle Grotte della Poesia (fig. 3). Altre doline di crollo sono state individuate
all’altezza dell’insenatura di Porto Ligno, benché la vegetazione e le modificazioni antropiche ne
abbiano in gran parte mascherato le evidenze. Molto diffuse sono le forme carsiche di minori
dimensioni, quali le vaschette di corrosione ed i pozzetti. PARENZAN (1983) segnalando
“centinaia di pozzetti […] che qualche studioso scambiò, a prima vista, per probabili ceppaie
fossili”, riconobbe il tipo di cavità già descritte da MAXIA (1950), ed entro cui BLANC e
CARDINI (1961) individuarono inumazioni del V secolo a. C.
Misure sistematiche sulle principali caratteristiche dei pozzetti sono state condotte in due aree
campione, ciascuna di circa 30 per 10 metri, a nord e a sud del promontorio di Rocavecchia. Le
misure sono riassunte nelle Tabelle I e II. In sintesi, i pozzetti presentano forma generalmente
circolare, subordinatamente di tipo ellittico; più raramente, assumono forma squadrata, chiaramente
controllata dalle fratture tettoniche. Il diametro varia da valori minimi di 15-20 cm ad un massimo
di 155 cm; la profondità maggiore osservata è di oltre 4 m.
I pozzetti sono in genere ricoperti da concrezioni carbonatiche laminari, le quali presentano
colorazioni variabili dal rosato al rosso cupo e spessori sino a 20 cm. Essendo più resistenti
all’erosione degli strati carbonatici, tali concrezioni sporgono spesso ben in evidenza sulla
superficie topografica. Alcuni campioni di concrezioni sono stati analizzati con il microscopio a
luce polarizzata (DELLE ROSE e PARISE, 2003). Dall’osservazione microscopica si desume che
esse sono costituite da millimetriche lamine di micrite con diverso tenore di impurità, e
subordinatamente di sparite (fig. 4). In alcune lamine sono stati osservati clasti silicatici ben
arrotondati, in prevalenza costituiti da quarzo, e sporadici frammenti di bioclasti (molluschi,
echinodermi).
E’ stato inoltre osservato che i pozzetti sono allineati secondo fratture tettoniche e, spesso, in
corrispondenza delle intersezioni di fratture appartenenti a differenti insiemi. In merito alla genesi, i
pozzetti potrebbero essere il risultato dello sviluppo di condotte carsiche verticali o
dell’approfondimento di vaschette di corrosione (fig. 5).
IDROGEOLOGIA
La fascia costiera tra Porto Ligno e Torre dell’Orso è caratterizzata da varie sorgenti d’acqua,
mentre l’entroterra è puntellato da numerosi pozzi. Le rocce carbonatiche plioceniche costituiscono,
nel complesso, un acquifero che, nell’entroterra, raggiunge spessori di decine di metri (REINA,
1969; CALÒ et al., 1990). In ogni caso, essendo gli strati calcarenitici più permeabili di quelli
calcilutitici, la circolazione sotterranea avviene secondo più livelli, individuando, nella sostanza, più
falde sovrapposte. Sono le diverse granulometrie delle calcareniti e delle calcilutiti a determinare le
differenze di permeabilità tra gli strati. In particolare, quelli più grossolani si lasciano attraversare in
maniera diffusa dalle acque di infiltrazione e da quelle di falda, mentre quelli più fini risultano
sensibilmente meno permeabili in assenza di superfici di discontinuità, a causa delle ridotte
dimensioni dei pori.
6
Le sorgenti lungo la costa sono ubicate, in genere, in corrispondenza di cavità carsiche. Lo stesso
termine “Poesia”, deriverebbe, secondo l’ipotesi più accreditata, dallo “slittamento per omofonia nel
termine romanzo poisia, poesia, puesia … il termine greco [essendo] attestato anche in forme
dialettali greche vive in aree di provenienza delle popolazioni ellenofone del Salento medioevale
(Cipro, Pelopenneso) ad indicare l’acqua potabile” (PAGLIARA, 1987). A riprova di ciò si
consideri che alcuni idiomi locali conservano ancora il greco posia. Lo stesso Autore segnala nella
Grotta della Poesia “l’esistenza di un flusso d’acqua dolce che … si mescola immediatamente
all’acqua marina, abbassandone però notevolmente in quel punto la concentrazione salina”. Tale
deflusso appare aver subito negli ultimi decenni una significativa riduzione di portata,
probabilmente a causa di un eccessivo sfruttamento dell'acquifero (peraltro sovente impropriamente
perforato con trivellazioni che mettono in collegamento livelli idrici con differenti carichi idraulici),
nonché della diminuzione di piovosità che ha interessato negli ultimi decenni il Salento, o almeno la
sua porzione nord orientale, come evidenziato dalle misure registrate dalla stazione pluviometrica di
Lecce (BALDASSARRE et al., 2000).
Altra situazione idrogeologica caratteristica è costituita da deflussi diffusi, che formano veri e
propri fronti idrici più o meno continui, individuati dall’affioramento lungo la falesia di strati
calcarenitici con alla base strati calcilutitici quasi impermeabili. Il flusso più intenso di questo tipo è
osservabile, specie in autunno ed inverno, lungo il tratto compreso tra le Grotte della Poesia e Torre
dell’Orso (fig. 6). Qui l’acqua viene a giorno ad una quota intorno ad 1 m sul livello del mare
trasudando da uno strato calcarenitico con alla base uno strato calcilutitico. In virtù della giacitura
del corpo sedimentario, il suindicato strato acquifero si dovrebbe trovare qualche metro al di sotto
del livello del mare nella zona delle Grotte della Poesia, potendo quindi rappresentarne il relativo
livello carsico di base.
Da segnalare, inoltre, l’esistenza immediatamente a sud della baia di Torre dell’Orso (e quindi
appena al di fuori della zona studiata) delle cosiddette Grotte dell’Acqua dolce, che costituiscono
cinque cavità ubicate lungo la falesia dalle quali fuoriescono, anche durante il semestre più caldo e
secco, esigui rivoli d’acqua.
Di particolare rilievo è l’individuazione di una sorgente nell’entroterra, a circa 12,5 m di quota sul
livello del mare. Essa è ubicata all’inizio di una breve incisione lineare che sfocia nel bacino de Li
Tamari (fig. 6). L’incisione è regimata da strutture idrauliche del tipo briglie fluviali, che
determinano la presenza di zone relativamente umide e, nell’area più prossima alla sorgente, uno
specchio d’acqua palustre perenne.
La ricchezza di risorse idriche sotterranee in più punti emergenti in superficie dovette già in antico
attirare l’attenzione di gruppi umani, spingendoli ad ingegnarsi al fine di razionalizzarne gli usi.
Non a caso, presso l’insediamento protostorico di Rocavecchia, il gruppo di ricerche diretto dal
Prof. Pagliara ha individuato vari pozzi, il più antico dei quali presenta all’interno reperti dell’XI-X
secolo a. C. Tale pozzo, tra l’altro, risulta in assoluto una delle opere idrauliche più antiche
dell’intero Mediterraneo centrale ed occidentale. Gli altri pozzi antichi presenti sul promontorio di
Rocavecchia risalgono alla seconda metà del primo millennio a. C., oppure al Medio Evo
(PAGLIARA, 2001). E’ doveroso ancora ricordare che la stessa Grotta della Poesia Piccola è
intersecata sul lato orientale da un pozzo la cui base si apre attualmente nella cavità ma che in
origine poteva essere da questa separata. Altri pozzi antichi costellano il bordo meridionale
dell’insenatura compresa tra il promontorio di Rocavecchia e la zona delle Grotte della Poesia.
Diversi punti d’acqua sono stati individuati sulla base di dati reperiti presso il Genio Civile e nel
corso di vari sopralluoghi sul terreno (fig. 6). In alcuni dei pozzi più prossimi all’area di interesse
sono stati prelevati alcuni campioni d’acqua, le cui principali caratteristiche fisico-chimiche sono
riportate in tabella 3.
Le osservazioni di campagna ed i dati di laboratorio indicano che, in prossimità della costa, la
circolazione delle acque di falda avviene almeno secondo due livelli idrici (uno a circa 8 m e l’altro
7
a 2,5 - 1 m sul livello del mare). I campioni prelevati a quote superiori a 1,5 m non sono risultati
contaminati dall’intrusione delle acque marine, mentre il campione prelevato dal pozzo P5, ad un
livello statico di 1 m, presenta una salinità di 0,7 g/l con contenuto in cloruri di oltre 200 mg/l, ad
indicare un parziale mescolamento con acque di origine marina.
Sulla base degli elementi raccolti il sistema di circolazione idrica sotterraneo della zona studiata
risulta particolarmente complesso e sinteticamente definibile come un acquifero carsico costiero
multifalda. La sua schematizzazione nella figura 7, dove è evidenzia come la struttura anticlinalica
del tavolato costiero compreso tra Rocavecchia e Torre dell’Orso condizioni il deflusso sotterraneo.
La zona appare alimentata, oltre che dalle piogge di incidenza diretta, soprattutto da deflussi
sotterranei provenienti dall’entroterra, dove infatti sono documentati carichi piezometrici elevati
sino a 18 - 20 m sul livello del mare (CALÒ et al., 1990). Gli strati meno permeabili determinano la
presenza di più livelli idrici sovrapposti (multifalda), oltre a individuare i livelli di base di sviluppo
dei sistemi carsici. Le fratture tettoniche, più o meno allargate dai processi di dissoluzione,
permettono scambi idrici tra i diversi livelli, ma possono anche favorire l’intrusione marina e,
quindi, la salsificazione delle falde. Questo ultimo fenomeno si può manifestare anche laddove gli
strati calcarenitici più permeabili affiorano al livello del mare.
SISTEMI CARSICI
Come già accennato, alla diffusione di forme carsiche di superficie corrisponde all’interno
dell’ammasso roccioso una cospicua presenza di forme carsiche ipogee. Tali forme sono costituite
da singoli elementi (grotte, gallerie, cunicoli, ecc.) collegati tra loro a costituire sistemi carsici più o
meno complessi.
La stessa Grotta della Poesia è un articolato sistema di circa 150 m di sviluppo complessivo,
costituito da tre sale principali collegate da sifoni, cunicoli e gallerie (fig. 8). Due stanze sono
direttamente comunicanti con l'esterno a causa del crollo parziale delle rispettive volte. Alle
aperture sulle volte delle cavità corrispondono, sulla superficie del tavolato, le due ampie doline a
sud del promontorio di Rocavecchia (fig. 3). Queste ultime hanno i bordi superiori di forma ellittica,
con assi maggiori compresi tra 25 e 50 m (FORTI, 1985), e sono alte sino a circa 10 m e in parte
sommerse dall’acqua marina. Sono inserite nel Catasto Regionale delle Cavità Carsiche della
Federazione Speleologica Pugliese come Grotta della Poesia Grande e Grotta della Poesia Piccola ,
con i numeri, rispettivamente, 127 e 128 (GIULIANI, 2000).
Le pareti e le volte delle due cavità presentano significative differenze; infatti mentre la Poesia
Grande è delimitata da pareti molto acclivi e subverticali, abbassandosi la volta in contropendenza
solo in corrispondenza dei passaggi con gli ambienti ipogei limitrofi, la Poesia Piccola presenta
pareti in contropendenza in tutte le direzioni. La contropendenza delle pareti di quest’ultimo ipogeo
prosegue anche al di sotto del mare almeno per circa 2 m, ossia sino alla massima profondità priva
di depositi di riempimento (v. sez. 2-2’ di fig. 9).
Le sale e le gallerie delle Grotte della Poesia hanno, infatti, il fondo costituito da sabbie, conoidi di
detriti di crollo e depositi sciolti. Questi ultimi appaiono stratificati e con spessori di circa due metri,
come rilevato da indagini geofisiche condotte da B. Bernhardt (apud PAGLIARA, 1987). Lungo le
pareti subverticali delle gallerie si osservano impronte di erosione di flussi idrici diretti verso mare
(scallops). Segni di abrasione sono presenti lungo la base sommersa e lungo le pareti delle gallerie.
All’interno delle doline le condizioni di luce, temperatura ed umidità variano in funzione
dell’altezza sulla verticale e delle morfologie interne. Anche nei tratti delle gallerie più prossimi alla
costa, si può osservare come il solco di battente risulti variamente colonizzato da comunità
biologiche fotofile a seconda della luminosità. L’irraggiamento diretto interessa quasi
completamente la Poesia Grande, mentre solo una parte della Poesia Piccola. Le pareti della dolina
di Poesia Piccola sono colonizzate da vegetazione terrestre erbacea e arborea tra cui spicca la
presenza di Ficus carica. Ampie porzioni delle pareti rocciose delle Grotte della Poesia a ridosso
8
del battente d’acqua sono colonizzate da specie marine, anch’esse in stretta dipendenza dalle
mutevoli condizioni di illuminazione e di salinità (BECCARISI et al., 2003).
Occorre inoltre ricordare che, a poche decine di metri dal sistema carsico delle Grotte della Poesia,
LUZIO et al. (1987), sulla base di prospezioni geofisiche, ipotizzano la presenza di almeno un’altra
cavità di grandi dimensioni. Anche tale cavità potrebbe appartenere al sistema della Poesia.
Tra gli altri sistemi carsici presenti nella zona studiata, quello ubicato in corrispondenza
dell’insenatura di Porto Ligno (fig. 3) presenta uno sviluppo planimetrico considerevole, essendo
costituito da un insieme di cunicoli e gallerie in collegamento con il mare e facenti capo a due
doline. Questo sistema risulta in buona parte ostruito da materiali di riempimento.
Le altre grotte, presenti lungo la linea di costa (fig. 3) hanno dimensioni di alcuni metri, forma di
ripari di interstrato e, sovente, pronunciati canali di volta. Alla base si osserva la medesima
“struttura alveolare” del solco di battente, mentre solo in alcune grotte ubicate nell’insenatura di
Madonna di Rocavecchia sono stati osservati segni di abrasione marina e ciottoli elaborati dal moto
ondoso.
RILIEVO DELLE DISCONTINUITA’ NELLA GROTTA DELLA POESIA PICCOLA
Al fine di rilevare con sufficiente dettaglio le principali discontinuità presenti all’interno della
Grotta della Poesia Piccola, è stato necessario eseguire preliminarmente alcune misure topografiche.
Un rilievo planimetrico della grotta eseguito negli anni ’80 dal gruppo dell’arch. F. Siciliano,
cortesemente messo a disposizione dal prof. C. Pagliara, ha costituito la base di riferimento per
l’esecuzione di varie sezioni verticali. La strumentazione usata è costituita da un distanziometro
laser Leica “Disto pro4a”, da un inclinometro digitale Solatronic EN17 e da una bussola, montati su
un treppiede topografico.
I punti di riferimento necessari per l’esecuzione dei profili topografici sono stati scelti in base alla
loro facile riconoscibilità. In tal modo essi possono essere utilizzati per eseguire ulteriori misure
topografiche che permetterebbero una più esaustiva descrizione morfologica della grotta.
In base al supporto topografico così ottenuto, sono state cartografate le principali discontinuità
osservabili lungo le pareti della Grotta (fig. 9). Si può osservare come lo sviluppo planimetrico di
Grotta della Poesia Piccola sia marcatamente determinato dagli andamenti delle fratture tettoniche.
Da rilevare che lungo alcune fratture ed in corrispondenza della volta dell’ipogeo si osservano
frequenti camini carsici, ossia cavità cilindriche subverticali con diametri decimetrici. La presenza
di camini carsici lungo fratture tettoniche, comportando la riduzione della superficie di contatto dei
lembi rocciosi ai lati delle fratture stesse, contribuisce ad aumentare l’instabilità potenziale
dell’ammasso roccioso.
Le discontinuità individuate, siano esse fratture di origine tettonica o superfici di stratificazione,
risultano sovente all’origine dei crolli dei blocchi rocciosi presenti non solo nella Grotta della
Poesia Piccola, ma anche nell’intero sistema carsico (fig. 8). Particolarmente affette da discontinuità
di origine tettonica e sedimentaria sono, in particolare, le parti alte delle pareti della grotta, ossia il
coronamento stesso della dolina, lungo il quale affiora, come già detto, un livello particolarmente
erodibile e relativamente poco tenace. Ne risulta che l’ammasso roccioso lungo il bordo della dolina
appare particolarmente predisposto ai fenomeni di crollo.
INSTABILITÀ DELLA FALESIA E DELLA GROTTA
L’instabilità della falesia e dei sistemi carsici della zona studiata è stata confermata dalle indagine
eseguite. Attraverso l’analisi della documentazione storica e l’interpretazione di foto aeree
stereoscopiche di varie annate (1943, 1955, 1972, 1987, 1996) e messe a disposizione dal
Dipartimento di Beni Culturali dell’Università di Lecce, sono stati infatti riconosciuti circa 50
eventi di crollo tra Porto Ligno e Torre dell’Orso (fig. 10). In particolare, 29 di tali crolli sono
9
avvenuti tra il 1943 ed il 1996. Dal confronto delle foto aeree è stato inoltre possibile stabilire
intervalli di tempo ancora più ristretti per ognuno dei singoli eventi di frana (Tabella 4).
Da rilevare che il tratto di costa interessato dai crolli indicati con i numeri 11, 12 e 13, coincide con
quello lungo il quale PAGLIARA (1987) segnalava “crolli e mutamenti avvenuti a distanza di circa
cinquant’anni, che mostrano la scomparsa di un tratto delle fortificazioni medioevali e lo stacco di
consistenti porzioni di costa sui quali sono ancora visibili tracce di costruzioni antiche” dedotti in
base al confronto con vecchie immagini fotografiche.
L’esame aerofotogrammetrico consente alcune valutazioni relativamente alla frequenza dei
fenomeni di frana. Infatti, considerando che i 29 eventi datati sono avvenuti in un arco di tempo di
53 anni, la media relativa è di 0,58 all’anno, ossia più di un evento ogni due anni. Inoltre, i crolli
sembrerebbero avvenire con regolarità come dedotto dall’analisi di intervalli temporali più ristretti;
infatti nell’intervallo tra il 1943 e il 1972 sono documentati 9 eventi certi (0,31 all’anno), mentre tra
il 1972 e il 1996 gli eventi certi ammontano a 10 (0,42 all’anno).
Sulla base delle osservazioni eseguite è stato riscontrato che le discontinuità dell’ammasso roccioso,
e segnatamente le superfici di stratificazione e quelle di fratturazione tettonica, sono determinanti in
gran parte dei fenomeni di distacco di blocchi rocciosi dalla falesia ed all’interno degli ipogei.
Gran parte dei fenomeni individuati può essere classificata come frane da crollo e/o da
ribaltamento, innescate prevalentemente dallo scalzamento al piede per la presenza del solco di
battente o di livelli stratigrafici ad elevata erodibilità. Un ruolo importante nella predisposizione al
franamento è svolto dall’assetto strutturale, dato che i distacchi appaiono governati dalle principali
strutture tettoniche riconoscibili sul terreno. L’innesco è, infine, favorito ulteriormente dall’erosione
marina.
Una percentuale inferiore, ma ugualmente significativa di frane rientra invece tipologicamente in
fenomeni di scivolamento traslativo, talora con rottura a cuneo, nel caso di intersezioni tra due
sistemi di discontinuità. Per un limitato numero di fenomeni di crollo, e principalmente all’interno
dei maggiori ipogei dell’area, il meccanismo determinante i dissesti è stato invece di rottura per
flessione.
Occorre inoltre sottolineare che la presenza di pozzetti e camini carsici lungo fratture tettoniche,
riducendo le superfici di contatto tra i lembi rocciosi, aumenta la probabilità del verificarsi di eventi
di crollo.
Per ciò che attiene all’instabilità della Grotta della Poesia Piccola, occorre considerare almeno due
tipi di processi aventi differenti scale temporali e di grandezza.
Il primo tipo riguarda il coronamento della dolina coincidente con l’apertura superiore della grotta.
Tale bordo presenta profili morfologici articolati, con brusche variazioni di pendenza (fig. 9); esso,
inoltre, è intagliato lungo un livello stratigrafico marcatamente carsificato e particolarmente
erodibile che determina i crolli e i ribaltamenti che cingono il lato a mare della dolina coincidente
con la Grotta della Poesia Grande. Il suddetto livello, nonché lo strato sottostante, risultano
particolarmente interessati da numerosi piani di discontinuità suborizzontali coincidenti con
laminazioni di origine sedimentaria. Le fratture che segmentano l’intervallo stratigrafico affiorante
lungo il coronamento della dolina della Poesia Piccola, risultano in genere allargate, mentre i lembi
adiacenti possono mostrare indizi di dislocazioni. Tra tali fratture beanti si incuneano sovente le
radici dei numerosi esemplari di ficus carica qui presenti. Inoltre, il già fragile profilo del bordo
della dolina è parzialmente interessato da antichi scavi antropici. Ne risulta, come già osservato, che
l’ammasso roccioso in questione è sezionato in blocchi con facce quadrangolari di varie dimensioni
in generali condizioni di incipiente instabilità. Non a caso il crollo più recente all’interno della
Grotta della Poesia Piccola, ossia quello del dicembre 2003, ha interessato proprio uno dei suddetti
blocchi.
E’ verosimile ipotizzare, quindi, che altri crolli di questo tipo si verificheranno a breve termine,
ossia in un arco di tempo variabile da alcuni anni ad alcune decine di anni.
10
Altri problemi di instabilità, aventi scale temporali e di grandezza sensibilmente diverse rispetto a
quelli sopra descritti, riguardano il perimetro di base della grotta, ossia la porzione compresa tra
l’attuale livello del mare e la linea di contatto tra le pareti ed i depositi di riempimento. Questa
porzione potrebbe essere tuttora soggetta a fenomeni geomorfologici attivi che tenderebbero ad
ampliarla, con l’effetto conseguente di aumentare le contropendenze alla base delle pareti
dell’ipogeo. Tali fenomeni sono dovuti all’erosione marina che si esplica attraverso il moto ondoso,
le reazioni chimiche dissolutive di tipo ipercarsico (fig. 11) e i fenomeni erosivi di origine biologica
(“bioerosione”). L’incidenza delle singole tre componenti dell’erosione marina è mutata
verosimilmente più volte nel tempo geologico in virtù delle modificazioni ambientali. Attualmente,
la dissoluzione chimica della roccia sembra essere di entità relativamente bassa a causa degli scarsi
afflussi di acqua di falda in grotta; le acque salmastre all’origine dei fenomeni ipercarsici si
formano, in ogni caso, in occasione delle precipitazioni meteoriche e per effetto dello stillicidio
delle acque infiltrate in superficie (fig. 11). Di conseguenza, l’erosione appare legata
essenzialmente al moto ondoso ed ai fenomeni biologici. Nell’ipotesi che le barriere frangiflutti
posizionate all’imbocco da mare della Grotta della Poesia assolvano, anche in parte, alla loro
funzione, la bioerosione verrebbe a costituire l’insieme di processi che, nel lungo termine,
approfondendo l’incisione al livello del battente d’acqua, potrebbero compromettere la generale
stabilità della grotta. Occorre tra l’altro considerare che le stesse barriere frangiflutti hanno
sensibilmente ridotto il ricambio delle acque all’interno della cavità determinando un aumento
dell’accumulo di detrito organico, alcuni prodotti della cui degradazione (basti ricordare l’anidride
carbonica) incentivano i processi di dissoluzione chimica della roccia.
RICOSTRUZIONE DELL’EVOLUZIONE GEOLOGICA
Più volte in precedenza è stato posto l’accento sulla frequenza e sulla diffusione dei fenomeni di
crollo nella zona indagata. Occorre in ogni caso considerare che, alla scala geologica, detti
fenomeni altro non sono che il principale meccanismo di evoluzione morfologica del sito. Ciò
comporta la percezione di eventi naturali, comunque non catastrofici, alla stregua di dissesti da
mitigare.
La tendenza naturale della falesia compresa tra Porto Ligno e Torre dell’Orso, e naturalmente anche
quella di ampi tratti a nord ed a sud di essa, è di un arretramento complesso ed affatto graduale.
Elaborando un modello semplice, si può considerare un tratto di costa inizialmente rettilineo, nel cui
immediato entroterra si venga ad sviluppare un ipogeo carsico (fig. 12). La successiva formazione
di una dolina conseguente al crollo della volta dell’ipogeo innescherà condizioni ambientali che
favoriranno ulteriori dissesti dell’ammasso roccioso. I successivi eventi di crollo amplieranno il
contorno della dolina sino a farle perdere l’individualità. La forma carsica successivamente
costituirà quindi una insenatura costiera mentre la falesia, nel complesso, risulterà decisamente più
frastagliata.
Tale tipo di evoluzione persisterà finché non cambieranno sostanzialmente le condizioni ambientali
del sito, come già accaduto più volte negli ultimi milioni di anni. Infatti, nel Pliocene inferiore e
medio, l’area oggetto di studio, unitamente all’intero Salento nord-orientale (PALMENTOLA,
1987), fu invasa dal mare nel quale si depositarono le calcareniti e calcilutiti oggi affioranti.
L’episodio marino si esaurì nel Pliocene superiore a causa di movimenti tettonici che determinarono
il piegamento e la fratturazione degli strati, nonché l’emersione dell’area. Si instaurò così una
circolazione idrica superficiale e sotterranea che determinò azioni carsiche sulle rocce. A questo
periodo si può riferire la fase di individuazione e di sviluppo iniziale del sistema carsico delle
Grotte della Poesia (tabella 5 e fig. 13).
Nel Pleistocene inferiore tutta la Penisola Salentina tornò in ambiente marino (PALMENTOLA,
1987). Nell’area oggetto di studio la sommersione perdurò probabilmente durante parte del
Pleistocene medio, ed alcune fratture allargate durante la precedente emersione dalla dissoluzione
carsica vennero riempite da sedimenti marini.
11
L’ultima emersione, che perdura tuttora, avvenne tra il Pleistocene medio e quello superiore. La
Grotta della Poesia venne interessata da una nuova fase speleogenetica nella quale i crolli assunsero
importanza sempre maggiore nel determinare le dimensioni e la forma degli ipogei. In seguito,
l’alternarsi delle fasi glaciali ed interglaciali determinò l’avvicendarsi di condizioni costiere e
continentali. Il tratto di costa considerato e i sistemi carsici qui presenti, risentirono di tali
cambiamenti, il primo sottraendosi all’erosione marina durante le fasi glaciali a causa
dell’arretramento della linea di costa, i secondi esponendosi a intense azioni ipercarsiche di
dissoluzione della roccia durante gli interglaciali. A queste ultime fasi, ZEZZA (1997) attribuisce la
formazione di alcune linee di costa riconosciute proprio nell’area di Rocavecchia. L’Autore, in
particolare, descrive un primo terrazzo di erosione marina inclinato verso nord con quote comprese
tra 10 e 4,5 m sul livello del mare, attribuendogli un’età Neotirreniana, ed un secondo terrazzo con
una quota media di 2 m s.l.m. di età Neoortotirreniana.
Durante l’ultimo periodo glaciale, il cosiddetto Wurm, la linea di costa venne a trovarsi circa 100 m
al di sotto della sua posizione attuale. In seguito, durante l’Olocene medio, ed in particolare nel
corso del cosiddetto Optimum climatico, il livello del mare raggiunse una quota analoga a quella
attuale o, addirittura di alcuni metri superiore (Mastronuzzi et al., 1994). Durante le prime fasi
documentate di frequentazione antropica della grotta, il livello del mare doveva essere di alcuni
metri inferiore rispetto a quello attuale. La Grotta della Poesia Piccola e parte della galleria orientale
non erano probabilmente allagate. La dolina non si doveva essere ancora formata, mentre la volta
dell’ipogeo doveva essere particolarmente instabile e soggetta a ripetuti eventi di crollo. In merito
allo sfondamento della volta, PAGLIARA (1987) ritiene che esso possa essere messo in relazione
con “l’episodio di scavo […] evidenziato dalla traccia di due brevi scale intagliate; la prima
porta[nte] dal piano di campagna ad un piccolo ambiante circolare; la seconda da questo ai resti di
un ambiente allungato del quale è salva una parete ad angolo. Il taglio della roccia, praticato per
ottenere gli spazi ipogeici, [avrebbe] interrotto linee d’arco naturali […] e squilibrato l’intera massa
rocciosa […] Incerta rimane la datazione di queste forme di insediamento, genericamente
riconducibili ai secoli a cavallo fra il primo e il secondo millennio d. C.” (fig. 13). Nel frattempo il
livello del mare doveva essersi innalzato, senza tuttavia raggiungere ancora la posizione attuale.
CONCLUSIONI
L'arretramento della falesia e l’ampliamento degli ipogei carsici avvengono generalmente per frane
da crollo indotte da una efficace azione di scalzamento al piede da parte dell’erosione marina.
Quest’ultima si esplica attraverso complesse interazioni tra moto ondoso, reazioni chimiche
dissolutive di tipo carsico e fenomeni erosivi di origine biologica (“bioerosione”).
I fenomeni carsici e quelli bioerosivi rivestono un ruolo principale nell’evoluzione della falesia e
degli ipogei di Rocavecchia, soprattutto nelle fasce intertidale e sopratidale. Ad eccezione di
circoscritte evidenze di abrasione, i processi legati al moto ondoso si esplicano con la rimozione di
frammenti di substrato litico già in parte isolati dal resto dell’ammasso roccioso. L’incidenza del
carsismo e della bioerosione è variabile sia spazialmente, specie passando dagli ipogei alla falesia,
che temporalemnte. In particolare, la bioerosione appare essere il principale processo morfologico
di approfondimento del solco di battente alla base della falesia.
Per ciò che attiene all’origine dei sistemi carsici, essa è riferibile a livelli carsici di base legati ad
altrettante falde idriche sorrette da strati poco permeabili e, in prossimità della costa ed in idonee
condizioni idrogeologiche, da acque marine di intrusione. Così la speleogenesi e l’evoluzione delle
Grotte della Poesia sono state controllate sia dalle variazioni litologiche della serie stratigrafica che
dall’interazione tra acque dolci di falda ed acque salate.
Infine, occorre rilevare che la realizzazione di barriere frangiflutti all’imbocco della galleria di
Grotta della Poesia Piccola, ha sensibilmente ridotto il ricambio delle acque all’interno della cavità
e determinato, di conseguenza, un sensibile accumulo di detrito organico. Ciò potrebbe intensificare
l’azione della bioerosione con probabili effetti dannosi, nel lungo termine, anche sulla stabilità delle
12
pareti dell’ipogeo. Migliori risultati, anche rispetto all’impatto ambientale e paesaggistico, potevano
essere ottenuti realizzando sistemi del tipo a “piastre sommerse”, capaci di frangere ugualmente i
fronti d’onda ma esenti dagli indesiderati effetti di ristagno delle acque.
RINGRAZIAMENTI
Per il costante supporto alla ricerca il prof. A. Federico del Politecnico di Bari. Per i rilievi
topografici nella Grotta della Poesia il personale tecnico dell’Osservatorio di Chimica, Fisica e
Geologia Ambientali dell’Università di Lecce; Per indagini idrogeologiche e rilievi geostrutturali i
collaboratori esterni della Facoltà di Ingegneria Ambientale di Taranto. Per le foto aere e l’uso di
strumenti areofotogrammetrici il prof. M. Guaitoli della Facoltà di Beni Culturali dell’Università di
Lecce.
BIBLIOGRAFIA
BACK W., HARISHAW B. B., VAN DRIEL J. N., 1984, Role of groundwater in shaping the eastern
coastline of the Yucatan Peninsula, Mexico. In Grondwater as geomorphic agent, Londra, 280-293.
BALDASSARRE R., LUCARELLI A., QUARTA F., TEDESCO P., 2000, Studio di verifica dello stato
qualitativo della falda, Provincia di Lecce, 53 pp.
BECCARISI L., CACCIATORE G., CHIRIACÒ L., DELLE ROSE M., FIORITO F., GIURI F., LISI G., MARRAS
V., QUARTA G., 2003, Influenza del carsismo sulla falesia e negli ipogei di Rocavecchia. Atti 2°
convegno “Il carsismo nell’area mediterranea”, suppl. Thalassia Salentina, 26, 155-163.
BLANC A.C., CARDINI L., 1961, Saggi nei pozzetti di erosione del ‘tufo’ calcareo di Rocavecchia
(Lecce). Quaternaria, 306-308.
BONFIGLIO L., DONADEO G., 1982, Cancer Sismondai Meyer nel Pliocene di Torre dell’Orso
(Puglia). Atti Soc. It. Scienze Nat., 123, 255-296.
BOSSIO A., LANDINI V., MAZZEI R., SALVATORINI G., VAROLA A., 1985, Studi sul Neogene e
Quaternario della Penisola Salentina. I – La sequenza pliocenica di S. Andrea (Lecce) ed il suo
contenuto in pesci, ostracodi, foraminiferi e nannofossili. Atti Soc. Tosc. Sc. Nat., 92, 35-93.
CALÒ G., GNONI R., STANI M., 1990, Caratteri idrogeologici delle falde superficiali della Penisola
Salentina e valutazione della vulnerabilità degli acquiferi. Amministrazione provinciale di Lecce,
31 pp.
CIGNA A. A., 1983, Sulla classificazione dei fenomeni carsici. Le Grotte d'Italia, 11, 497-505.
DELLE ROSE M., 1992, Il rischio geologico nel Salento: 1) generalità sulla zonazione delle coste
ripide. Il Leccio, 7/8, 19-23.
DELLE ROSE M., PARISE M., 2003, Pozzetti carsici e processi geomorfologici a Rocavecchia (prov.
di Lecce). Grotte e dintorni, 5, 35-48.
DELLE ROSE M., PARISE M., 2003, Il condizionamento dei fattori geologico-strutturali ed
idrogeologici nella speleogenesi di grotte costiere del Salento. Atti XIX Cong. naz. di Speleologia,
Bologna, agosto 2003, 27-36.
DELLE ROSE M., PARISE M., 2004, Slope instability along the Adriatic coast of Salento, southern
Italy. Proc. IX International Symposium on Landslides, Rio de Janero, 6 pp.
DELLE ROSE M., FEDERICO A., PARISE M., 2004, Problematiche connesse a fenomeni di subsidenza
carsica e sinkholes in Puglia. Atti del Convegno Stato dell'arte sullo studio dei fenomeni di
sinkholes e ruolo delle amministrazioni statali e locali nel governo del territorio, Roma, 11 pp.
FOLK R.L., ROBERTS H.H., MOORE C.H., 1973, Black phytokarts from Hell, Cayman Islands, British
West Indies. Geol. Soc. Amer. Bull., 84, 2351-2360.
FORTI P., 1985, I risultati delle esplorazioni speleosubacquee condotte dall’U.S.B. in Puglia
nell’anno 1973. Atti del 1° Convegno Regionale di Speleologia, Castellana Grotte, 87-98.
FORTI P., 1991, Processi carsici e speleogenesi. Prima Parte. Speleologia, 24, 42-46.
FORTI P., 1993, Meccanismi genetici ed evolutivi delle grotte marine. Speleologia, 28, 63-67.
GIULIANI P., 2000, Elenco delle grotte pugliesi catastate al 31 ottobre 1999. Itinerari Speleologici, s.
II, n. 9, 5-41.
13
GOLUBIĆ S., SCHNEIDER J., 1972, Relationship between carbonate substrate and boring patterns of
marine microorganism. Geol. Soc. Am., Ann. Meet. Abstr Progr., 4, 518.
GREGOR V. A., 1981, Karst and caves in the Turks and Caicos istland. Proc. IX Int. Spel. Cong,
Bowling Green, 805-806.
LARGAIOLLI T., MARTINIS B., MOZZI G., NARDIN M., ROSSI D., UNGARO S., 1969, Note illustrative
della Carta Geologica d'Italia, Foglio 214 Gallipoli, 64 pp.
LUZIO D., MARGIOTTA C., RANIERI G., 1987, Analisi comparata di misure geoelettriche e sismiche
per l’individuazione di cavità nell’area archeologica di Roca (Lecce). Quad. Ric. Cent. Studi Geot.
Ing., 11, 355-372.
MARGIOTTA B., DELLE ROSE M., 1992, Processi naturali ed attività antropica lungo la fascia costiera
delimitata a nord dall’abitato di S. Foca e a sud da quello di Otranto in provincia di Lecce.
Dipartimento di Scienze dell’Antichità dell’Università di Lecce, (inedita), 51 pp.
MASTRONUZZI G., PALMENTOLA G., SANSÒ P., 1994, Le tracce di alcune variazioni del livello del
mare olocenico tra Torre dell’Orso e Otranto (Lecce). Geografia fisica e dinamica quaternaria, 17,
55-60.
MAXIA C., 1950, Particolari aspetti erosivi e concrezionari nel “tufo” calcareo quaternario di Roca
Vecchia (Terra d’Otranto). In: Contributi di Scienze Geologiche, suppl. a La Ricerca Scientifica,
CNR, Roma.
PAGLIARA C., 1987, La Grotta Poesia di Roca (Melendugno-Lecce). Note preliminari. Ann. Pisa,
17, p. 267-328.
PARENZAN P., 1983, Puglia Marittima. Congedo ed., Galatina (Le), vol. 1, 403 pp.
REINA C., 1969, Modalità di movimento delle acque sotterranee dolci salmastre e salate nell’ambito
del sistema idrogeologico della Puglia meridionale. Atti simposio “Il movimento dell’acqua nel
terreno”, Bari, 18 pp.
SCHNEIDER J., 1977, Carbonate construction and decomposition by epilitic and endolitic microorganisms in salt– and freshwater. in Flügel E., Fossil Algae, Springer-Verlag, Berlino, 248-260.
VAROLA A., 1965, Nota preliminare su di un giacimento a Cancer Sismondai Meyer nella provincia
di Lecce. Atti Soc. Tosc. Sc. Nat., 72, 295-298.
ZEZZA F., 1997, Methodologies and analytical techniques applied in the discovery and protection of
archaeological site of Vaste and Roca, South Italy. Atti Int. Symp. “Engineering Geology and the
Environment”, Atene, 3305-3313.
14
Tabella I – Stazioni di misura a sud del promontorio di Rocavecchia. Nel caso di pozzetti di forma diversa
dalla circolare, si forniscono i valori dell’asse maggiore e di quello minore, quest’ultimo misurato
perpendicolarmente al primo. Tutte le misure sono espresse in centimetri.
forma
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
ellittica
circolare
circolare
ellittica
ellittica
ellittica
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
ellittica
circolare
ellittica
circolare
circolare
circolare
ellittica
ellittica
circolare
ellittica
ellittica
circolare
circolare
circolare
circolare
ellittica
asse
maggiore
60
50
30
70
90
90
90
50
60
70
90
70
80
60
70
65
90
80
120
80
90
140
75
75
65
60
75
asse
minore
45
50
65
80
60
40
60
90
?
100
55
profondità
30
330
15
0
0
20
15
180
390
0
10
20
0
5
0
10
30
7
0
20
> 200
7
5
100
20
10
3
spessore
crosta
7
5
4
5
5
6
3
10
1
5
7
5
5
<1
15
5
5
3
5
3
5
10
10
3
5
5
5
Riempimento
Si
No
Si
Si
Si
Si
Si
No
No
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
No
Si
Si
No
Si
Si
Si
Tabella II – Stazioni di misura a nord del promontorio di Rocavecchia Nel caso di pozzetti di forma diversa
dalla circolare, si forniscono i valori dell’asse maggiore e di quello minore, quest’ultimo misurato
perpendicolarmente al primo. Tutte le misure sono espresse in centimetri.
forma
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
ellittica
circolare
circolare
squadrata
ellittica
circolare
ellittica
ellittica
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
circolare
ellittica
squadrata
circolare
asse
maggiore
80
155
20
65
15
90
75
75
60
75
70
90
50
30
30
90
70
55
90
80
60
50
80
90
65
asse
minore
60
65
50
40
55
50
profondità
290
30
10
0
15
220
10
5
0
10
20
130
20
15
30
15
60
10
5
5
5
10
50
10
0
spessore
crosta
10
13
<1
10
3
3
3
3
2
3
10
5
5
<1
<1
5
8
5
10
20
5
1
15
1
3
riempimento
No
Si
Si
Si
Si
No
Si
Si
Si
Si
Si
No
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
Si
No
Si
Si
Si
15
Tabella 3: dati relativi ai campionamenti del 29-31 agosto 2002.
pozzo quota
livello
pH
conducibilità salinità
boccapozzo* statico (m
(g/l)
µS/cm
(m s.l.m.)
s.l.m.)
P1
15
7,0
7,77 750
0,1
P2
13
10,5
7,76 700
0,1
P3
5
3,5
7,76 934
0,2
P4
16
8,0
7,78 798
0,1
P5
3
2,0
7,60 1833
0,7
P7
9
6,5
* quote calcolate in base alla carta IGM a scala 1:25.000.
cloruri
(mg/l)
237,5
-
Tabella 4 - Elenco eventi di frana riconosciuti da foto aerea
intervallo temporale
numero di eventi (v. fig. 10)
eventi
1943 - 1972
3
9; 10; 24 (possibile crollo tra 1943 e 1955)
1943 - 1987
2
15; 16
1943 - 1996
2
11; 22 (vari eventi, con evoluzione continua);
1955 - 1972
6
3 (crollo di una parte del litorale comprendente una
grotta); 6 (ampliamento dell’insenatura: prima fase);
18; 19; 20; 26;
1955 - 1987
1
12;
1955 - 1996
5
28; 29; 30; 31; 32
1972 - 1987
8
3 (crollo definitivo); 6 (ampliamento dell’insenatura:
seconda fase); 7; 8; 13; 14; 17; 21;
1987 - 1996
2
5; 23;
Tabella 5 - principali fasi evolutive della zona Porto Ligno-Torre dell’Orso e della Grotta della Poesia.
Pliocene Medio - Pliocene
da 2,2 a 1,7 milioni di anni fa
formazione della roccia;
Superiore
fratturazioni tettoniche
Pliocene Superiore- Pleistocene
da 1,7 a 1,2 milioni di anni fa
emersione dell’area e prima fase
Inferiore
speleogenetica (individuazione
delle “protogrotte”)
Pleistocene Inferiore - Pleistocene da 1,2 milioni sino probabilmente trasgressione del mare; le grotte
Medio
a 350.000 mila anni fa
sono sommerse
Pleistocene Medio - Pleistocene
intorno a 350.000 mila anni fa (età nuova emersione e inizio della
Superiore
indicativa)
seconda fase speleogenetica
(ampliamento per crolli)
parte finale del Pleistocene
da circa 200.000 anni fa
alterni periodi di condizioni
Superiore
costiere e continentali a causa delle
oscillazioni glacioeustatiche
Olocene
da 11 mila anni fa
risalita del mare sino alla posizione
attuale
16
Fig. 1 - Carta geologica dell’area studiata. a) depositi continentali (sabbie, limi e argille); b) depositi
calcarenitici e calcilutitici del Pliocene medio-superiore, c) sinclinale; d) anticlinale; e) giacitura di strato.
Fig. 2 - Ubicazione delle stazioni strutturali e relativi diagrammi equiareali dei sistemi di fratture.
17
Fig. 3 - Ubicazione delle grotte e delle doline. I simboli delle unità litologiche sono i medesimi di fig. 1. a)
dolina; b) accesso a grotta costiera; c) barriere frangiflutti di recente costruzione.
Fig. 4 - Principali caratteristiche petrografiche delle concrezioni carbonatiche costituenti i rivestimenti dei
pozzetti carsici.
18
Fig. 5 - Genesi ed evoluzione dei pozzetti carsici. Generata la cavità cilindrica subverticale (A1 o A2), la
deposizione di carbonati disciolti in acque filtranti suoli residuali (B) ha determinato la formazioni delle
concrezioni laminari (C). Queste ultime, meno erodibili rispetto alle rocce plioceniche, sono spesso
evidenziate dalla selettività dell’erosione (D).
Fig. 6 - Principali punti d’acqua e risorgenze dell’acquifero.
19
Fig. 7 - Modello dell’acquifero multifalda costiero della zona studiata. La presenza di strati più impermeabili
(in puntinato) permette l’esistenza di più livelli idrici sovrapposti. Fratture più o meno carsificate permettono
collegamenti tra i vari livelli. Lungo la costa l’acqua marina confina quella di falda in corrispondenza degli
strati più permeabili. Le frecce indicano le principali linee di drenaggio dei livelli idrici.
Fig. 8 - Schema delle grotte della Poesia ricavato in base ai rilievi di Forti et al. (1985). La cavità di grandi
dimensioni indicata a tratteggio è quella individuata mediante indagini geofisiche da Luzio et al. (1987).
20
Fig. 9 - Planimetria e sezioni della Grotta della Poesia Piccola con indicate le principali fratture tettoniche e
discontinuità stratigrafiche. Le fratture (indicate con f) sono subverticali ed appartengono ai 4 sistemi di fig.
2. Esse costituiscono parti più o meno estese delle pareti; la loro persistenza non è verificabile in grotta per
distanze superiori a 4-5 m, anche se sulla base delle osservazioni complessive condotte sui sistemi di fratture,
tali discontinuità possono persistere nell’ammasso roccioso almeno per decine di metri. Le superfici di
stratificazione (s nella figura) formano in pianta delle linee quasi parallele alle curve di livello. Le frecce
indicano alcuni punti di potenziale distacco di blocchi rocciosi. Le cifre 0 e 2,5 indicano le quote delle
rispettive curve di livello. La linea tratteggiata indica approssimativamente la massima ampiezza
planimetrica della base della grotta.
21
Fig. 10 - Ubicazione dei crolli lungo la falesia dedotti dall’analisi aerofotogrammetrica e da rilievi in loco.
22
La numerazione degli eventi di crollo è relativa alla tabella 4. I simboli delle unità litologiche sono i
medesimi di fig. 1.
Fig. 11 - Azioni ipercarsiche all’interno della Grotta della Poesia. Attualmente la risorgenza della falda
appare piuttosto ridotta rispetto al passato (v. testo). In ogni caso acque salmastre si formano in occasione di
piogge e per effetto dello stillicidio interno.
23
Fig. 12 - Modello evolutivo della falesia. A, formazione del solco di battente ed inizio dei dissesti sulla volta
di un ipogeo; B, primi segnali di instabilità lungo la falesia per scalzamento al piede della stessa e crollo
della volta della grotta; C, crolli lungo la falesia e il perimetro delle doline; D, formazione di un’insenatura
costiera e progressivo ulteriore arretramento della costa.
24
Fig. 13 - Modello evolutivo della Grotta della Poesia Piccola. Il profilo attuale è tratto dal rilievo dell’Arch.
F. Siciliano.
25
Dipartimento di Scienza dei Materiali - Università degli Studi di Lecce
______________________________________________________________________________
(Melendugno – LE)
Rilievo geomorfologico quantitativo
Coordinamento:
Prof. Paolo Sansò
Progettazione del rilievo:
Prof. Paolo Sansò
Esecuzione
delle
indagini
Geomorfologiche:
Dott. Francesco Gianfreda,
Dott. Giuseppe Mastronuzzi,
Prof. Paolo Sansò,
Dott. Gianluca Selleri
Elaborazioni GIS:
Prof. Paolo Sansò
Dott. Andrea Vitale
2003
1
0
INDICE
Introduzione .................................................................................................pag. 2
Il Metodo di Rilevamento..................................................................................... 5
a) le riprese fotografiche con pellicola a colori ................................................ 5
b) le riprese fotografiche con pellicola sensibile all’infrarosso........................... 5
c) implementazione delle immagini in un sistema GIS, elaborazione
dell’immagine e calcolo dei parametri per ogni tratto elementare .................... 6
Elementi Lineari................................................................................................... 7
Elementi Areali .................................................................................................... 7
d) individuazione dei tratti elementari ed elaborazione dei dati mediante
sistema GIS ....................................................................................................... . 8
e) restituzione dei risultati del rilevamento su di una serie di carte
tematiche ........................................................................................................... 8
Discussione dei Risultati ................................................................................... 9
a) altezza media della falesia ........................................................................... 8
b) potenza degli strati ....................................................................................... 9
c) densità delle fratture ..................................................................................... 9
d) area percentuale delle grotte ......................................................................... 10
e) area blocchi .................................................................................................. 10
f) opere di difesa .............................................................................................. 11
g) distanza opere antropiche dal ciglio della falesia ....................................... 11
Considerazioni Conclusive ................................................................................ 12
Allegati ............................................................................................................. 13
1
INTRODUZIONE
Il tratto di costa compreso tra Porto Ligno e Torre dell'Orso è in gran parte costituito da
falesie intagliate in calcareniti debolmente cementate riferibili al Pliocene medio-superiore.
La linea di riva si presenta regolare e composta in particolare da una successione di lunghi
tratti rettilinei a direzione costante (all'incirca NNW-SSE) interrotta in corrispondenza
dell'area archeologica di Roca dalla presenza di brevi e strette insenature.
L'evoluzione del litorale è dominata dai processi responsabili dell'arretramento delle falesie. Il
moto ondoso produce il modellamento di un solco in corrispondenza del livello medio del
mare che, a causa del basso grado di cementazione delle calcareniti plioceniche, si
approfondisce rapidamente nel tempo. Il graduale ampliamento del solco di battente
determina una sempre più accentuata instabilità del corpo roccioso sovrastante fino a
determinarne il crollo e la formazione di una nuova superficie di distacco, la falesia, in
posizione arretrata rispetto a quella originaria. Il corpo di frana, localmente rappresentato da
blocchi di dimensioni metriche, si accumula al piede della falesia proteggendola
temporaneamente da una ulteriore azione erosiva del moto ondoso ed impedendo la
formazione del solco di battente. Quest'ultima ricomincierà solo dopo la completa erosione
dei blocchi franati dando inizio ad un nuovo ciclo di arretramento.
L'arretramento di una falesia può essere quindi schematizzato come un processo ciclico,
composto da lunga fase di prepazione in cui si verifica l'erosione del corpo di frana e il
modellamento del solco di battente, seguito da una fase "catastrofica" rappresentata dal
distacco di una frana da crollo. I tempi e le modalità con cui questo ciclo si compie dipendono
da fattori meteomarini (energia del moto ondoso, frequenza ed intensità delle mareggiate,
morfologia del primo fondale, ecc.), dalle locali condizioni litostrutturali del corpo roccioso
(caratteristiche fisico-meccaniche del corpo roccioso, gradi di fratturazione, giacitura degli
strati e delle fratture, ecc.) nonchè dalle caratteristiche morfologiche (altezza della falesia,
profilo caratteristico, solchi e superfici strutturali, ecc.).
Il rilevamento geomorfologico del litorale tra Porto Ligno e Torre dell'Orso è stato eseguito
con lo scopo di acquisire alcuni parametri fondamentali per la definizione della sua
evoluzione quali l'altezza, lo spessore degli strati, la presenza di cavità, lo stato di
fratturazione,
2
Modello di evoluzione di una falesia a seguito del modellamento di un solco di battente in
corrispondenza del livello del mare ad opera del moto ondoso.
3
Fasi di arretramento di una falesia (X) nel tempo (t) a causa dello scalzamento al piede
operato dal moto ondoso.
Dopo un periodo di erosione lineare al piede della falesia, la cui durata è funzione delle
caratteristiche fisico-meccaniche della roccia e dell'energia del moto ondoso, la falesia viene
interessata da un crollo (t1). Nell'intervallo di tempo successivo (da t1 a t2) il moto ondoso
produce solo l'erosione ed il trasporto del materiale che costituisce il corpo di frana accumulatosi
al piede della falesia. Una volta allontanato tutto il materiale franato, il moto ondoso ricomincia
l'azione di scalzamento al piede ed il modellamento di un nuovo solco che porterà ad un nuovo
crollo (t3).
l
4
l'individuazione dei corpi di frana, etc. Dal rilevamento è stato escluso il tratto costiero
dell'area archeologica di Roca, profondamente alterato dall'attività antropica e quindi di
scarso interesse per la valutazione dell'evoluzione morfogica del litorale.
IL METODO DI RILEVAMENTO
Il rilevamento geomorfologico del litorale tra Porto Ligno e Torre dell'Orso è stato
eseguito utilizzando un metodo innovativo che ha previsto le seguenti fasi operative:
a) riprese fotografiche con pellicola a colori di tratti elementari del litorale lunghi 50 m
o meno, con punto di ripresa a mare sulla linea mediana di ogni singolo tratto;
b) riprese fotografiche con pellicola bianco e nero sensibile all'infrarosso;
c) implementazione delle immagini in un sistema GIS, elaborazione dell'immagine e
calcolo dei parametri per ogni tratto elementare;
d) individuazione dei tratti elementari ed elaborazione dei dati mediante sistema GIS;
e) restituzione dei risultati del rilevamento su di una serie di carte tematiche.
a) Le riprese fotografiche con pellicola a colori
Il rilevamento quantitativo delle principali caratteristiche della falesia tra Porto Ligno e
Torre dell'Orso è stato eseguito mediante riprese fotografiche con pellicola a colori
eseguite da mare utilizzando un gommone. La scala di ripresa è stata determinata grazie
alla presenza di due operatori forniti di apposite aste di taratura e posti sul ciglio della
falesia a distanza determinata, generalmente di 50 m oppure meno in funzione delle
locali condizioni morfologiche.
La copertura fortografica del tratto di litorale investigato è stata realizzata utilizzando
numero 65 foto, stampate su carta fotografica formato 15x20 cm.
b) Le riprese fotografiche con pellicola sensibile all'infrarosso
Il tratto di litorale potenzialmente più instabile, da Roca a Torre dell'Orso, è stato
ripreso con il metodo descritto al punto precedente utilizzando una pellicola bianco e
nero sensibile all'infrarosso Kodak High Speed Infrared e montando un opportuno filtro
rosso sull'obiettivo.
Questa pellicola risulta sensibile alla banda spettrale 400 - 900 nm e risponde alle
variazioni dell'energia riflessa dalla superficie con variazioni di toni di grigio.
La fotografia IrB/N è usata in particolare per studiare zone coperte da foschia,
delimitare il confine tra terre stabilmente emerse e specchi d'acqua in zone paludose e
5
lagunari, analizzare il drenaggio e l'umidità dei terreni, riconoscere le varie specie
vegetali.
In particolare:
- le latifoglie riflettono in grande misura l'infrarosso per cui determinano toni chiari;
- le foglie strette delle conifere assorbono l'infrarosso e restituiscono toni scuri;
- i sempreverdi sono contraddistinti da tonalità più scure;
- le piante malate non riflettono l'infrarosso e sulle foto sono evidenziate anche
settimana prima che i danni siano visibili all'occhio umano;
- l'acqua assorbe i raggi infrarossi ed appare nerastra.
In totale sono state eseguite 36 riprese con questa pellicola. Le immagine positive sono
state ottenute scansionando direttamente il negativo con risoluzione di 900 dpi.
L'esame delle foto IrB/N evidenzia con tonalità chiare la fascia del rim algale
compresa dal livello del mare al momento della ripresa sino al livello di alta marea.
Risultano inoltre ben evidenti le superfici di strato e la trama delle fratture,
probabilmente a causa di variazioni di umidità in corrispondenza delle principali
discontinuità. Per quest'ultima caratteristica tali riprese sono state utilizzate, per i tratti
elementari disponibili, per la determinazione dei parametri relativi allo spessore degli
strati e allo stato di fratturazione.
c) Implementazione delle immagini in un sistema GIS, elaborazione dell'immagine
e calcolo dei parametri per ogni tratto elementare.
Le informazioni quantitative deducibili dalla interpretazione delle riprese fotografiche
sono state ottenute utilizzando un Sistema Informativo Geografico (GIS).
Il progetto è stato costruito importando le foto scansionate (formato file .jpg) mediante
l'utilizzo di una apposita estensione (Image Support). Le caratteristiche della falesia
sono rappresentate da elementi lineari (altezza della falesia, giunti di stratificazione,
fratture) e da elementi areali (area del tratto elementare, area occupata da cavità, area
occupata da corpi di frana, area interessata da difese costiere). I primi sono stati
descritti da un tema di polilinee, i secondi da un tema di poligoni; per entrambi i temi è
stato possibile associare per ogni singolo elemento la tipologia e le caratteristiche
geometriche in unità macchina (lunghezza e area, rispettivamente). L'utilizzo delle aste
di taratura ha permesso quindi la conversione delle unità macchina in distanze reali in
metri.
6
In particolare, per ogni tratto elementare (record) sono stati definiti, oltre ad un codice
identificativo, i seguenti campi informativi (fields):
ELEMENTI LINEARI
- Tipo di profilo
semplice: costituito da una parete subverticale a profilo regolare;
complesso: la falesia mostra al piede una piattaforma suborizzontale di ampiezza
variabile, posta poco al di sopra del livello del mare;
antropico: la falesia risulta rimodellata dall'attività antropica (presenza di cave o
terrapieni).
- Distanza in unità macchina tra le due aste di taratura.
- Altezza in unità macchina della falesia alle due estremità del tratto elementare.
- Numero delle superfici di strato.
- Numero e lunghezza delle fratture.
ELEMENTI AREALI
- Area occupata da cavità.
- Area occupata da corpi di frana.
- Area occupata da opere di difesa.
- Area totale del tratto elementare.
Per una valutazione critica dei risultati è stato introdotto un campo in cui viene riportata
la valutazione della qualità delle foto interpretate.
A partire da questi dati sono stati calcolate le seguenti caratteristiche:
- Altezza media: è stata ottenuta dalla media tra le altezze calcolate agli estremi del
tratto elementare.
- Potenza degli strati: rapporto tra l'altezza media e il numero degli strati.
- Densità delle fratture: rapporto tra lunghezza complessiva delle fratture e l’area
totale.
- Area percentuale del corpo di frana: rapporto tra l’area dei blocchi di frana e quella
totale.
- Area delle cavità: rapporto tra l’area delle cavità e quella totale.
- Area delle opere di difesa: rapporto tra l’area delle opere di difesa e quella totale.
7
E' stato inoltre aggiunto un ulteriore campo con la distanza delle opere urbane e/o
edifici dal ciglio della falesia.
d) Individuazione dei tratti elementari ed elaborazione dei dati mediante sistema
GIS.
La restituzione dei dati acquisiti è stata possibile individuando lungo la linea di riva i
singoli tratti elementari oggetto delle riprese fotografiche ed utilizzando la funzione di
Joint per legare tramite un’identificativo comune le caratteristiche determinate.
e) Restituzione dei risultati del rilevamento su di una serie di carte tematiche.
La realizzazione delle carte tematiche è stata ottenuta mediante l'opportuna
classificazione dei valori calcolati per ogni parametro e utilizzando linee di differente
colore per ogni classe. Le carte tematiche prodotte sono relative ai seguenti parametri:
- altezza media della falesia (m)
- potenza degli strati (m)
- densità delle fratture (m/m2)
- area grotte (%)
- ubicazione delle principali grotte
- area blocchi (%)
- area opere di difesa (%)
- distanza opere antropiche dal ciglio della falesia (m)
DISCUSSIONE DEI RISULTATI
a) Altezza media della falesia
La falesia del tratto costiero Porto Ligno - Torre dell'Orso mostra generalmente profilo
semplice, rappresentato cioè da una superficie subverticale regolare (57% del litorale
considerato); in alcuni tratti, comunque, essa mostra profilo complesso (30%),
caratterizzato dalla presenza poco al di sopra del livello del mare di una piattaforma
suborizzontale. Non trascurabili (13%), infine, sono i tratti la cui originaria morfologia è
stata profondamente alterata dall'uomo con l'apertura di cave e l'esecuzione di
terrapieni.
8
L'altezza della falesia varia da valori minimi di 1 m, nei tratti a profilo complesso, a
valori massimi di circa 17 m; l'altezza media è di circa 9 m. Risultano molto estesi i
tratti costieri con falesia alta da 5 a 6 metri e, seppur in misura minore, quelli con falesie
alte circa 14 m.
L'analisi della distribuzione spaziale dell'altezza media della falesia evidenzia un
graduale aumento di questo parametro procedendo lungo la linea di riva da NNW a
SSE. I valori minimi si riscontrano nell'area di Roca Vecchia mentre quelli massimi si
raggiungono poco a Nord dell'insenatura di Torre dell'Orso. Fanno eccezioni a questo
trend generale i brevi tratti con profilo complesso.
b) Potenza degli strati
La falesia del tratto di costa tra Porto Ligno e Torre dell'Orso si presenta intagliata in
calcareniti a diagenesi variabile generalmente ben stratificate, con strati di spessore
variabile debolmente immergenti verso mare.
L'analisi delle riprese fotografiche evidenzia che il locale spessore degli strati è
abbastanza costante variando praticamente da 0.5 a 1.5 metri, con spessore medio pari a
1 metro. I tratti in cui la roccia si presenta massiccia o caratterizzata da potenti bancate
(spessore maggiore di 2.5 m) sono decisamente subordinati.
L'analisi della distribuzione spaziale di questo parametro evidenzia un generale,
graduale aumento dello spessore degli strati procedendo da NNW a SSE anche se il
trend è interrotto da qualche breve tratto in controtendenza, posto per lo più all'interno
di piccole insenature.
c) Densità delle fratture
Il corpo roccioso su cui è intagliata la falesia in studio è interessato non solo da
discontinuità primarie (i giunti di stratificazione) ma anche da un sistema secondario di
discontinuità prodotte dalla tettonica (fratture). Tali fratture mostrano generalmente
andamento irregolare e si presentano spesso saldate da riempimento calcitico.
L'analisi ha evidenziato che la lunghezza delle fratture presenti in media su di un
metro quadro di superficie di falesia varia da 0 a 0.50 metri. Il valore medio della
densità di fratture si attesta su 0.39 m/mq.
L'analisi della distribuzione spaziale della densità di fratture evidenzia una sostanziale
uniformità del grado di fratturazione interrotta dalla presenza di alcuni brevi tratti di
litorale particolarmente fratturati (densità di fratture maggiore di 0.65 m/mq).
9
d) area percentuale delle grotte
L'arretramento della falesia è in numerosi tratti determinato dal modellamento di grotte
costiere ad opera del moto ondoso, che ampliandosi gradualmente nel tempo sia in
senso orizzontale che verticale finiscono con l'intercettare la superficie topografica
trasformandosi in blow-holes. Altre volte l'ampliamento di grotte costiere sui due lati di
un promontorio finisce col determinarne la coalescenza e la formazione di un arco
costiero. Il proseguire dell'azione erosiva del moto ondoso e degli agenti atmosferici
derterminano infine il crollo dell'arco e la formazione di un faraglione.
La presenza di una grotta costiera determina quindi una locale elevata instabilità della
falesia per cui risulta fondamentale conoscerne la posizione e stimarne le dimensioni.
L'analisi delle riprese fotografiche evidenzia la presenza di un numero significativo di
tratti caratterizzati da grotte costiere (area percentuale maggiore del 5%), alcune di
grandi dimensioni (area percentuale maggiore del 20%). La distribuzione spaziale di
questo parametro mostra una maggiore frequenza delle grotte costiere nel tratto di
litorale compreso tra il complesso archeologico di Roca e l'insenatura di Torre dell'Orso.
Per una visione più realistica della situazione, è stato redatta una carta tematica con
l'ubicazione delle principali grotte costiere. Queste risultano essere in numero poco
elevato e concentrate per lo più lungo il tratto di litorale compreso tra la zona
archeologica di Roca e l'insenatura di Torre dell'Orso.
e) area blocchi
L'arretramento della falesia di Porto Ligno - Torre dell'Orso avviene generalmente per
frane da crollo indotte da una efficace azione di scalzamento al piede da parte del moto
ondoso. Poichè il corpo di frana viene eroso in breve tempo, la presenza di blocchi al
piede della falesia indica un'area di distacco recente. Questi tratti costieri risultano i più
stabili sia perchè la falesia ha da poco tempo raggiunto una nuova situazione di
equilibrio, sia perchè il corpo di frana esercita una azione di protezione nei riguardi del
moto ondoso. Viceversa, saranno potenzialmente instabili le falesie prive di blocchi al
piede, in quanto non protette dall'azione del moto ondoso e soggette da un relativamente
lungo tempo all'azione di degradazione meteorica e del moto ondoso.
10
L'analisi eseguita evidenzia la presenza di pochi tratti di litorale caratterizzati da un
corpo di frana relativamente esteso, essendo gran parte del litorale è invece
caratterizzata da valori di questo parametro minori del 2%.
L'analisi della distribuzione spaziale dei corpi di frana evidenzia chiaramente la
posizione dei tratti di falesia attualmente caratterizzati da un corpo di frana al piede.
Spiccano le situazioni presenti all'estremità settentrionale dell'area e poco a nord di
Torre dell'Orso.
f) opere di difesa
Lungo il litorale sono state realizzate delle opere di difesa generalmente lì dove il
rapido arretramento della falesia ha comportato una situazione di rischio per gli edifici
costruiti a poca distanza dal ciglio della falesia. Le opere di difesa sono generalmente
rappresentate da accumuli di blocchi di calcare micritico di medie dimensioni, disposti a
costituire una rampa a protezione del piede della falesia. Tali opere si concentrano lungo
brevi tratti posti all'estremità nord dell'area e nella zona della Grotta della Poesia, dove
le opere di difesa sono state realizzate con l'intento di proteggere il patrimonio
archeologico presente all'interno della grotta.
g) distanza opere antropiche dal ciglio della falesia
La realizzazione di opere antropiche in aree caratterizzate da alta pericolosità
geomorfologica, quali per esempio il ciglio di falesie in rapido arretramento, comporta
una situazione di rischio tanto più elevato quanto maggiore è il valore, sia in termine
economici che di vite umane, del tipo di opera.
Per fornire un contributo utile alla definizione del rischio geomorfologico lungo il
tratto costiero da Porto Ligno a Torre dell'Orso è stata determina la distanza delle opere
antropiche, senza differenziare la tipologia dell'opera (strada, casa unifamiliare,
condominio a più piani, etc.), dal ciglio della falesia.
L'analisi dei dati evidenzia una distanza media di circa 38 m. Nel dettaglio, si nota un
limitata estensione di tratti costieri (circa 80 m) contraddistinti da opere urbane a
ridosso del ciglio della falesia (distanza minore di 10 m), mentre molto più estesi (circa
2300 m, complessivamente) sono i tratti posti da 10 a 50 m. Decisamente più limitata
(460 m) è l'estensione dei tratti posti oltre 50 m dal ciglio della falesia.
11
L'analisi della distribuzione spaziale di questo parametro evidenzia come la distanza
tra il ciglio della falesia e la prima opera antropica (generalmente rappresentata dalla
strada litoranea) sia particolarmente piccola in corrispondenza dei centri abitati di Roca
e Torre dell'Orso.
CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE
Lo studio morfologico quantitativo del litorale tra Porto Ligno e Torre dell'Orso, in gran
parte costituito da falesie intagliate in calcareniti di età pliocenica, è stato affrontato con
una metodologia innovativa che ha permesso di acquisirne alcune caratteristiche
morfometriche fondamentali.
L'elaborazione e l'analisi ottenuti mediante l'interpretazione di riprese fotografiche della
falesia sia a colori che all'infrarosso (b/n) e la loro successiva implementazione in un
sistema GIS, ha permesso di determinare gli intervalli di variazione e la distribuzione
delle seguenti caratteristiche del litorale:
- altezza media della falesia (m);
- potenza media degli strati (m);
- densità delle fratture (m/m2);
- area grotte (%);
- ubicazione delle principali grotte;
- area blocchi (%);
- area opere di difesa (%);
- distanza opere antropiche dal ciglio della falesia (m).
I dati morfometrici acquisiti costituiscono una importante base di conoscenza che se
integrata con il rilievo morfologico sia della parte emersa che sommersa delle falesie e
del primo fondale, permetterà di definire le modalità di evoluzione del litorale e la
determinazione del grado di pericolosità geomorfologica di ogni tratto elementare.
12
ALLEGATI
13
Rilevamento geomorfologico quantitativo della costa tra Porto Ligno e Torre dell'Orso
Caratteristiche geometriche (in cm) dell'asta di taratura utilizzata per il calcolo della scala di ripresa
14
Curve delle sensibilità della pellicola utilizzata per le riprese in bianco e nero all'infrarosso (Kodak
Professional High-Speed Infrared) in funzione della lunghezza d'onda. Il campo dell'infrarosso
fotografico è compreso tra 400 e 900 nm.
15
Raffronto tra una rispresa fotografica ripresa con pellicola a colori e una con pellicola in bianco e
nero sensibile all'infrarosso. In quest'ultimo caso, le aree vegetate presenti al piede ed al ciglio
della falesia sono evidenziate da toni molto chiari, connessi con l'alta reflettività nel campo
dell'infrarosso della clorofilla. Sono ben evidenti inoltre le fratture e le superfici di strato,
generalmente contrassegnate da linee di tono più scuro, connessa ad un locale aumento
dell'umidità.
16
Esempio di fotointerpretazione eseguita su una delle riprese fotografiche.
Sono riportate come linee:
a) la distanza tra le due aste di taratura (blu); b) l'altezza della falesia ai due estremi del tratto
elementare (blu); c) le superfici di strato (verde); d) fratture (giallo);
come aree:
e) area grotte (viola); area opere di difesa (celeste).
17
600
lunghezza litorale (m)
500
400
300
200
100
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
altezza media falesia (m)
1200.00
Lunghezza litorale (m)
1000.00
800.00
600.00
400.00
200.00
0.00
0-0.5
0.5 - 1.0
1.0 - 1.5
1.5 - 2.0
2.0 - 2.5
2.5 - 5.0
no strati
Potenza strati (m)
18
1400.00
1200.00
1000.00
800.00
600.00
400.00
200.00
0.00
0-0.25
0.25 - 0.50
0.50 - 0.75
0.75 - 1.00
> 1.00
20-50
50-100
Densità fratture (m/mq)
2500.00
2000.00
1500.00
1000.00
500.00
0.00
0-5
5-10
10-20
Area grotte (%)
19
2500.00
2000.00
1500.00
1000.00
500.00
0.00
0-2
2-5
5-10
10-20
>20
Area blocchi (%)
1200.00
1000.00
800.00
600.00
400.00
200.00
0.00
0-10
10-20
20-30
30-40
40-50
50-100
>100
Distanza opere antropiche (m)
20
Distribuzione spaziale dell'altezza media della falesia (m) lungo il tratto settentrionale dell'area
21
Distribuzione spaziale dell'altezza media della falesia (m) lungo il tratto centrale dell'area
22
Distribuzione spaziale dell'altezza media della falesia (m) lungo il tratto meridionale dell'area
23
Distribuzione spaziale dello spessore degli strati (m) lungo il tratto settentrionale dell'area
24
Distribuzione spaziale dello spessore degli strati (m) lungo il tratto centrale dell'area
25
Distribuzione spaziale dello spessore degli strati (m) lungo il tratto meridionale dell'area
26
Distribuzione spaziale della densità delle fratture (m/m2) lungo il tratto settentrionale dell'area
27
Distribuzione spaziale della densità delle fratture (m/m2) lungo il tratto centrale dell'area
28
Distribuzione spaziale della densità delle fratture (m/m2) lungo il tratto meridionale dell'area
29
Ubicazione delle principali grotte marine lungo il tratto settentrionale dell'area
30
Ubicazione delle principali grotte marine lungo il tratto meridionale dell'area
31
Distribuzione spaziale dell'area grotte (%) lungo il tratto settentrionale dell'area
32
Distribuzione spaziale dell'area grotte (%) lungo il tratto centrale dell'area
33
Distribuzione spaziale dell'area grotte (%) lungo il tratto meridionale dell'area
34
Distribuzione spaziale dell'area blocchi (%) lungo il tratto settentrionale dell'area
35
Distribuzione spaziale dell'area grotte (%) lungo il tratto centrale dell'area
36
Distribuzione spaziale dell'area grotte (%) lungo il tratto meridionale dell'area
37
Distribuzione spaziale dei tratti difesi lungo il tratto settentrionale dell'area
38
Distribuzione spaziale dei tratti difesi lungo il tratto centrale dell'area
39
Distribuzione spaziale dei tratti difesi lungo il tratto meridionale dell'area
40
Distanza delle opere antropiche dal ciglio della falesia lungo il tratto settentrionale dell'area
41
Distanza delle opere antropiche dal ciglio della falesia lungo il tratto centrale dell'area
42
Distanza delle opere antropiche dal ciglio della falesia lungo il tratto meridionale dell'area
43
(Melendugno – LE)
Responsabile programma di ricerca:
Caratterizzazione geofisica dell’area antistante le Grotte
della Poesia e valutazione del pericolo di crollo
Coordinamento:
Progettazione del rilievo:
Dott. Giovanni Leucci
A
A
Esecuzione delle indagini Geofisiche:
Dott. Giovanni Leucci,
Sig. Giandomenico Fortuzzi,
Sig. Massimo Luggeri,
Sig.ra Lara De Giorgi.
Elaborazioni ed interpretazione:
Dott. Giovanni Leucci
2003
0
1
INDICE
1. INTRODUZIONE..........................................................…......................pag. 3
2. VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELLA STABILITA’ DELLA
FALESIA IN PROSSIMITA’ DELLA GROTTA DELLA POESIA…………....4
2.1 INDAGINI GEOFISICHE 2D................................................... ........………..4
2.1.2 INDAGINE ELETTRICA........................................................ ....................4
2.1.2.1 Profilo E1......................................................................................... ..........5
2.1.2.2 Profilo E2......................................................................................... ..........6
2.1.3 INDAGINE ELETTROMAGNETICA IMPULSIVA........... ......................7
2.1.4 INDAGINE SISMICA TOMOGRAFICA A RIFRAZIONE.................. ..8
2.1.5 CONFRONTO TRA I RISULTATI ......................................................... .11
2.2 MISURE ELETTRICHE 2D RIPETUTE ................................................….13
2.3. INDAGINI GEOFISICHE 3D.................................................................... ..15
2.3.1 TOMOGRAFIA ELETTRICA 3D......................................................…....15
2.3.2 TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE...........…................. ............18
2.3.3 INDAGINE ELETTROMAGNETICA IMPULSIVA ............................... 20
2.3.4. INTEGRAZIONE DEI RISULTATI OTTENUTI.........................….... ...21
3. VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELLA STABILITA’ DELLA
GROTTA DELLA POESIA .................................................................................22
3.1 INDAGINI GEOFISICHE 3D ........................................................................22
3.2 TOMOGRAFIA ELETTRICA ...................................................................... 22
3.3 TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE .......................................... .....24
3.4 INTEGRAZIONE DEI RISULTATI OTTENUTI .................................. ......27
BIBLIOGRAFIA............................................................................................. .....30
2
1. INTRODUZIONE
L'evoluzione del litorale, compreso tra Porto Ligno e Torre dell'Orso (Melendugno - Lecce), è
dominata dall'arretramento della falesia, che può essere schematizzato come un processo a
due fasi:
- una lunga fase di preparazione, in cui si verifica l'erosione del corpo di frana e il
modellamento del solco di battente;
- una fase "catastrofica" rappresentata dal distacco di una frana da crollo (Mastronuzzi et al.,
1992).
I tempi e le modalità con cui questo processo avviene dipendono dalle caratteristiche
morfologiche della falesia (altezza, profilo caratteristico, solchi e superfici strutturali, ecc.),
dalle locali condizioni litostrutturali del corpo roccioso (caratteristiche fisico-meccaniche,
grado di fratturazione, giacitura degli strati e delle fratture, ecc.), nonché da fattori meteomarini e morfologici (energia del moto ondoso, frequenza ed intensità delle mareggiate,
morfologia del fondale in prossimità della linea di costa, ecc.).
In generale, le condizioni di stabilità di una formazione rocciosa dipendono essenzialmente
dalla presenza, nel materiale che costituisce la formazione stessa, di fratture e cavità, dal
numero di esse e dall’ampiezza della diaclasi delle fratture stesse. La conoscenza del grado di
fratturazione riveste, quindi, grande importanza per una corretta progettazione di efficaci
interventi di salvaguardia.
Le condizioni del sottosuolo sono normalmente indagate mediante metodi diretti, quali le
perforazioni; essi forniscono informazioni puntuali e sono molto costosi, inoltre danneggiano
la struttura per cui sono assolutamente da sconsigliare nel caso le indagini riguardino
monumenti di interesse naturalistico e/o antropico, come la Grotta della Poesia.
Metodi indiretti non distruttivi, quali le prospezioni geofisiche, possono fornire in questi casi
molto utili contributi di conoscenza.
Nel seguito verranno presentati i risultati delle indagini geofisiche integrate, realizzate allo
scopo di acquisire parametri utili per una migliore conoscenza della evoluzione della linea di
costa (spessore degli strati, presenza di cavità, grado di fratturazione, etc.) nel tratto costiero
antistante la Grotta della Poesia ed in un area posizionata sulla Grotta stessa.
3
2. VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELLA STABILITA’ DELLA FALESIA IN
PROSSIMITA’ DELLA GROTTA DELLA POESIA
2.1 INDAGINI GEOFISICHE 2D
Le indagini geofisiche 2D sono state eseguite lungo due profili: il primo con direzione NWSE (approssimativamente parallelo alla linea di costa) ed il secondo con direzione NE-SW
(approssimativamente perpendicolare alla linea di costa): la loro posizione planimetrica è
riportata in Fig.1.
R1=E1=S1
Grotta
della
Poesia
N
E2=S2
Profilo elettrico
Mare
Adriatico
Profilo sismico
Profilo radar
Fig. 1: Area indagata con tecniche geofisiche: ubicazione dei profili.
2.1.1 INDAGINE ELETTRICA
Per ciascuno dei profili (Fig. 1) è stato necessario innanzitutto scegliere la geometria del
dispositivo di misura più adatta alle caratteristiche geomorfologiche della zona ed al problema
in studio: la lunghezza del profilo stesso in funzione della profondità di indagine, il numero
di elettrodi e la distanza tra di essi.
Le misure sono state eseguite con i dispositivi dipolo-dipolo e Wenner: infatti, in base a
quanto si legge in letteratura, il primo riesce meglio a mettere in evidenza variazioni laterali
di resistività, il secondo, invece, riesce meglio a mettere in evidenza variazioni orizzontali di
resistività.
La massima profondità di interesse (10m dal piano di campagna) ha suggerito di realizzare
profili lunghi 96m, utilizzando 48 elettrodi con distanza interelettrodica di 2m.
L’inversione dei dati è stata realizzata mediante un processo iterativo che minimizza la
differenza fra la resistività apparente misurata e quella calcolata in base ad un modello di
4
sottosuolo.
Le sezioni di resistività ottenute per uno stesso profilo con i differenti dispositivi, sono state
esaminate alla luce delle conoscenze geologiche sull’area in studio.
I due profili, lunghi (come già detto) 92m, hanno il punto di intersezione nella ascissa 30m sul
profilo E1 e 35m sul profilo E2.
2.2.1 Profilo E1
Il profilo E1, parallelo alla linea di costa, si estende, verosimilmente, su cavità carsiche.
In Fig. 2 sono riportati, per ciascuno dei due dispositivi eletrodici, i modelli di resistività del
sottosuolo ottenuti mediante inversione.
Fig. 2: Modello di resistività del sottosuolo relativo al profilo E1: a) dipolo-dipolo; b) Wenner.
Nella Fig. 2a si osserva la presenza di alcune celle -“A”- caratterizzate da valori di resistività
dell’ordine dei 50Ω·m ed altre celle -“B”- caratterizzate da valori di resistività dell’ordine
dei 10Ω·m. Entrambi i tipi di celle potrebbero essere messi in relazione alla presenza di
cavità: le prime potrebbero contenere materiale residuale argilloso o residuale di acqua salata;
le seconde potrebbero contenere, invece, materiale fortemente imbevuto di acqua salata.
Il modello di resistività relativo alla configurazione dipolo-dipolo (Fig. 2b) conferma, per
quanto riguarda la parte più superficiale, la situazione che emerge dalla Fig. 2a ed, inoltre,
poiché la configurazione stessa consente una maggiore profondità di indagine, mette meglio
in evidenza il livello del mare (M), che appena si intravede nel modello della Fig.2a.
5
2.2.2 Profilo E2
Il profilo E2, come già detto, ha direzione approssimativamente perpendicolare alla linea di
costa e la sua parte iniziale giace sulla Grotta della Poesia (Fig. 1).
I dati osservati sono stati assoggettati ad analisi statistica a causa del rumore che caratterizza il
profilo, almeno nelle sue parti più vicine al mare: la deviazione standard relativa è risultata
dell’ordine del 4%. I modelli di resistività del sottosuolo sono riportati in Fig. 3.
WSW
ENE
Fig. 3: Modello di resistività del sottosuolo relativo al profilo E2: a) dipolo-dipolo; b) Wenner.
Dall’esame dei modelli si osservano, procedendo da W-SW verso E-NE:
- un’anomalia -“G”- di alta resistività (100-150Ω·m); essa è sicuramente causata dalla Grotta
della Poesia, situata proprio al di sotto del profilo in quell’area;
- due anomalie -“A”-, (80 - 100Ω·m) con dimensioni orizzontali di circa 4m, che si estendono
in profondità da 4 a 7m circa; esse sono verosimilmente collegabili alla presenza di cavità;
- una zona anomala -“F”- (circa 20Ω·m) che si estende dalla superficie per tutta la profondità
indagata; essa è molto verosimilmente correlabile con la fratturazione spinta della falesia e
con la presenza di materiale imbibito di acqua salata.
Nel modello ottenuto con il dispositivo Wenner (Fig. 3b) si ritrovano le stesse anomalie che
nel precedente (Fig.3a), meno le anomalie “A” .
La differenza tra i due modelli è da ascrivere alle caratteristiche dei due dispositivi elettrodici:
come già detto, il dispositivo dipolo-dipolo consente di mettere in evidenza variazioni laterali
di resistività e permette così di ottenere una migliore risoluzione orizzontale.
6
2.1.3 INDAGINE ELETTROMAGNETICA IMPULSIVA
Lungo lo stesso allineamento del profilo elettrico E1 è stato realizzato un profilo radar, R1
(Fig. 1). Le misure sono state effettuate con una antenna da 100MHz, in configurazione
monostatica e con acquisizione continua.
I dati di campagna sono di scarsa qualità (Fig. 4a), probabilmente a causa della presenza di
materiali conduttivi, messi in evidenza dalla indagine elettrica (Fig. 2). Si è, quindi, eseguito
un processing, i cui passi sono di seguito elencati:
1. Normalizzazione della scala orizzontale;
2. Rimozione della traccia media;
3. Filtro FK (per la rimozione delle bande orizzontali presenti sulla sezione radar).
NNE
SSW
a
I
A
b
Fig. 4: Sezione radar relativa al profilo R1: a) di campagna; b) elaborata.
Dall’analisi della sezione radar (Fig. 4b), si osserva:
¾ Il completo assorbimento del segnale oltre i 40ns (profondità di circa 1.2m per una
velocità media di propagazione dell’onda EM stimata tra 0.06 - 0.07m/ns);
¾ una interfaccia -“I”- quasi orizzontale, con tetto a circa 20ns, che corre per tutto il profilo.
La zona centrale -“A”-, tra le ascisse 30-40m, è caratterizzata da una intensa riflessione,
probabilmente associabile alla presenza di fratture.
A causa di una fitta vegetazione e di una serie di ostacoli, non è stato possibile realizzare il
profilo radar R2, trasversale alla linea di costa e coincidente con i profili E2 ed S2.
7
2.1.4 TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE
Lungo gli stessi allineamenti dei rilievi eletrico ed elettromagnetico sono stati realizzati due
profili sismici, S1 ed S2, (Fig.1).
Le indagini sono state eseguite con un sismografo Geometrics Strataview (modello Ninbus
1220) con 48 canali e geofoni verticali con frequenza propria di 14Hz ; la energizzazione è
stata eseguita con un martello da 5kg.
Lungo il profilo S1 lo stendimento è stato realizzato con 48 geofoni, equispaziati di 2m;
lungo il profilo S2 sono stati utilizzati 12 geofoni, equispaziati di 6m.
Le misure sono state effettuate realizzando tre energizzazioni per ogni posizione geofonica.
I dati sono stati elaborati allo scopo di eliminare il rumore. La Fig.5 mostra un esempio di dati
di campagna.
SSW
NNE
WSW
a
ENE
b
Fig. 5: Sismogrammi: a) profilo S1: b) profilo S2.
Il primo passo nell’elaborazione dei dati in una tomografia, consiste nell’individuare nella
registrazione i tempi dei primi arrivi (picking); con essi sono state costruite le dromocrone
8
relative alle onde dirette e rifratte riportate in Fig. 6.
SSW
NNE
a
WSW
ENE
b
Fig. 6: Dromocrone relative alle onde dirette e rifratte; a) profilo S1; b) profilo S2.
Le tecniche di inversione hanno consentito di ottenere i modelli di distribuzione nel
sottosuolo della velocità Vp di propagazione delle onde P, riportati in Fig. 7.
9
SSW
NNE
B
A
A
B
C
C
a
20
WSW
ENE
G
F
E
D
b
Fig. 7: Modello di distribuzione di Vp; a) profilo S1; b) profilo S2
I modelli relativi ad entrambi i profili mostrano valori di Vp bassi, confermando così la
diffusa presenza di fratture. In particolare, esaminando il profilo S1 si nota (Fig. 7a) una
interfaccia, con Vp pari a circa 1200m/s, inclinata verso S-SW e con profondità compresa tra
11 e 14m circa; essa è collocata al di sotto del livello del mare.
Sopra tale interfaccia si osservano:
¾ due zone anomale -“A”- con Vp compresa tra 400 e 500m/s, che potrebbero essere
correlati alla presenza di cavità;
¾ zone anomale -“B”- con Vp compresa tra 600 e 700m/s, che potrebbero essere correlate
alla presenza di calcareniti con un elevato grado di fratturazione;
¾ zone anomale -“C”- con Vp compresa tra 750 e 890m/s, che potrebbero essere correlate
alla presenza di calcareniti molto permeabili.
¾ Nel profilo S2 (Fig.7b) si osserva, procedendo da E-NE verso W-SW, (cioè dal mare
verso l’entroterra) l’esistenza di quattro zone distinte, indicate rispettivamente con “D”,
“E”, “F” e “G”, i cui valori di Vp decrescono;
10
infatti essi sono compresi tra:
•
650 e 700m/s nella zona “D”;
•
600 e 650m/s nella zona “E”;
•
550 e 600m/s nella zona “F”;
•
450 e 500m/s nella zona “G”.
La diminuzione dei valori di Vp, dalla costa verso l’entroterra, può essere correlata con la
naturale diminuzione del contenuto volumetrico in acqua nelle calcareniti fortemente
fratturate.
I valori molto bassi di Vp nella zona G sono giustificati dal fatto che in questa zona il profilo
S2 corre sulla Grotta della Poesia.
2.1.5 CONFRONTO TRA I RISULTATI
Le indagini geofisiche 2D hanno fornito informazioni interessanti sulle condizioni di stabilità
della falesia.
In Fig. 8 sono messi a confronto i risultati ottenuti dall’applicazione delle tre metodologie
lungo il profilo S1: essi hanno correlazioni ragionevoli. Si possono infatti osservare
corrispondenze dirette tra la presenza di cavità a vista nella foto e le zone con bassa velocità
sismica, quelle con alta resistività e quelle con alta riflessione dell’energia elettromagnetica.
I valori dei parametri resistività, ρ, e velocità, Vp, inducono ad ipotizzare la presenza nelle
cavità di materiale residuale argilloso o di acqua salata. Inoltre il materiale calcarenitico
costituente la falesia potrebbe essere o altamente fratturato o molto poroso.
11
SSW
0
NNE
50 m
25
a
A
A
A
A
b
Unit electrode spacing 2 m
A
A
c
20
I
A
d
Fig. 8: Modelli relativi al profilo S1: a) foto della falesia; b) modello di distribuzione della
resistività; c) modello di distribuzione della velocità di propagazione delle onde P; d) sezione
radar elaborata.
In Fig. 9 vengono messi a confronto i risultati ottenuti dall’applicazione delle metodologie
elettrica e sismica tomografica lungo il profilo S2.
Anche in questo caso si possono osservare alcune interessanti correlazioni. Su entrambi i
modelli elettrico (Fig. 9a) e sismico tomografico (Fig.9b) si distinguono nettamente tre zone
in cui via via che ci si sposta verso l’entroterra (W-SW) i valori di resistività aumentano ed i
valori di velocità dell’onda P diminuiscono, a causa, come già detto, della naturale
diminuzione del contenuto volumetrico in acqua. L’anomalia indicata con G corrisponde alla
Grotta della Poesia; inoltre nella zona F i valori di ρ e di Vp fanno pensare ad un probabile
elevato grado di fratturazione.
12
WSW
ENE
Depth Iteration 6 RMS error = 2.9 %
G
F
a
Unit electrode spacing is 2 m
G
F
b
Fig. 9: Modelli relativi al profilo trasversale alla linea di costa: a) distribuzione della resistività;
b) distribuzione della velocità di propagazione delle onde P.
2.1.6 MISURE ELETTRICHE 2D RIPETUTE.
Con lo scopo di indagare le modalità con cui l’acqua fluisce dalla superficie topografica verso
il sottosuolo, sono state ripetute le misure elettriche ad intervalli regolari di tempo lungo il
profilo E2 (Fig. 1). E’ stato utilizzato il dispositivo elettrodico Wenner – Schlumberger con
48 elettrodi e distanza interelettrodica di 2m. Le misure sono state eseguite ad intervalli
regolari di tempo (30 minuti), dopo avere abbondantemente bagnato il terreno.
La presenza dell’acqua nel sottosuolo è facilmente evidenziabile mediante la distribuzioni
delle variazioni percentuali di ρ, riferite ai dati raccolti a tempi diversi (Fig.10).
Il modello di variazione di resistività nel tempo mostra zone preferenziali di percorrenza
dell’acqua; il sensibile aumento di ρ, che in tali zone si verifica, è dovuto alla diluizione del
contenuto di sali (provenienti dall’acqua di mare o dalla soluzione dei minerali componenti le
rocce stesse) ad opera dell’acqua dolce immessa nel terreno. In particolare, si nota uno
scorrimento dell’acqua nella zona “F”; in tale zona sembra essere presente una corsia
preferenziale attraverso la quale l’acqua arriva in breve tempo (2 ore e mezzo circa) ed in
maggiore quantità fino alla massima profondità della sezione. In questa zona si osservano le
variazioni percentuali di ρ più elevate ( 5% - 6%) che indicano un maggiore flusso di acqua e
mettono in evidenza un avanzato grado di fratturazione.
13
Fig. 10: Modelli delle variazioni percentuali della resistività nel sottosuolo: a) resistività a
terreno asciutto; b), c), d), e) ed f) variazioni percentuali di resistività nel tempo.
Con questo tipo di indagine viene anche meglio definito il contorno della Grotta della Poesia “G”-.
Un’altra zona -“C”- mostra variazioni di ρ (-2% circa) simili a quelle relative alla zona -“G”in cui il profilo passa sopra la grotta. La similitudine di comportamento elettrico può fare
ipotizzare la presenza di una cavità anche nella zona “C”.
14
2.2 INDAGINI GEOFISICHE 3D
Le indagini geofisiche 3D (elettrica, elettromagnetica impulsiva e sismica tomografica a
rifrazione) sono state realizzate in un’area di dimensioni 38x22m, in prossimità della Grotta
della Poesia (Fig. 11).
N
Mare
adriatico
AREA INDAGATA CON LA GEOFISICA
Fig. 11: Foto aerea della zona di Roca.
2.2.1 TOMOGRAFIA ELETTRICA
La tomografia elettrica 3D è stata eseguita utilizzando una griglia che ricopre uniformemente
tutta l’area di indagine: essa è costituita da 22 profili paralleli ed equispaziati (1m) su cui sono
stati posizionati gli elettrodi (38) equispaziati 1m. Le misure sono state eseguite utilizzando il
dispositivo elettrodico Dipolo-Dipolo.
Le mappe di resistività, relative a varie profondità nel sottosuolo, sono riportate in Fig. 12.
15
E
W
A
m
C
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
A
B
m
A
B
m
Fig. 12: Modello 3D della distribuzione di resistività.
16
Da essa risulta evidente la divisione della zona in due parti (“A” e “B”), con valori di
resistività compresi tra 4 e 8Ωm nella prima e tra 12 e 30Ωm nella seconda. Andando in
profondità la suddivisione diventa più netta e la parte “A” sempre più estesa; in particolare a
profondità maggiori di 6m, “A” si estende per tutta la zona a NW (direzione della Grotta della
Poesia), per profondità maggiori di 9m “A” occupa quasi tutta la sezione.
Un’anomalia -“C”- di alta resistività (circa 200Ωm), è presente nelle sezioni più superficiali
(sino ad 1.2m circa); essa potrebbe essere correlata alla eventuale presenza di strutture di
interesse archeologico.
Infine in Fig.13 i dati elettrici sono stati rappresentati mediante superfici di equi-resistività
(Leucci, 2004).
N
m
A
m
m
5
8
12
20
32
50
a
Ω⋅m
m
B
m
m
5
m
8
12
20
32
50
b
Ω⋅m
C
m
m
5
8
12
20
32
50
c
Ω⋅m
Fig. 13: Superfici di equi - resistività; a) 4 <ρ< 8Ωm; b) 12 <ρ< 30Ωm; c) ρ>30Ωm
17
Questo tipo di visualizzazione tridimensionale mette bene in evidenza la distinzione netta tra
le zone “A”, “B” e “C”.
2.2.2 TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE
Scopo dell’indagine è mettere in evidenza possibili variazioni del campo di velocità dell’onda
P eventualmente correlabili alla presenza di fratture.
Le misure sono state eseguite nella stessa area in cui è stata realizzata la tomografia elettrica
3D (Fig. 11).
Per tentare di stimare la distribuzione di Vp fino ad una assegnata profondità è stata utilizzata
una tecnica di acquisizione tomografica che fa uso di una opportuna disposizione in superficie
di n geofoni ed m sorgenti (Luzio et al. 1987).
La geometria scelta per l’acquisizione è costituita da due allineamenti paralleli, distanti tra di
loro 24m: su uno di essi sono posizionati n=12 punti di energizzazione e sull’altro m=12
geofoni; la distanza tra i geofoni, così come quella tra i punti sorgente, è di 3m (Fig. 14). La
tecnica di acquisizione consente di determinare la velocità media di propagazione in ognuna
delle N (N≤nxm) celle elementari che ricoprono la superficie indagata.
G1
G2
G12
3m
33 m
24 m
3m
S1
S2
S12
Fig. 14: Geometria di acquisizione del rilievo sismico tomografico a rifrazione:
geofoni: G1, G2,......,G12; punti di energizzazione S1, S2,......, S12.
La lettura dei tempi di primo arrivo (picking), per ogni traccia, su ciascun sismogramma
(Fig.15a), consente di ottenere le dromocrone riportate in Fig.15b; la elaborazione delle
stesse mediante algoritmi sofisticati permette di ottenere il modello di distribuzione della
velocità Vp (Fig. 16).
18
a
b
Fig. 15: a) Esempio di picking dei tempi di primo arrivo delle onde P. Il sismogramma è relativo
al punto di scoppio S5; b) dromocrone costruite con i 12 picking effettuati su ciascuno dei 12
sismogrammi.
N
A
B
A
B
A
B
B
A
B
Fig. 16: Modello di distribuzione della velocità Vp.
Dalla Fig. 16 si evince che i valori di Vp sono generalmente compresi tra 600m/s e 1200m/s.
Localmente: valori di velocità nell’intervallo 600-800m/s, -“A”-, sono tipici delle calcareniti
altamente fratturate o molto porose;
valori di velocità nell’intervallo 900-1200 m/s, -“B”-, potrebbero essere associati a calcareniti
più compatte o comunque fratturate ma con alto contenuto volumetrico in acqua.
19
2.2.3 INDAGINE ELETTROMAGNETICA IMPULSIVA
Sono stati eseguiti 25 profili paralleli (equispaziati di 1m) per uno sviluppo complessivo di
950m circa, utilizzando il georadar Sir System2 (GSSI) e l'antenna da 100MHz in
configurazione monostatica.
Dall’analisi delle sezioni radar (un esempio è riportato in Fig. 17) si osserva una scarsa
penetrazione del segnale elettromagnetico, circa 70ns, a causa della presenza di materiali
conduttivi già messi in evidenza dalla indagine elettrica (Fig. 12). Nella sezione sono presenti,
a partire da 40ns, una serie di anomalie di forma iperbolica -“A”- di limitata estensione (0.5 –
1m). Esse sono caratterizzate da una limitata ampiezza del segnale e sono state interpretate
come probabili fratture nelle calcareniti.
S
N
A
Fig. 17: Esempio di sezione radar elaborata.
La velocità di propagazione dell'onda elettromagnetica nel sottosuolo, stimata con il metodo
che utilizza le iperboli di diffrazione, assume il valore medio di circa 0.065m/ns, pertanto la
profondità delle anomalie è dell’ordine di circa 1.3m.
Un metodo di visualizzazione 3D dei dati radar prevede il calcolo delle superfici di equiampiezza, proposto da Zanzi e Valle (1999, 2000).
Le superfici di equi-ampiezza riescono a rappresentare, in modo oggettivo, semplice e rapido,
in un piano sintetico, le forme dell’anomalia, specialmente per larghe zone; ma non
forniscono una visione dell’intero volume con la stessa immediatezza.
In Fig. 18 i dati radar sono stati rappresentati mediante superfici di equi-ampiezza,
considerando soltanto valori dell’energia normalizzata superiori al 38% dell’ampiezza
massima. Ovviamente, diminuendo il valore di soglia aumenta sia il potere risolutivo che il
rumore provocato dalle eterogeneità presenti nel sottosuolo.
20
N
A
Fig. 18: Superficie di equi-ampiezza con soglia pari al 38%
L’immagine 3D mette bene in evidenza la zona, -“A”-, di maggiore scattering dell’energia
EM ed il sistema di microfratture in direzione nord-sud (linea nera tratteggiata) che divide
l’area in due parti.
2.2.4 INTEGRAZIONE DEI RISULTATI
I risultati ottenuti con le tre metodologie sono ben correlati.
L’indagine sismica fornisce per la velocità Vp, secondo la direzione orizzontale, valori
compresi tra 600 e 800m/s, tipici del materiale incoerente o di rocce molto fratturate; nella
stessa zone la tomografia elettrica fornisce bassi valori di resistività (4 - 8Ωm) che
suggeriscono la probabile presenza nelle fratture di materiale imbibito di acqua salata.
Le zone in corrispondenza delle quali l’energia elettromagnetica riflessa è maggiore sono
correlabili alla probabile presenza di un sistema di microfratture (orientato N-S), che divide
di fatto l’area indagata in due parti, cosa del resto evidente anche dalla tomografia elettrica.
Inoltre utilizzando i valori stimati per la velocità Vp e le relazioni empiriche che legano tale
velocità ai parametri di fratturazione (Leucci, 2004), sono stati ricavati i seguenti valori:
Densità di frattura C: 0,26-0,35 m/m2;
Densità lineare di frattura Γ: 7,7 - 9,9 m-1;
Indice di discontinuità Id: 2,9-3,8;
Indice di qualità RDQ: <20%.
Tali valori sono indice di bassa qualità delle calcareniti che costituiscono la falesia. In
particolare, i valori di densità di frattura C rientrano nell’intervallo di variabilità (0,17-0,38
m/m2) osservato nella stessa area attraverso le indagini geomorfologiche.
21
3. VALUTAZIONE QUANTITATIVA DELLA STABILITA’ DELLA GROTTA
DELLA POESIA MEDIANTE METODI GEOFISICI INTEGRATI
3.1 INTRODUZIONE
La tomografia elettrica e quella sismica sono state utilizzate in modo integrato per mappare il
grado di fratturazione della formazione rocciosa costituente il tetto della Grotta della Poesia.
Le indagini sono state eseguite in un’area rettangolare di estensione 12x30m, la cui posizione
planimetrica è riportata in Fig. 19.
N
Mare
adriatico
AREA INDAGATA CON LA GEOFISICA
Fig. 19: Foto aerea della zona di Roca.
3.2 TOMOGRAFIA ELETTRICA
La tomografia elettrica 3D è stata eseguita utilizzando una griglia che ricopre uniformemente
tutta l’area di indagine: essa è costituita da 12 profili paralleli ed equispaziati (1m) su cui sono
stati posizionati gli elettrodi (30) con distanze interelettrodiche di 1m. Le misure sono state
eseguite utilizzando il dispositivo elettrodico Dipolo-Dipolo.
Le mappe di resistività relative a vari livelli di profondità nel sottosuolo sono riportate in
Fig.20.
22
N
m
F
F
F
F
F
F
F
F
F
F
m
F
m
ρ Ohm m
Fig. 20: Modello 3D di distribuzione della resistività nel sottosuolo.
23
Nelle mappe di resistività relative alle profondità comprese tra 2 e 8m, risulta evidente
un’anomalia -“F”-, con valori di resistività nell’intervallo 20 - 70Ωm. Tale anomalia, che in
superficie, nelle immediate vicinanze della Grotta della Poesia, ha direzione E-W, si allarga
progressivamente in profondità verso Sud; essa sembra essere correlabile ad un sistema di
fratture (direzione E-W) visibile all’interno della grotta stessa.
I valori bassi di resistività suggeriscono che il materiale di riempimento della frattura sia
costituito da argille più o meno imbevute di acqua di mare.
In Fig. 21 i dati elettrici sono stati rappresentati mediante superfici di equi-resistività (Leucci,
2004).
N
S
m
m
F
m
Fig. 21: Visualizzazione 3D: 22<ρ< 330 Ωm.
La visualizzazione tridimensionale mette bene in evidenza la zona di frattura “F”.
3.3 TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE
Scopo dell’indagine è mettere in evidenza possibili variazioni del campo di velocità delle
onde P (Vp) ed S (Vs), eventualmente correlabili alla presenza di fratture.
Le misure sono state eseguite nella stessa area in cui è stata realizzata la tomografia elettrica
3D (Fig. 19).
La geometria per l’acquisizione è costituita da due allineamenti paralleli, distanti tra di loro
12m: su uno di essi sono posizionati 12 punti di energizzazione e sull’altro 12 geofoni; la
distanza tra i geofoni, così come quella tra i punti sorgente, è di 2.5m (Fig. 22).
24
G1
G2
2.5 m
G12
30 m
12 m
2.5 m
S1
S2
S12
Geofoni onde P
Geofoni onde S
Punti di energizzazione
Fig. 23: Geometria di acquisizione del rilievo sismico tomografico a rifrazione;
G1, G2,......,G12: geofoni; S1, S2,......, S12: punti sorgente.
La elaborazione dei dati fornisce il risultato riportato in Fig. 23
25
N
S
Vp (m/s)
a
Vs (m/s)
b
A
B
B
A
c
Fig. 23:: a) modello di distribuzione della velocità Vp; b) modello di distribuzione della velocità
Vs; c) modello di distribuzione del rapporto Vp/Vs.
Il rapporto Vp/Vs fornisce buone indicazioni sulle deformazioni che possono subire le rocce:
infatti esso è legato al coefficiente di Poisson (σ) attraverso la relazione:
VP
1− σ
=
VS
1/ 2 −σ
(1)
26
Secondo quanto riportato in letteratura, il rapporto Vp/Vs assume valori compresi tra 1.45 e
3.32: il primo valore è relativo a rocce di buona qualità, il secondo a rocce di scarsa qualità.
Nella zona indagata i valori del rapporto Vp/Vs variano generalmente tra 1.5 e 3.2 (Fig.27c):
localmente essi assumono valori compresi tra 2.9 e 3.2, zone -“A “-, e segnalano la scarsa
qualità delle calcareniti, verosimilmente molto fratturate. I valori di Vp/Vs compresi tra 2.2 e
2.8, zone -“B”-, potrebbero essere associati a calcareniti meno fratturate o a calcareniti
comunque fratturate, ma con alto contenuto volumetrico in acqua.
3.4 INTEGRAZIONE DEI RISULTATI
Vengono qui brevemente discussi i risultati ottenuti utilizzando i due diversi metodi
d’indagine (metodo sismico ed elettrico).
La tomografia elettrica ha messo in evidenza aree a più basso valore di resistività (< 25Ωm)
che sono state interpretate come possibili zone a fratturazione molto elevata ed in cui le
fratture stesse sono riempite di materiale detritico imbevuto di acqua salata.
La tomografia sismica a rifrazione ha messo in evidenza
- valori di velocità Vp comprese tra 700 e 900 m/s; essi confermano l’elevato grado di
fratturazione della calcarenite, poiché la velocità Vp nella calcarenite intatta assume valori
compresi nell’intervallo 1500 - 2000m/s. (Leucci, 2004);
- valori di velocità Vs compresi tra 220 e 600 m/s.
Le velocità sperimentali sopra riportate forniscono per il rapporto Vp/Vs generalmente valori
compresi nell’intervallo 1.5 - 3.2 (Fig.24b); i valori di Vp/Vs compreso tra 2.2 e 3.2 di alcune
zone denotano l’elevata fatturazione delle stesse. La bibliografia (Reynolds, 1998), infatti,
indica in Vp/Vs pari a 1,4 il valore limite superiore per le rocce di buona qualità.
In base ai valori di Vp/Vs (Leucci, 2004) si ottengono i seguenti parametri di frattura:
densità lineare di frattura Γ: 2,71-6,64 m-1;
indice di qualità RDQ: 67,37%-20,37%.
Essi sono indice di bassa qualità delle calcareniti che costituiscono il tetto della Grotta.
La Fig. 24 consente di confrontare i risultati ottenuti con le due metodologie.
In essa si possono osservare, infatti, corrispondenze dirette tra:
−
La zona -“F”- in cui il rapporto Vp/Vs è alto e la resistività è bassa (circa 15Ωm): si tratta
verosimilmente di zone molto fratturate e le cui fratture sono riempite di detriti umidi;
−
zone -“E”- in cui il rapporto Vp/Vs è alto a denotare zone ad alta fratturazione; la
27
corrispondente zona nella mappa delle resistività appartiene ad un’area più estesa la cui
resistività (circa 50 ohm m) è sempre bassa ma più alta della precedente, sta a denotare una
zona relativamente più asciutta.
Un ulteriore osservazione è da fare: nelle sezioni di tomografia elettrica relative a profondità
maggiori la zona “F” si allarga e denota che il fenomeno osservato diventa sempre più grave
in profondità. A differenza di quanto succede per la zona “E” in cui il fenomeno sembra
limitato alle profondità cui è relativa la Fig.24.
Si conclude quindi che la roccia che costituisce il tetto della Grotta della Poesia presenta
numerose fratture non cementate e quindi a rischio di crollo.
Fig. 24: a) modello di distribuzione della resistività alla profondità 2.18 – 2.95 m; b) modello di
distribuzione del rapporto Vp/Vs.
28
Fig. 25: Riassunto dei risultati ottenuti dall’indagine geofisica (distribuzione della resistività alla
profondità 2.18 – 2.95 m).
Fig. 26: Riassunto dei risultati ottenuti dall’indagine geofisica (distribuzione del rapporto
Vp/Vs).
29
BIBLIOGRAFIA
LEUCCI G., (2004): I metodi elettromagnetico impulsivo, elettrico e sismico tomografico a
rifrazione per lo studio di problematiche ambientali: sviluppi metodologici e
applicazioni. Tesi di Dottorato di Ricerca in Geofisica per l’Ambiente ed il Territorio
XV Ciclo;
LEUCCI G., (2003): Studio degli effetti delle fratture sulla variazione di velocità delle onde P
ed S. Riassunti Estesi del XXII Convegno GNGTS, Roma 18, 19, 20 Novembre 2003;
LUZIO D., MARGIOTTA C., RANIERI G., (1987): Analisi comparata di misure
geoelettriche e sismiche per l’individuazione di cavità nell’area archeologica di Roca.
Atti del Convegno sulle Conoscenze Geologiche del territorio Salentino, Lecce 12-121987, pp 355-372;
MASTRONUZZI G., PALMENTOLA G. & SANSO' P. (1992): Some theoretic aspects of
rocky coast dynamics. Boll. Ocean. Teor. Appl., 10, 109-115.
REYNOLDS, J.M., (1998): An Introduction to Applied and Environmental Geophysics.
Published by John Wiley & Sons Ltd. Baffins Lane, Chichester, West Sussex PO19
1UD, England;
VALLE, S., L. ZANZI, G. LENZI (2000): 2D and 3D focusing of Ground Penetrating
Radar data for NDT. Proc. of the 8th International Conference on Ground Penetrating
Radar, May 23-26, Gold Coast, Australia; 2000
ZANZI, L. AND S. VALLE (1999): Elaborazione di dati GPR 3D per la ricerca di mine
antiuomo. Atti del 18° Convegno Nazionale del Gruppo Nazionale di Geofisica della
Terra
Solida
(Roma,
Novembre
1999).
(Disponibile
sul
sito
web:
ftp://www.dinma.univ.trieste.it/pub/gngts/1999/Sessioni_Ordinarie/04/lzanzi-2.doc).
30
Dipartimento di Scienza dei Materiali - Università degli Studi di Lecce
(Melendugno – LE)
Caratterizzazione Geostrutturale e definizione di un
modello preliminare di stabilità statica della Grotta
piccola della Poesia
Coordinamento e Progettazione del
rilievo:
Prof. Antonio Federico
Esecuzione delle indagini:
Dott. Ing. Alessandro Buzzacchino
Elaborazioni ed interpretazione:
Dott. Ing. Alessandro Buzzacchino
2003
I
INDICE
INTRODUZIONE ......................................................................................................................1
1.
INQUADRAMENTO TERRITORIALE E GEOLOGICO ...............................................2
2.
RILIEVO FOTOGRAFICO ...............................................................................................5
3.
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA E GEOSTRUTTURALE..............................10
4.
CLASSIFICAZIONE DELLA MASSA ROCCIOSA .....................................................14
5.
4.1.
PREMESSA .............................................................................................................14
4.2.
CLASSIFICAZIONE “ROCK MASS RATING”....................................................14
4.3.
CLASSIFICAZIONE “Q SYSTEM” .......................................................................18
EVOLUZIONE DEL SISTEMA CARSICO DELLA GROTTA PICCOLA DELLA
POESIA ED ATTUALI CONDIZIONI DI STABILITA’.......................................................23
6.
CONCLUSIONI ...............................................................................................................29
APPENDICE ............................................................................................................................31
A.1
RILIEVI E INDAGINI.............................................................................................31
A.2
COMPORTAMENTO DELLE ROCCE INTENSAMENTE FRATTURATE.......61
BIBLIOGRAFIA ......................................................................................................................63
ALLEGATI ..............................................................................................................................66
II
INTRODUZIONE
La località di Roca Vecchia, ubicata nel Comune di Melendugno (LE) sulla costa adriatica del
Salento, costituisce un sito di spiccata valenza archeologica, ospitando, tra l’altro, uno dei più
importanti e suggestivi luoghi di culto costieri dell’antichità: la Grotta Piccola della Poesia
(Pagliara, 1987).
Individuata dal Prof. Pagliara nel 1983, essa Grotta rappresenta anche una delle principali cavità
carsiche dell’intero arco costiero salentino. La roccia delle pareti è, in prevalenza, una calcilutite
laminata alternata con calcarenite macrofossilifera bioturbata e molto erodibile; l’ammasso
roccioso è interessato da diversi sistemi di fratture le cui orientazioni si concentrano intorno agli
assi N-S e E-O.
Le basse caratteristiche di resistenza meccanica dell’ammasso, unitamente ai processi di
bioerosione e dissoluzione chimica tipici delle rocce carbonatiche, sono i principali fattori alla
base dei fenomeni di instabilità (crolli e ribaltamenti) lungo la vicina falesia. Cinematismi analoghi
possono verificarsi all’interno della Grotta.
Finalità principale di questo studio è una prima valutazione delle condizioni di stabilità della
Grotta Piccola della Poesia. Sulla base degli studi effettuati, il presente lavoro può considerarsi,
anche, uno strumento di supporto per la progettazione di opere atte a salvaguardare dagli
incipienti fenomeni di instabilità sia il tratto di costa compreso tra Porto Ligno e Torre dell’Orso
che le altre cavità carsiche presenti lungo la falesia.
1
1.
INQUADRAMENTO TERRITORIALE E GEOLOGICO
L’area oggetto di studio è sita in Rocavecchia, sulla sponda adriatica della Penisola Salentina (Figg
Errore. Il collegamento non è valido. e Errore. Il collegamento non è valido.), che rappresenta la parte
sud-orientale emersa della piattaforma carbonatica Apula (RICCHETTI et alii, 1988).
ROCAVECCHIA
Figura 1: Inquadramento territoriale
ROCAVECCHIA
Grotta Piccola della Poesia
Mare Adriatico
Figura 2: Stralcio topografico dell’ambito di studio
L’alternarsi di emersioni e sommersioni ha prodotto una successione in prevalenza carbonatica,
con alcune lacune stratigrafiche, e che costituisce la piattaforma Apula (BOSELLINI et alii, 1999).
2
Gli stress tettonici delle fasi orogenetiche compressive e distensive hanno generato le numerose e
diffuse fratturazioni presenti nelle diverse unità stratigrafiche.
L’assetto stratigrafico e strutturale, costituito da faglie ad andamento appenninico, controlla la
disposizione nel sottosuolo delle falde idriche, distinguibili in una profonda, contenuta nei calcari
cretacei e rappresentante la principale riserva d’acqua dolce del territorio regionale, ed in alcune
secondarie, ospitate nelle successioni terziarie e quaternarie (COTECCHIA & TULIPANO, 1989).
La falda profonda e alcune di quelle secondarie sono sostenute alla base da acque marine di
intrusione continentale.
Data la natura carbonatica degli acquiferi, assumono notevole rilevanza i fenomeni carsici. A tal
riguardo, le principali cavità carsiche presenti nel Salento possono raggrupparsi in due tipologie:
1. grotte ubicate in corrispondenza di doline di crollo (CARROZZO et alii, 2003);
2. grotte costiere (DELLE ROSE & ONORATO, 1999).
L’origine e l’evoluzione dei sistemi carsici sono influenzati, in idrogeologia e stratigrafia: in
particolare all’acqua marina di intrusione continentale, e alle unità deposizionali a bassissima
permeabilità e da depositi di terre rosse residuali (DELLE ROSE e PARISE, 2003).
Con riferimento alle grotte costiere, queste sono costituite da sistemi di condotte e gallerie con
almeno un’apertura in corrispondenza di linee di costa attuali o antiche.
Tra le grotte costiere più significative vi sono le Grotte della Poesia in Roca Vecchia, distinte in
“Grande” e “Piccola”, che costituiscono un unico complesso carsico parzialmente sommerso.
Il relativo sistema carsico è articolato in tre ampi vani a pianta ellittica (con assi maggiori di
lunghezza compresa tra 25 e 50 m) e in varie gallerie, larghe sino a circa 10 m, impostate lungo
fratture; in due vani la volta è in gran parte crollata (FORTI, 1985).
Il substrato geologico è costituito da calcilutiti laminate alternate con calcareniti macrofossilifere
bioturbate, attribuibili alla Formazione di Uggiano, molto erodibili ed interessate da diversi
sistemi di fratture le cui orientazioni si concentrano intorno agli assi N-S e E-O (DELLE ROSE &
PARISE 2003).
Con riferimento alla morfologia della vicina falesia, questa risulta frastagliata, con pronunciate
insenature e tratti di costa orientati secondo le principali fratture tettoniche.
La falesia, così come il sistema di grotte costiere nel territorio di Rocavecchia, è interessata da
estesi e frequenti crolli e ribaltamenti (Figg. Errore. Il collegamento non è valido. ÷ Errore. Il
collegamento non è valido.), aventi varie cause fra cui si segnalano:
•
processi di bioerosione (BECCARISI et alii, 2003; BACK et alii, 1984; SCHNEIDER, 1977);
•
dissoluzione chimica delle rocce carbonatiche, costituenti i sistemi ipogei costieri,
provocata dal deflusso delle falde idriche (FORTI, 1993);
•
ipercarsismo generato dal mescolamento sia tra acque dolci di falda e acque marine sia dai
mescolamenti tra queste ultime con quelle meteoriche e di stillicidio; tali mescolanze
3
possono produrre, infatti, acque salmastre oltremodo aggressive sul carbonato di calcio,
da cui il termine ipercarsismo. (CIGNA, 1983; FORTI, 1991).
•
abrasione meccanica dovuta al moto ondoso ed azione dinamica del medesimo.
L’ipercarsismo, ed i fenomeni di bioerosione, rivestono un ruolo particolare anche nell’origine ed
evoluzione del solco di battente. In Fig. 3 è riportato lo stralcio cartografico della geologia
dell’area oggetto di studio.
Figura 3: Inquadramento geologico dell’area in studio e dei suoi dintorni
4
2.
RILIEVO FOTOGRAFICO
Le campagne di indagini svolte sia lungo la falesia che all’interno della Grotta Piccola della Poesia
hanno permesso di documentare, mediante rilievo fotografico, le principali caratteristiche
geostrutturali, oltre che i numerosi crolli e ribaltamenti, che hanno interessato l’ammasso roccioso
ricadente nell’ambito di studio.
Nelle Figg. 4-13 sono riportati alcuni esempi di instabilità lungo la falesia.
Figura 4: Ribaltamento di blocco di roccia lungo la falesia: le superfici di distacco sono attraversate da fratture facenti
parte delle principali famiglie rilevate.
Figura 5: Distacco di blocco di roccia lungo la falesia.
5
Figura 6 : Crolli e ribaltamenti lungo la falesia.
Figura 7: Crolli lungo la falesia
Gli strati di calcilutiti e calcareniti nella Grotta della Poesia Piccola hanno spessore di 0,50 ÷ 0,80
m lungo il coronamento, e superiore al metro nelle parti media e basale (AGOSTINI & ROSSI,
2000). Gli strati immergono con deboli pendenze (5°÷10°) verso Est ed Est-Nord Est e sono
attraversati da 4 principali sistemi di fratture tettoniche (Tavv. 1 e 2).
6
Figura 8 : Struttura di accesso alla Grotta Piccola della Poesia
Figura 9: Porzione del coronamento della Grotta della Poesia Piccola interessata dal recente crollo (Dicembre 2003).
7
Foto del 18/12/2003
Foto del 07/05/2004
Figura 10: Resti del blocco di roccia distaccatosi dal coronamento
Figura 11: Parete della Grotta: manifestazioni di corrosione carsica e biologica (camini)
8
Lato Sud
Lato Est
Figura 12: Strati esposti nella parte alta della Grotta: solco erosivo
Figura 13 : Strati esposti nella parte intermedia della grotta: giunti suborizzontali
9
3.
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA E GEOSTRUTTURALE
Per una valutazione sia pure qualitativa del grado di stabilità della Grotta risulta utile procedere in
primo luogo alla stima della qualità dell’ammasso roccioso.
A tale scopo è necessario effettuare una caratterizzazione geostrutturale, basata su rilievi ed
indagini in situ e prove di laboratorio su campioni di roccia prelevati all’interno della grotta e nelle
sue immediate vicinanze. In sintesi, sono state svolte in situ, relativamente ad alcune
discontinuità individuate, le misure della Giacitura, Spaziatura, Persistenza, Scabrezza, Apertura e
Riempimento, Dimensione dei blocchi e Resistenza a compressione. In laboratorio sono state
effettuate le seguenti prove: Misurazione dei parametri fisici (Peso di volume, Contenuto
d’Acqua, ecc.), Analisi granulometrica della coltre di materiale di alterazione in situ della roccia,
Point Load Test, Compressione Uniassiale, Taglio Diretto e Resistenza a Flessione.
Come anticipato, nella Grotta sono evidenti 5 principali sistemi di discontinuità: K1, K2, K3, K4
e S1 – stratificazioni - (Tavole 1 e 2 e Tab. 1).
Tabella 1: Giacitura media dei sistemi di discontinuità rilevati
sistema angolo della direzione Angolo della inclinazione
K1
N35E
≅90°
K2
N75E
≅90°
K3
N135E
≅90°
K4
N170E
≅90°
S1
0° ÷ 5 °
Le fratture si presentano sia aperte sia riempite da concrezioni e/o da depositi residuali.
Nel suo insieme, l’ammasso roccioso può considerarsi da moderatamente a fortemente fratturato
essendo caratterizzato da blocchi di dimensioni estremamente variabili (da grandi a piccoli)
(ISRM, 1978).
Tale variabilità è evidenziata sia dai valori delle spaziature delle principali famiglie di discontinuità
(da un minimo di qualche centimetro ad un massimo di 25 m) che dalle misure di persistenza (da
un minimo di 2 m fino a 70 m).
Detti valori, in gran parte rilevati a vista, sono rappresentativi delle sole fratture riconoscibili
all’interno della grotta e dovrebbero essere oggetto di affinamento strumentale.
Le misure di scabrezza e resistenza alla compressione sono state effettuate lungo tratti di parete
della Grotta coincidenti con piani di discontinuità tettoniche.
Con riferimento alla scabrezza, sono state indagate porzioni dell’ammasso roccioso totalmente
prive di contenuto epigrafico e caratterizzate - in base alla nomenclatura ISRM (1978) - da
superfici sia ondulate rugose e lisce che segmentate rugose e lisce: il valore medio di JRC, pari a
10,15 ed ottenuto con l’uso del “pettine” di Barton, è rappresentativo della scabrezza delle
principali discontinuità.
10
Le misure di resistenza effettuate mediante l’uso dello sclerometro (martello di Schmidt) hanno
fornito valori di resistenza sui citati piani di discontinuità talvolta elevate, a motivo della
cementazione secondaria conseguente a precipitazione di carbonati nelle porosità della roccia.
Le misure di resistenza alla compressione effettuate in laboratorio (point load test e compressione
uniassiale) hanno fornito valori relativamente bassi (Tabella 2), diagnostici di una mediocre
qualità della roccia indagata.
Tabella 2: Valori di resistenza alla compressione della calcarenite
CALCARENITE
a grana fine e lutitica
a grana media
POINT LOAD TEST – Is
(MPa)
0,44
1,22
COMPRESSIONE UNIASSIALE
(MPa)
1,77
-
La Tabella Errore. Il collegamento non è valido. mostra i valori dei parametri di resistenza al taglio
ottenuto da prove di taglio diretto su campioni intatti di calcilutite.
Tabella 3: Risultati delle prove di taglio diretto su calcilutite intatta
CAMPIONE SECCO
CAMPIONE SATURO
σn (kPa)
95,13
190,69
381,38
95,13
190,69
381,38
τp(kPa)
421,17
484,22
567,40
302,97
505,23
562,15
c=379,7(kPa)
c=274,6 (kPa)
φ=26,5°
φ=38,6°
Per la descrizione quantitativa della resistenza a taglio delle discontinuità si è utilizzato il modello
JRC (BARTON, 1973; BARTON & CHOUBEY, 1977; BANDIS, 1993). Con tale modello, che
rappresenta lo sviluppo del modello empirico di PATTON (1966), si tiene conto della scabrezza
delle discontinuità incrementando l’angolo di attrito di base (φb), ossia l’angolo di attrito ottenuto
da una prova di taglio diretto su superficie liscia, di un angolo i pari all’angolo di inclinazione delle
ondulazioni della superficie del giunto (Fig. 14).
Figura 14: Resistenza al taglio di picco. Modello di Patton (1966)
11
Il modello utilizzato, JRC, è espresso dalla seguente equazione:
⎡
⎤
⎛ JCS ⎞
⎟⎟ + φb + iu ⎥
⎝ σn ⎠
⎦
τ p = σ n tan ⎢ JRC ⋅ log10 ⎜⎜
⎣
(1)
dove τp è resistenza al taglio (valore di picco), σn è la tensione normale, JRC è il coefficiente di
scabrezza (Joint Roughness Coefficient), φb è l’angolo di attrito di base (ottenuto in prove di
taglio su superficie lisce, non alterate), iu è l’angolo che esprime l’ondulazione di grande scala della
discontinuità, assunto pari a 0.
Nella Tabella 4 sono riportati i risultati di una prova di taglio diretto su di una discontinuità liscia
creata artificialmente in laboratorio.
Tabella 4: Risultati della prova TD su discontinuità liscia
σn (kPa)
τp(kPa)
CAMPIONE CON GIUNTO LISCIO
95,13
190,69
381,38
61,89
121,78
238,91
c=0 (kPa)
φb = 32,2 °
Il grafico in Fig. 15 descrive la variazione di resistenza a taglio τ della discontinuità più
rappresentativa per caratteristiche geostrutturali (JRC e JCS), al variare della tensione normale sui
piani di scorrimento σn.
Figura 15: Criterio di Barton della resistenza a taglio su discontinuità
12
Nell’ambito della caratterizzazione dell’ammasso roccioso, è stata, altresì, misurata la resistenza a
flessione. La Tabella 5 riporta i risultati relativi a tale prova eseguita su 4 campioni di calcilutite.
Tabella 5: Parametri di resistenza a flessione
b-h-l (mm)
F max (N)
σ (MPa)
σmedia (MPa)
PROVINO 1
40-40,1-160
169,55
0,63
-
PROVINO 2
40-40,1-160
490,31
1.83
PROVINO 3
40-40,1-160
549,73
2,05
PROVINO 4
40-40,1-160
492,87
1,84
1,91
La tensione media a rottura riportata nella Tabella 5 è stata stimata escludendo il valore di
tensione relativo al provino n. 1 e ritenuto non attendibile per le modalità di rottura del provino
stesso.
Si evidenzia come il valore di σmedia, che rappresenta il valore di rottura a trazione indiretta
mediante flessione, sia dello stesso ordine di quello ottenuto dalla prova a compressione
uniassiale (1,77 MPa).
Come rappresentato nelle tabelle di classificazione della massa rocciosa - sia secondo RMR (1973)
che secondo Q (1974) - la presenza di moti di filtrazione è aspetto non trascurabile nella stima
degli indici di qualità. A tal fine è stata effettuata
una serie di misurazioni con sonda
termosalinometrica (Fig. 16), sia all’interno della grotta che all’esterno (lungo la costa). I valori di
salinità dell’acqua di mare rilevati all’esterno ed all’interno della grotta sono risultati pressoché
identici (38.000 ppm).
Figura 16: Misurazione della salinità dell’acqua all’interno della grotta mediante sonda termosalinometrica del tipo
OCEAN OK201
Le indagini descritte sono riportate in maggiore dettaglio in APPENDICE.
13
4.
CLASSIFICAZIONE DELLA MASSA ROCCIOSA
4.1. PREMESSA
Per la classificazione della massa rocciosa si è ritenuto applicare due metodologie:
1. la classificazione “Rock Mass Rating” (o RMR system);
2. la classificazione “Rock Mass Quality” (o Q system).
4.2. CLASSIFICAZIONE “ROCK MASS RATING”
Dovuto a Bieniawski (1973), questo sistema di classificazione geomeccanica fornisce un indice
generale (RMR) di caratterizzazione della massa rocciosa variabile, con la qualità della roccia, da 0
a 100.
Esso è basato su 5 parametri:
1. Resistenza a compressione uniassiale (Co o, eventualmente, indice Is del “Point Load
Test”);
2. Rock quality designation, RQD;
3. Spaziatura delle discontinuità naturali;
4. Condizione delle discontinuità in base all’osservazione di più indicatori (rugosità,
continuità, apertura o separazione delle pareti affacciate, alterazione, riempimenti);
5. Stato legato alla presenza d’acqua (assenza d’acqua o quantità di flusso).
Un sesto parametro, orientazione delle discontinuità, è valutato differentemente per specifiche
applicazioni in gallerie, fondazioni e nella coltivazione mineraria.
La somma dei valori relativi a ciascun parametro (Tabella 6) determina l’indice RMR.
14
1
2
3
4
5
PARAMETRO
Indice di resistenza
Is (kg/cm2)
Resistenza a
Resistenza a
compressione della
compressione
roccia intatta
monoassiale σc
(kg/cm2)
Coefficiente numerico
Recupero percentuale modificato RQD (%)
Spaziatura delle discontinuità
VALORI NUMERICI
Per l’ intervallo 0÷10 si ricorre alla
determinazione di σc
>80
40÷80
20÷40
10÷20
>2000
>1000÷2000
500÷1000
250÷500
100÷250
15
90÷100
30
>3 m
30
12
75÷90
25
1÷3m
25
7
50÷75
20
0,3÷1m
20
2
Condizioni delle discontinuità
molto scabre
non continue
non separate
superfici dei
lembi dure
poco scabre
separazione <1mm
superfici dei lembi
dure
poco scabre
separazione
<1mm
superfici dei lembi
soffici
25
20
12
4
25÷50
10
50÷300 mm
10
superfici lisce
o
riempimento
< 5mm di
spessore
o
giunti aperti
6
Venute d’acqua
30÷100
1
<25
5
<50 mm
5
0
nessuna
<25 l/min
25÷125
l/min
>125 l/min
Pressione dei giunti
Tensione principale
massima
0
0,0÷0,2
0,2÷0,5
>0,5
Condizioni generali
Completamente assenti
Di tipo
interstiziale
10
7
0
materiale di riempimento soffice >5mm di
spessore
o
giunti aperti >5mm continui
Su 10 m di
lunghezza di galleria
Acqua in
pressione
modesta
4
10÷30
Molte venute
0
Tabella 6: Classificazione Geomeccanica RMR (da Barla, 1990)
1)
PARAMETRI SIGNIFICATIVI
15
Giacitura: angoli della direzione di
Molto
immersione e della inclinazione
favorevole
0
Favorevole
Poco favorevole
Sfavorevole
Molto favorevole
-2
-5
-10
-12
2)
O
R
I
E
NTAMENTO DELLE DISCONTINUITA’
3)
4)
SUDDIVISIONE DELL’AMMASSO ROCCIOSO IN CLASSI
Classi
I
II
III
IV
V
Descrizione
Ottima
Buona
Discreta
Scadente
Molto scadente
Coefficiente numerico totale
100÷81
80÷61
60÷41
40÷21
<20
III
IV
V
1,5÷2
1÷1,5
<1
35°÷40°
30°÷35°
<30°
PARAMETRI DI RESISTENZA ASSOCIATI ALLE CLASSI
Classi
Coesione dell’ammasso roccioso
(kg/cm2)
Angolo di attrito dell’ammasso roccioso
I
II
>3
2÷3
>45°
40°÷45°
16
Nella Tabella 7 sono riportati gli indici di qualità, massimo e minimo, dell’ammasso roccioso.
Tabella 7: Indici di qualità secondo RMR
PARAMETRI
VALORE
Min
Max
Resistenza a compressione
0
4
RQD
5
5
Spaziatura delle discontinuità
10
20
Condizione delle discontinuità
6
12
Venute d’acqua
7
7
-10
-10
18
38
(classe V)
(classe IV)
Giacitura delle discontinuità
Totale RMR
La variabilità dell’indice RMR dipende sia dai diversi valori di resistenza meccanica offerti dalla
calcarenite a grana media e a grana fine (calcilutite) che dalla accentuata mutevolezza delle
condizioni delle discontinuità. In ogni caso l’ammasso roccioso può essere classificato come
scadente e molto scadente.
Per ciascuna delle due classi è possibile, inoltre, attribuire i valori dei parametri di resistenza a
taglio della massa rocciosa cmr e ϕmr (Tab. 8); tali parametri sono desunti assumendo il sistema
come un continuo ideale dal punto di vista della resistenza, e non rappresentano, pertanto, la
resistenza a taglio specifica delle discontinuità.
Tabella 8: Parametri di resistenza dell’ammasso roccioso associati alle classi.
CLASSI DELL’AMMASSO
IV
III
Coesione (kg/cm2)
100 ÷150
150÷200
Angolo di attrito (°)
30°÷35°
35°÷40°
ROCCIOSO
17
4.3. CLASSIFICAZIONE “Q SYSTEM”
Il sistema Q di Barton et alii (1974) (chiamato anche sistema NGI) combina 6 parametri in una
funzione:
Q=
RQD J r J w
⋅
⋅
J n J a SRF
(2)
in cui:
RQD è la “Rock Quality Designation” (Recupero Percentuale Modificato);
Jn è un parametro relativo al numero di sistemi di discontinuità;
Jr è un parametro relativo alla rugosità delle discontinuità più importanti;
Ja è un parametro relativo al grado di alterazione della roccia della discontinuità o al materiale di
riempimento;
Jw è un parametro relativo alle caratteristiche del flusso di acqua nella roccia;
SRF, infine, è un parametro relativo allo stato di “allentamento” ed alle condizioni di sforzo.
I valori numerici da assegnare a ciascun parametro nel sistema Q si ricavano dalle descrizioni in
Tabella 9.
Tabella 9: Classificazione “Q system” (da Barla, 1990)
PARAMETRO
1
RQD-Rock Quality Designation
(Recupero Percentuale
Modificato)
2
Jn-Joint Set Number
3
Jr-Joint Roughness Number
DESCRIZIONE
VALORI
Molto scadente
0÷25
Scadente
25÷50
discreta
50÷75
Buona
75÷90
Eccellente
90÷100
Massivo con pochi giunti
0,5÷1,0
Una famiglia K1
2
Una famiglia K1 + random
3
Due famiglie K1 e K2
4
Due famiglie K1 e K2 +
6
random
Tre famiglie K1, K2, K3
9
Tre famiglie K1, K2, K3 +
12
random
Tre o più famiglie di giunti,
15
random
Roccia molto frantumata
20
a) lembi a contatto;
b) lembi a contatto dopo uno scorrimento di 10 cm
Giunti discontinui
4
Scabri o irregolari, ondulati
3
Lisci, ondulati
2
Levigati, ondulati
1,5
Scabri o irregolari, piani
1,5
Lisci, piani
1,0b
Levigati, piani
0,5
NOTE
a) Per
RQD<10, si
impone
comunque
RQD=10
a) per
intersezioni
(3xJn);
b) per portali
(2xJn).
a) da sommare
1,0, se la
spaziatura
media
è
>3m;
b) Jr=0,5,
costituisce
un
valore
utilizzabile
18
c)
4
1
Ja-Joint Alteration Number
nessun contatto a seguito di scorrimento
Zone con presenza di materiali
1,0b
argillosi (potenza tale da
evitare contatto tra i lembi)
Zone di roccia fratturata
assimilabile a ghiaia+sabbia
1,0b
(potenza tale da evitare
contatto tra i lembi)
a) lembi contatto
Ja
A. Riempimento
impermeabile,
non
0,75
rammollente, cementante,
resistente
B. Pareti
non
alterate,
1,00
presente alterazione in
tracce
C. Lembi
debolmente
alterati. Patine sui lembi
stessi con minerali non
2,00
rammollenti, particelle di
sabbia, roccia fratturata,
ma priva di argilla
D. Patina
viltosa-sabbioso
siltosa, poca argilla (non
3,00
rammollente)
E. Patina con poca argilla e/o
simili (caolinite, mica).
Clorite, talco, grafite,
gesso, ecc. oltre a piccole
4,00
quantità
di
argille
debolmente
espansive
(discontinue, 1÷2 mm o
meno come spessore)
b) lembi a contatto prima di
Ja
10 cm di scorrimento
F. Particelle di sabbie, roccia
4,00
frantumata
ma
in
assenzadi argilla
G. Riempimenti
argillosi,
fortemente
6,00
sovraconsolidati (continui,
<5mm in spessore)
H. Riempimenti
argillosi,
mediamente o debolmente
8,00
sovraconsolidati (continui,
<5mm in spessore)
I. Riempimenti con argilla
rigonfiante,
del
tipo
montmorillonite (continui,
<5mm in spessore). Il
valore da attribuire a Ja
8 ÷12
dipende dalla percentuale
in particelle di argilla
rigonfiante, nonché dalla
possibilità di accesso di
acqua, ecc.
c) Nessun contatto ai lembi
Ja
in seguito a scorrimento
per
giunti
piani
levigati con
lineazione,
se
queste
sono
favorevolme
nte orientate
φr1
-
25°÷35°
25°÷35°
20°÷25°
8°÷16°
φr
25°÷30°
16°÷24°
12°÷16°
6°÷12°
φr
I valori dati per φr sono da intendersi riferiti alla costituzione mineralogica dei prodotti di alterazione, se presenti.
19
J.
K.
L.
M.
N.
a)
5
SRF-Stress Reduction Factor
A.
B.
C.
D.
E.
F.
G.
b)
H.
I.
J.
Zone o bande di roccia
fratturata
e
argilla
(per
le
caratteristiche
dell’argilla, si veda i punti
G, H, I)
zone o bande di argilla
siltosa o sabbiosa, con
piccole percentuali di
argilla non rammollente
zone potenti in argilla (si
veda G, H, I)
6,0;8,0
o
8,0;12,0
6°÷24°
5,00
10,0;13,0
o
13,0;20,0
zone di debolezza che intersecano lo scavo;
possono causare distensioni e rilasci nella
massa rocciosa durante lo scavo della galleria
molte zone di debolezza con argilla o roccia
fratturata e degradata chimicamente , roccia
molto
distesa,
indipendentemente
dalla
profondità
zone singolari, discontinuità maggiori con
argilla, o roccia chimicamente degradata
(profondità dello scavo ≤50m)
zone singolari, discontinuità maggiori con
argilla, o roccia chimicamente degradata
(profondità dello scavo >50m)
molte zone con discontinuità interessate da
scorrimento precedente (nessun traccia di
argilla),
roccia
distesa
e
rilasciata
(indipendentemente dalla profondità) matrice
competente
discontinuità maggiori faglie e superfici di
scorrimento) in roccia competente (in assenza di
argilla), profondità dello scavo ≤50m
discontinuità maggiori faglie e superfici di
scorrimento) in roccia competente (in assenza di
argilla), profondità dello scavo >50m
discontinuità aperte e rilasciate, massa rocciosa
molto fratturata, a blocchi (indipendentemente
dalla profondità)
massa
rocciosa
competente,
problemi
σt4/ σ1
σc2/ σ13
affrontati dal punto di
vista tensionale
Sforzi naturali deboli,
>200
>13
vicino alla superficie
Sforzi naturali medi
200÷10
13÷60
Sforzi naturali elevati,
strutture
chiuse
(usualmente favorevoli alla
stabilità
globale;
può
10÷5
0,66÷0,33
tuttavia esserci qualche
elemento non favorevole
alla stabilità in parete)
6°÷24°
SRF
10,0
5,0
2,5
7,5
5,0
2,5
5,0
SRF
2,5
1,0
0,5÷2,0
σc : resistenza a compressione uniassiale
σ1: tensione principale massima
4 σ : resistenza a trazione (Is)
t
2
3
20
K.
L.
c)
M.
N.
d)
O.
P.
A.
B.
C.
6
Jw-Joint Water Reduction
Factor
D.
E.
F.
5
Massa rocciosa di tipo
massivo (possibili colpi di
5÷2,5
tensione
di
debole
intensità)
Massa rocciosa di tipo
<2,5
massivo (colpi di tensione
di debole intensità)
Roccia spingente;
comportamento plastico
della massa rocciosa in
σc/ σ1
presenza di elevati sforzi
naturali.
Pressioni deboli
Pressioni elevate
Roccia rigonfiante;
rigonfiamento in presenza
di acqua
Pressioni deboli
Pressioni elevate
DESCRIZIONE
Scavo in assenza di acqua o venute
ridotte, 5 l/min localizzate
Venute d’acqua medie o pressione
occasionale
nei
giunti
con
dilavamento del materiale di
riempimento
Venute d’acqua notevoli o pressione
elevata in giunti senza riempimenti
Venute d’acqua notevoli o pressione
elevata, dilavamento del materiale di
riempimento
Venute d’acqua eccezionali o
pressione d’acqua che decresce col
tempo
Venute d’acqua eccezionali o
pressione d’acqua che non tende a
decrescere nel tempo
0,33÷0,16
5÷10
<0,16
10÷20
σt/ σ1
SRF
5÷10
10÷20
Jw
5÷10
10÷15
Pw5(kg/cm2)
1,0
<1
0,66
1,0÷2,5
0,50
2,5÷10,0
0,33
2,5÷10,0
0,2÷0,1
>10,0
0,1÷0,05
>10,0
Pw: pressione dell’acqua
21
Nella Tabella 10 sono riportati i parametri che, sostituiti nell’equazione (2), consentono di
calcolare il valore - massimo e minimo – dell’indice Q.
Tabella 10: Classificazione di Barton
VALORE
PARAMETRI
Min
Max
RQD
10
15
Jn – Joint Set Number
15
15
Jr – Joint Roughness Number
2,5
4
Ja – Joint Alteration Number
0,75
3
5
7,5
0,66
1
0,03
1,67
SRF – Stress Reduction Factor
Jw – Joint Water Reduction Factor
Q=
RQD J r J w
⋅
⋅
J n J a SRF
Gli indici massimo e minimo di Barton, riportati in tabella, descrivono un ammasso roccioso da
estremamente scadente a scadente, in sostanziale accordo con il risultato ottenuto utilizzando
il metodo di Bieniawski.
Al fine di verificare l’affidabilità dei due schemi di classificazione, è stata usata l’espressione
empirica di correlazione tra RMR e Q (Bieniawski, 1976; Jethwa et alii., 1981)6.
RMR = 9(ln Q ) + 44
(3)
La tabella 11, che mette a confronto i valori dell’indice RMR stimato sia con la metodologia
canonica che con l’equazione Errore. Il collegamento non è valido., mostra uno scostamento medio
del 25% che, visto il carattere preliminare dello studio, si ritiene pienamente accettabile.
Tabella 11: Confronto tra l’indice RMR stimato secondo Bieniawski e utilizzando l’equ. 3
RMR
(secondo Bieniawski)
RMR
(secondo
l’equ.Errore. Il
∆ (%)
collegamento non è
valido.)
Q max=0,03
18
13
27,8
Q min=1,67
38
49
22,4
6 In letteratura sono numerose le espressioni di correlazione tra RMR e Q: Rutledge & Preston (1978), Moreno
(1980), Cameron et alii (1981), Abad et alii (1984).
22
5.
EVOLUZIONE DEL SISTEMA CARSICO DELLA GROTTA
PICCOLA DELLA POESIA ED ATTUALI CONDIZIONI DI
STABILITA’
Lo schizzo di Fig. 17 illustra schematicamente – nel caso generale – la successione delle fasi
evolutive dei sistemi carsici e dei fenomeni di sinkholes.
Figura 17: Evoluzione dei sistemi carsici e sviluppo dei sinkholes (da: Delle Rose et alii, 2004)
La situazione all’attualità della Grotta Piccola della Poesia è, sostanzialmente, quella delineata in
Fig. 17d, con tendenza evolutiva verso crolli perimetrali, in specie lungo il coronamento
superiore.
Tale tendenza naturale è localmente accelerata dall’azione di “cuneo” di ben visibili corpose radici
arboree. Che vanno prontamente neutralizzate !
In relazione, poi, alle condizioni di stabilità della Grotta Piccola della Poesia, è possibile fornire
alcune preliminari indicazioni con particolare riferimento ad una porzione del coronamento
superiore. Come già visto, le caratteristiche geostrutturali dell’ammasso roccioso della Grotta
sono tali che il relativo “modello di instabilità” non può che essere la combinazione di almeno
due dei seguenti movimenti elementari: scivolamento piano e/o tridimensionale, ribaltamento,
distacco, crollo (UNESCO, 1990; Cruden & Varnes, 1996; Goodman, 2003).
I dissesti rilevati nel corso delle indagini sono in prevalenza del tipo distacco, crollo e
ribaltamento e coinvolgono di solito masse rilevanti lungo la falesia rese sporgenti dallo
scalzamento al piede operato dall’azione erosiva del moto ondoso, dell’ipercarsismo e dei fattori
origine biologica. (Figg. 4 - 7). Il recente (Dicembre 2003) crollo di parte del coronamento
superiore della grotta ha, invece, coinvolto una massa di modeste dimensioni (circa 1 m3) (Fig. 9).
E’ interessante notare, nel raffronto temporale di Fig. 10, la quasi completa disintegrazione della
massa franata avvenuta in poco tempo per effetto del fenomeno di “slacking”.
L’ammasso roccioso studiato presenta un grado di fratturazione notevolmente variabile (da
intensamente a mediamente fratturato). Localmente, tuttavia, la continuità delle fratture è
23
interrotta da cementazione – parziale o totale – delle fratture medesime dovuta alla precipitazione
della calcite disciolta nelle acque di infiltrazione.
La verifica di stabilità ha interessato la parte di volta della Grotta rilevata con maggiore dettaglio
mediante strumenti di precisione (Figg. 18 e 19).
Figura 18
24
Figura 19
Per la verifica della stabilità è stata assunta l'esistenza di blocchi prismatici in chiave alla cavità la
cui stabilità è garantita dalle forze di attrito generate sulle discontinuità che definiscono la
geometria del blocco stesso.
La verifica è stata volta a stimare il fattore di sicurezza F relativamente alla caduta di blocchi
lungo il contorno sub-ellittico dell’apertura della Grotta:
F=
τr
τm
(4)
in cui
τr = resistenza al taglio disponibile lungo le pareti – ovvero: fratture dell’ammasso roccioso - del
blocco;
τm = tensione tangenziale mobilitata lungo le pareti dal blocco, data da:
τm =
P
,
2h ⋅ b ⋅ s
dove P è il carico verticale stimato come la somma del peso proprio del blocco e degli strati
di roccia che lo sormontano;
h, b ed s definiscono la geometria del blocco stesso.
Per la stima di τr si è fatto riferimento al modello JRC (Barton et alii., 1973) espresso dalla
equazione 1.
La risoluzione della citata equazione necessita, tra l’altro, del valore della tensione normale alle
fratture che, nel caso specifico, sono le pareti del blocco prismatico; a tal proposito si è utilizzata
25
una soluzione analitica, valida per un ammasso continuo, isotropo ed omogeneo e strettamente
applicabile a cavità profonde (Kirsch, 1898).
Nel caso generale di cavità circolare (Fig. 20) tale soluzione analitica è espressa dalle seguenti
equazioni:
Figura 20: Cavità Circolare e Stati tensionali indotti
⎫
1 ⎧
a2
a2
a4
σ r = p z ⎨(1 + k )(1 − 2 ) − (1 − k )(1 − 4 2 + 3 4 ) cos 2θ ⎬
2 ⎩
r
r
r
⎭
σθ =
⎫
1 ⎧
a2
a4
p z ⎨(1 + k )(1 + 2 ) + (1 − k )(1 + 3 4 ) cos 2θ ⎬
2 ⎩
r
r
⎭
(6)
⎫
1 ⎧
a2
a4
p z ⎨(1 − k )(1 + 2 2 − 3 4 )sen 2θ ⎬
2 ⎩
r
r
⎭
(7)
⎫
⎡
pza ⎧
a2 ⎤
(
1
+
k
)
−
(
1
−
k
)
4
(
1
−
ν
)
−
cos 2θ ⎬
⎨
⎢
2 ⎥
4G ⎩
r ⎦
⎭
⎣
(8)
⎫
⎡
pza ⎧
a2 ⎤
⎨(1 − k ) ⎢ 2(1 − 2ν) + 2 ⎥sen 2θ ⎬
4G ⎩
r ⎦
⎭
⎣
(9)
τ rθ =
ur =
(5)
uθ =
Per la Grotta della Poesia, essendo sub-ellittica la forma della sua apertura, si farà uso della
soluzione analitica di Kirsch (apud Hudson J.A. & Harrison J.P., 1997) relativa a cavità ellittiche
(Fig.21):
26
Figura 21: Cavità Ellittica
σB = p z (k − 1 + k
2H
)
ρB
W2
ρB =
2H
(10)
(11)
in cui
σB = tensione normale sulle pareti del blocco;
pz = γ z, z essendo la profondità;
k = coefficiente di spinta =
ν
(Terzaghi & Richart, 1952).
1− ν
W, H= parametri geometrici.
Per la stima del coefficiente di Poisson ν si è fatto riferimento ai risultati emersi dai rilievi
geofisici7; utilizzando l’espressione
VP
=
VS
2 − 2ν
1 − 2ν
(12)
in cui
Vp, Vs = velocità di propagazione rispettivamente delle onde P e delle onde S;
Il valore del rapporto Vp/Vs è compreso tra 1,5 e 3,2.
Per acquisire un quadro preliminare di conoscenza della stabilità della volta, è stata effettuata
un’analisi parametrica in funzione del coefficiente di spinta k.
Per tale verifica (Tab. 12) è stato ipotizzato un blocco di cospicue dimensioni: altezza pari alla
spaziatura media tra le stratificazioni (2 m) e larghezza e profondità pari ad 1 m; la geometria della
cavità, assunta di forma ellittica, è stata desunta dalle sezioni in Fig. 19.
7
I rilievi geofisici sono stati eseguiti dal Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Lecce
27
Nelle figure che seguono sono rappresentate le variazioni di ν, k e F, al variare del rapporto
Vp/Vs.
0,50
0,45
0,40
0,35
0,30
0,25
0,20
0,15
0,10
0,05
0,00
1,20
ν
1,70
2,20
2,70
3,20
3,70
Vp/Vs
Figura 22: Diagramma Vp/Vs - ν
0,90
0,80
0,70
0,60
k
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
ν
Figura 23: Diagramma ν − k
1 2 ,0
1 0 ,0
8 ,0
F
6 ,0
4 ,0
2 ,0
1,1
0 ,0
0 ,0 0
0 ,1 0
0 ,2 0
0 ,3 0
0 ,4 0
0 ,5 0
0 ,6 0
0 ,7 0
0 ,8 0
0 ,9 0
k
Figura 24: Diagramma k − F
28
Nella figura 22 è evidente una relazione di tipo parabolico tra Vp/Vs e ν, mentre la relazione tra
k - ν e tra k - F può, in prima approssimazione, ritenersi lineare.
Per considerazioni di “effetto forma” e di coazione dovuta al mutuo contrasto tra i blocchi nel
coronamento, si ritiene lecito assumere, a titolo indicativo, un valore di k pari, almeno, a 0,5. Da
cui consegue F=1,1.
Considerazioni analoghe a quelle svolte per l’ambito indicato valgono, anche, per gli altri punti
situati lungo il contorno sub-ellittico dell’apertura della Grotta.
Il valore del fattore di sicurezza ottenuto è indicativo – pure nei limiti delle assunzioni effettuate di condizioni precarie di stabilità; tuttavia non possono escludersi situazioni dell’ammasso
roccioso differenti rispetto a quelle considerate.
Si ribadisce, comunque, che, la più volte citata eterogeneità dell’ammasso è causa di differenti
condizioni di stabilità nei diversi punti della Grotta; in particolare, in alcuni ambiti dell’ammasso
dove le caratteristiche di resistenza risultano scadenti per disposizione sfavorevole delle
discontinuità, forte alterazione delle stesse e distribuzione particolare degli stress, la stabilità può
essere ancora più precaria. Onde la necessità di ulteriori rilievi di estremo dettaglio unitamente
all’uso dell’algoritmo agli elementi distinti.
6.
CONCLUSIONI
Le Grotte della Poesia (Piccola e Grande) sono caratterizzate, così come l’intero tratto costiero in
cui ricadono, da peculiarità archeologiche, geologiche, idrogeologiche e geotecniche di notevole
interesse.
La bassa qualità dell’ammasso roccioso, combinata con molteplici azioni e fenomeni quali
ipercarsismo, moto ondoso ed erosione biochimica, è la causa di un degrado naturale manifestato
da distacchi, crolli e ribaltamenti. Non sono stati rilevati scivolamenti dei blocchi di roccia (sia
planare sia tridimensionale); tuttavia, data la giacitura delle principali discontinuità (sub-orizzontali
e sub-verticali) si ritiene che questa tipologia di fenomeno sia di secondaria importanza.
I rilievi e le indagini svolte, sia in situ che in laboratorio, hanno fornito una prima
caratterizzazione geostrutturale e meccanica dell’ammasso roccioso costituente la Grotta Piccola
delle Poesia.
Tale studio, unitamente ai rilievi geofisici (metodologia elettrica, sismica tomografica a rifrazione
ed elettromagnetica impulsiva) eseguiti lungo il tratto di falesia prospiciente l’area, ha permesso di
stimare la “qualità” dell’ammasso roccioso che risultata essere:
− secondo la metodologia RMR System: da scadente a molto scadente;
− secondo la metodologia Q System: da scadente a estremamente scadente.
29
I dati e le informazioni acquisiti ed elaborati hanno permesso di descrivere e modellare
preliminarmente le condizioni di stabilità delle porzioni di volta della grotta rilevate con
strumentazione topografica.
Riguardo alla stabilità della Grotta, si è proceduto alla valutazione del fattore di sicurezza
relativamente alla caduta di blocchi, utilizzando un modello speditivo, con il quale si ipotizza
l’esistenza di un blocco prismatico in chiave alla cavità la cui stabilità è garantita dalle forze di
attrito generate sulle discontinuità. La tensione normale agente sulle stesse discontinuità è stata
valutata grossolanamente ricorrendo ad una soluzione analitica, valida per un ammasso continuo,
isotropo ed omogeneo e strettamente applicabile a cavità profonde. L’approssimazione che ne
deriva è - per gli scopi del presente rapporto - accettabile; il valore del fattore di sicurezza così
calcolato - riferendosi ad un blocco ipoteticamente nelle condizioni più pericolose - è solo
indicativo delle condizioni medie di stabilità. Non possono, tuttavia, essere escluse situazioni
locali diverse da quella di riferimento dove, per disposizione particolare delle discontinuità,
notevole alterazione delle stesse superfici con conseguente riduzione della resistenza e
distribuzione sfavorevole degli stress, la stabilita può essere piuttosto precaria.
Per un maggior dettaglio il modello deve recepire l’organizzazione delle fratture nell’ammasso e
simulare sulla base delle reali condizioni di bordo lo stato di stress locale; si ritiene che un
modello agli elementi distinti possa efficacemente produrre quanto sopra, ma alla necessaria
complessità del modello si deve per coerenza accompagnare un maggiore dettaglio dei dati. In
particolare, con riferimento alle fratture, è imprescindibile una indagine più intima della geometria
delle singole fratture e della loro organizzazione.
30
APPENDICE
A.1 RILIEVI E INDAGINI
Quanto di seguito riportato è relativo alla descrizione delle misurazioni eseguite in situ ed in
laboratorio.
Le prove di laboratorio hanno permesso di stimare:
− i principali parametri fisici;
− la distribuzione granulometrica dello strato di materiale alterato che ricopre in maniera diffusa
le pareti rocciose della grotta;
− l’indice di resistenza a punzonamento (Is);
− la resistenza a compressione uniassiale della roccia con prevalente composizione
granulometrica di tipo calcilutitica;
− la resistenza a taglio diretto della roccia calcilutitica intatta in condizioni anidre e sature;
− la resistenza a taglio diretto di una discontinuità “tipo” che per caratteristiche geostrutturali
risulta mediamente rappresentativa delle principali fratture rilevate;
− la resistenza a flessione.
I rilievi in situ sono stati svolti per acquisire un primo grado di conoscenza geologico-strutturale
di tipo quantitativo; le misurazione sono state svolte conformemente a quanto suggerito da
ISRM (1978).
A.1.1 PROVE DI LABORATORIO
Le prove sul materiale roccioso hanno consentito di stimarne le principali proprietà fisicomeccaniche nonché i parametri tessiturali.
PARAMETRI FISICI
Come già detto, due sono le principali tipologie di formazioni rocciose presenti in situ: calcilutiti
(calcareniti a grana fine) e calcareniti a grana media.
Per ciascuna delle due classi di materiale si sono considerati i seguenti parametri:
γs
γd
Gs
e
n
w
γ
Sr
Peso di volume della parte solida
Peso di volume del secco
Peso specifico relativo dei grani
Indice dei vuoti
Porosità
Contenuto in acqua
Peso di volume del campione
Grado di saturazione
31
La Tabella 12 contiene i valori medi dei parametri fisici ottenuti applicando le procedure di
laboratorio ASTM su 30 campioni di roccia (15 di calcilutite e 15 di calcarenite a grana media):
Tabella 12: Parametri fisici della Calcilutite e Calcarenite a grana media della Grotta della Poesia
PARAMETRI FISICI
γd
CALCILUTITE CALCARENITE
3
kN/m
12,76
18,34
2,70
2,70
26,49
26,49
e
1,08
0,44
n
51,82%
30,75%
0,65%
0,59%
12,85
18,45
1,64%
3,57%
Gs
γs
kN/m3
w
γ
3
kN/m
Sr
Il valore del peso specifico relativo dei grani (Gs) è stato assunto essere pari a 2,70, sulla base della
composizione chimica delle calcareniti studiate (Andriani & Walsh, 2002);
ANALISI GRANULOMETRICA PER SETACCIATURA
L’obiettivo dell’analisi granulometrica è quello di raggruppare in diverse classi dimensionali le
particelle costituenti il materiale e di determinare successivamente le percentuali in peso di
ciascuna classe riferendole al peso secco del campione iniziale.
Nello specifico, la prova è stata volta a caratterizzare lo strato di materiale alterato che ricopre in
maniera diffusa le pareti rocciose della grotta. La procedura utilizzata è la ASTM D 2217.
Il materiale, ottenuto mediante lavaggio con acqua distillata e con l’ausilio di due setacci
sovrapposti (dimensioni delle aperture pari a 2 mm e 0,075 mm) è stato selezionato in due
frazioni: passante e trattenuto al vaglio con dimensioni delle maglie pari a 0,075 mm.
La frazione trattenuta, dopo essere stata essiccata, è stata successivamente sottoposta a
setacciatura su una serie di vagli di dimensioni standard e apertura decrescente verso il basso
(Tab. 13, Fig. 25).
Tabella 13: Setacci utilizzati
DIAMETRO DELLE
MAGLIE (mm)
1,000
PESO DEI
SETACCI (g)
524,11
0,452
481,07
0,300
465,00
0,150
454,82
0,075
424,04
Fondo
365,77
32
Figura 25: Pila di setacci
La prova descritta ha permesso di determinare la distribuzione granulometrica del materiale con
grani di dimensione superiore a 0,075 mm (Tab. 14, Fig. 26). Come mostra la tabella, la frazione
grossolana rappresenta il 43,6% del materiale complessivo
Tabella 14: Dati relativi alla prova
1
1,000 524,11
Peso
Setaccio +
Trattenuto
(g)
524,83
2
0,452 481,07
494,58
13,51
742,53
1,8%
98,1%
3
0,300 465,00
477,88
12,88
729,65
1,7%
96,4%
4
0,150 454,82
549,20
94,38
635,27
12,5%
83,9%
5
0,075 424,04
625,08
201,04
434,23
26,6%
57,4%
365,77
800,00
434,23
0,00
57,4%
0,0%
Peso
SETACCI
Φ
setaccio
N°
(mm)
(g)
fondo
TOTALE
Peso
Trattenuto
(g)
Peso
Passante
(g)
% Trattenuto
% Passante
0,72
756,04
0,1%
99,9%
756,76
100%
Figura 26: Curva granulometrica relativa alla prova per setacciatura
33
ANALISI GRANULOMETRICA DELLA FRAZIONE FINE: METODO DEL DENSIMETRO
Mediante questa prova è possibile determinare la distribuzione granulometrica della rimanente
parte del campione, le cui particelle (frazione fine) hanno diametri inferiori a 0,075 mm.
Le dimensioni (i “diametri”) dei grani sono determinate indirettamente misurandone il tempo di
sedimentazione all’interno di un cilindro contenente una dispersione del materiale stesso in acqua
distillata ed utilizzando la legge di Stokes:
D=
1800 ⋅η L
⋅V
γS −γL
(13)
dove:
V = velocità di caduta della particella;
D = diametro del grano;
ηL = viscosità dinamica del liquido (g . s/cm2);
γS = peso specifico della particella (g/cm3);
γL = peso specifico del liquido (g/cm3).
Nella Figura 27 che segue è riportata l’apparecchiatura utilizzata per l’esecuzione della prova.
Figura 27: Apparecchiatura per l’analisi granulometrica dei terreni fini
Oltre alla preliminare operazione di taratura del densimetro, sono da effettuare la correzione del
menisco e la correzione del dispersivo e della temperatura (Raviolo, 1993).
Dalle tarature iniziali sono risultati i seguenti valori:
CM= 0,5 (coefficiente correttivo della lettura al menisco);
CD= -4,0 (coefficiente correttivo del dispersivo);
CT= -5+0,25 T°C (coefficiente correttivo della temperatura).
34
I dati delle misurazioni sono riportati in Tabella 15, in cui
PS = peso secco del campione utilizzato;
X = percentuale di passante al setaccio con maglie di apertura pari a 0,075 mm (No. 200);
δt = intervallo di tempo tra una lettura e la successiva;
HR = distanza del baricentro del densimetro dal menisco;
R = lettura;
Tabella 15: Metodo del Densimetro – dati della prova
TARATURE INIZIALI
LETTURE
Passante Passante
T
CM
CD
CT
°C
γS
PS
γL
X
δt
g/cm3
g
g/cm3
%
min
R
ηL
g x sec/cm2
HR
D
mm
parziale assoluto
%
%
22,20
0,55
0,50 22,0
10,3485,99E-02 75,64
43,42
22,20
0,55
1,00 20,0
10,8384,33E-02 67,70
38,86
22,20
0,55
2,00 18,5
11,2053,11E-02 61,74
35,44
22,20
0,55
4,00 17,0
11,5732,24E-02 55,79
32,02
22,20
0,55
8,00 16,0
11,8181,60E-02 51,82
29,74
22,30
0,58
15,00 15,5
11,9401,17E-02 49,93
28,66
22,30 0,50 -4,00 0,58 2,70 40,00 1,00 57,40% 30,00 14,0 9,81E-06 12,3088,43E-03 43,97
25,24
22,40
0,60
60,00 13,0
12,5536,02E-03 40,10
23,02
22,40
0,60
120,00 11,5
12,9204,32E-03 34,15
19,60
22,60
0,65
180,00 10,0
13,2883,57E-03 28,39
16,30
22,50
0,63
240,00 9,5
13,4103,11E-03 26,31
15,10
22,40
0,60
720,00 7,5
13,9001,83E-03 18,26
10,48
22,50
0,63
1440,00 6,5
14,1451,30E-03 14,39
8,26
35
I risultati ottenuti, uniti agli analoghi della prova mediante setacciatura, forniscono la curva
granulometrica complessiva del materiale (Fig. 28).
Figura 28: Curva granulometrica del materiale
La curva granulometrica indica un campo dimensionale compreso tra 1 mm (sabbia) fino a circa
0,0015 mm (argilla) ed un materiale ben gradato, come confermato anche dai valori numerici del
coefficiente di uniformità Cu e del coefficiente di curvatura Cc (Tab. 16).
Tabella 16: Parametri della curva granulometrica
D10
D30
D60
mm
mm
mm
0,0028
0,016
0,08
Coeff.
Coeff.
Uniformità
Curvatura
Cu=D60/D10
Cc=(D30)2/D10*D60
28,57
1,14
36
POINT LOAD TEST
Introduzione
La prova fornisce una misura della resistenza a compressione di un materiale lapideo in termini di
un parametro denominato Indice di Resistenza a Punzonamento (Is).
Questo parametro svolge un ruolo primario nella classificazione della massa rocciosa..
Nella prova con il Point Load Tester viene esercitata sul campione di roccia una compressione
monoassiale puntiforme sino a provocarne rottura per trazione.
Introdotto da Franklin et alii (1971), l’indice Is è definito:
Is=P/D2 (kN/cm2)
(14)
dove
D = distanza tra le due piastre di carico, sagomate a cono e terminanti con una punta sferica;
P = carico applicato a rottura.
La prova può essere effettuata sia su spezzoni di carota che su campioni irregolari (Fig. 29).
Figura 29: Tipologie di prove realizzabili
Al fine di ridurre l’effetto forma, Broch & Franklin (1972) suggeriscono:
•
con riferimento a prove su spezzoni di carota, il rapporto tra la lunghezza ed il diametro
del campione sia maggiore di 1,4 per la prova diametrale e circa 1,1 per la prova assiale;
•
con riferimento a prove su campioni irregolari, il rapporto tra l’altezza e la larghezza sia
compreso tra 1 e 1,4.
In ogni caso il diametro del campione non deve essere inferiore a 30 mm.
Ulteriori specificazioni sono fornite dalle norme ASTM D5731 e ISRM che introducono, tra
l’altro, il concetto di diametro equivalente (De), particolarmente utile nel caso di prove su
campioni di forma irregolare (Fig. 30):
37
De=(4WD/π)0,5
(15)
in cui
W = larghezza/diametro del campione;
D = altezza del campione.
Figura 30: Modalità di carico puntuale e caratteristiche dei provini (ISRM, 1985)
38
Per la riduzione dell’effetto scala, ma anche per consentire il confronto dei risultati relativi a
campioni di dimensioni differenti, sono utili le indicazioni della Size Correction Chart (Fig. 31),
che permettono di risalire dal valore di Is relativo ad un campione di dimensione arbitraria, al
valore relativo ad un campione di diametro 50 mm.
Figura 31: PLT-Size Correction Chart (Broch & Franklin, 1972)
L’apparecchiatura utilizzata (Figg. 32 e 33) è costituita da un telaio su cui è montato un martinetto
idraulico, azionato a mano, mediante il quale è possibile comandare le due punte coniche
arrotondate (raggio di curvatura 5mm) che comprimono il materiale sottoposto a prova.
Il sistema di misura del carico è costituito da due manometri di scala pari, rispettivamente, a 55
kN e 5,5 kN.
Figura 32: Point Load Tester – Sistema di misura
39
Figura 33: Point Load Tester – Leva per l’azionamento del martinetto idraulico.
Descrizione della prova
La prova, eseguita su campioni di forma irregolare, è stata realizzata sia su pezzi di calcilutite che
di calcarenite a grana media; sono stati così ottenuti due distinti indici di resistenza.
La prova è stata eseguita utilizzando provini di dimensioni sufficienti a ridurre l’effetto scala.
Al fine di ottenere indici attendibili sono state eseguite 20 prove per ciascun tipo di materiale
(Broch & Franklin, 1972).
Particolare attenzione è stata posta, durante l’effettuazione della prova, alla tipologia di rottura del
campione: non sono state ritenute valide le prove a compressione che hanno creato un piano di
rottura passante per uno solo dei due punti di applicazione del carico (Fig. 34).
Figura 34: Point Load Test - Esempi di rotture non valide
In conformità con quanto suggerito dalla normativa (ISRM, 1985), a ciascuno dei provini è stato
associato un diametro equivalente (De), come in precedenza definito.
Con riferimento a quanto indicato in merito al ruolo svolto dalle dimensioni del provino
sull’affidabilità del risultato finale, essendosi utilizzati spezzoni di roccia di dimensioni variabili, è
stata compiuta un modifica dell’indice di punzonamento introducendo il fattore correttivo F
attraverso la seguente espressione:
Is(50)=FxIs
(16)
40
in cui
F=(D/50)0,45 (relazione ottenuta dal diagramma di Figura 31).
Tale coefficiente definisce il valore di Is per un provino di diametro 50 mm.
I risultati delle prove per la determinazione degli Indici di Resistenza sono riportati nelle Tabelle
17 e 18.
41
Tabella 17: Point Load Test – Indice di Punzonamento per la calcilutite
CL-N.
15≤D≤85
mm
1
28,50
2
36,00
3
36,50
4
41,00
5
35,00
6
47,00
7
41,00
8
54,00
9
30,00
10
33,00
11
26,00
12
56,00
13
46,00
14
46,00
15
48,00
16
57,00
17
32,00
18
56,00
19
56,00
20
65,00
LEGENDA
W
mm
41,00
61,00
62,00
60,00
60,00
60,00
71,00
36,00
35,00
55,00
60,00
70,00
65,00
60,00
60,00
75,00
56,00
76,00
75,00
72,00
POINT LOAD TEST: DETERMINAZIONE DELL’INDICE DI RESISTENZA AL PUNZONAMENTO
0.3≤D/W≤1.0
L
L/W≤0.5
A=W.D
F=(De/50)0,45
P
IS=P.1000/De2
D2e=4.A/Π
2
2
mm
mm
mm
kN
Mpa
0,70
22,00
0,54
1168,50
1487,78
1,45
0,97
0,89
0,59
25,00
0,41
2196,00
2796,03
3,10
1,11
1,03
0,59
29,00
0,47
2263,00
2881,34
1,20
0,42
1,03
0,68
24,00
0,40
2460,00
3132,17
1,40
0,45
1,05
0,58
20,00
0,33
2100,00
2673,80
1,50
0,56
1,02
0,78
23,00
0,38
2820,00
3590,54
1,85
0,52
1,08
0,58
30,00
0,42
2911,00
3706,40
0,60
0,16
1,09
1,50
25,00
0,69
1944,00
2475,18
0,61
0,25
1,00
0,86
22,00
0,63
1050,00
1336,90
0,40
0,30
0,87
0,60
20,00
0,36
1815,00
2310,93
0,95
0,41
0,98
0,43
20,00
0,33
1560,00
1986,25
0,60
0,30
0,95
0,80
30,00
0,43
3920,00
4991,10
1,10
0,22
1,17
0,71
35,00
0,54
2990,00
3806,99
1,15
0,30
1,10
0,77
30,00
0,50
2760,00
3514,14
1,50
0,43
1,08
0,80
30,00
0,50
2880,00
3666,93
1,30
0,35
1,09
0,76
30,00
0,40
4275,00
5443,10
1,90
0,35
1,19
0,57
20,00
0,36
1792,00
2281,65
0,85
0,37
0,98
0,74
40,00
0,53
4256,00
5418,91
1,50
0,28
1,19
0,75
30,00
0,40
4200,00
5347,61
3,10
0,58
1,19
0,90
20,00
0,28
4680,00
5958,76
3,00
0,50
1,22
IS(50)=F.IS
Mpa
0,87
1,14
0,43
0,47
0,57
0,56
0,18
0,25
0,26
0,40
0,29
0,26
0,33
0,46
0,39
0,42
0,36
0,33
0,69
0,61
IS(50)MEDIA
Mpa
0,44
CL: Materiale costituito in prevalenza da Calcarenite a grana fine e da Calcilutite
D: Distanza tra i punzoni;
L: Distanza tra i punti di contatto e la più vicina estremità libera;
W: Larghezza del campione perpendicolarmente alla direzione di carico;
De: Diametro equivalente;
P: Resistenza massima;
IS: Resistenza al punzonamento;
F: Fattore correttivo del diametro;
IS(50): Resistenza al punzonamento modificata;
IS(50)MEDIA: Resistenza media al punzonamento (calcolata escludendo dal calcolo il valore massimo e il valore minimo);
42
Tabella 18: Point Load Test – Indice di Punzonamento per la calcarenite a grana media
CR-N.
15≤D≤85
mm
1
46,00
2
45,00
3
35,00
4
50,00
5
32,00
6
50,00
7
32,00
8
50,00
9
60,00
10
30,00
11
36,00
12
75,00
13
28,00
14
59,00
15
60,00
16
48,00
17
43,00
18
54,00
19
50,00
20
47,00
LEGENDA
W
mm
65,00
75,00
60,00
70,00
35,00
70,00
48,00
52,50
82,00
33,00
70,00
90,00
70,00
90,00
90,00
77,50
72,50
90,00
70,00
67,50
POINT LOAD TEST: DETERMINAZIONE DELL’INDICE DI RESISTENZA AL PUNZONAMENTO
0.3≤D/W≤1.0
L
L/W≤0.5
A=W.D
F=(De/50)0,45
P
IS=P.1000/De2
D2e=4.A/Π
mm
mm2
mm2
kN
Mpa
0,71
30,00
0,46
2990,00
3806,99
2,82
0,74
1,10
0,60
30,00
0,40
3375,00
4297,18
1,85
0,43
1,13
0,58
20,00
0,33
2100,00
2673,80
3,65
1,37
1,02
0,71
30,00
0,43
3500,00
4456,34
4,95
1,11
1,14
0,91
15,00
0,43
1120,00
1426,03
3,45
2,42
0,88
0,71
20,00
0,29
3500,00
4456,34
3,70
0,83
1,14
0,67
18,00
0,38
1536,00
1955,70
3,00
1,53
0,95
0,95
25,00
0,48
2625,00
3342,25
5,50
1,65
1,07
0,73
34,00
0,41
4920,00
6264,34
7,50
1,20
1,23
0,91
15,00
0,45
990,00
1260,51
2,70
2,14
0,86
0,51
25,00
0,36
2520,00
3208,56
3,50
1,09
1,06
0,83
34,00
0,38
6750,00
8594,37
4,00
0,47
1,32
0,40
30,00
0,43
1960,00
2495,55
3,20
1,28
1,00
0,66
40,00
0,44
5310,00
6760,90
7,10
1,05
1,25
0,67
40,00
0,44
5400,00
6875,49
20,50
2,98
1,26
0,62
15,00
0,19
3720,00
4736,45
11,50
2,43
1,15
0,59
20,00
0,28
3117,50
3969,32
1,60
0,40
1,11
0,60
40,00
0,44
4860,00
6187,94
1,30
0,21
1,23
0,71
20,00
0,29
3500,00
4456,34
1,40
0,31
1,14
0,70
15,00
0,22
3172,50
4039,35
1,45
0,36
1,11
IS(50)=F.IS
Mpa
0,81
0,49
1,39
1,27
2,13
0,95
1,45
1,76
1,47
1,84
1,15
0,61
1,28
1,31
3,74
2,80
0,45
0,26
0,36
0,40
IS(50)MEDIA
Mpa
1,22
CR: Materiale costituito in prevalenza da Calcarenite a grana media
D: Distanza tra i punzoni;
L: Distanza tra i punti di contatto e la più vicina estremità libera;
W: Larghezza del campione perpendicolarmente alla direzione di carico;
De: Diametro equivalente;
P: Resistenza massima; IS: Resistenza al punzonamento;
F: Fattore correttivo del diametro;
IS(50): Resistenza al punzonamento modificata;
IS(50)MEDIA: Resistenza media al punzonamento (calcolata escludendo dal calcolo il valore massimo e il valore minimo);
43
Quanto contenuto nelle tabelle è rappresentato graficamente nei diagrammi delle Figure 35 e 36,
in cui le barre con bordo evidenziato in rosso indicano i valori massimo e minimo di Is.
POINT LOAD TEST
SULLA CALCILUTITE
1,20
1,00
Is(MPa)
0,80
0,60
Is(media)=0,44 MPa
0,40
0,20
0,00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Numero di campioni
Figura 35: Diagramma Is - numero provini
POINT LOAD TEST
SULLA CALCARENITE A GRANA MEDIA
4,00
3,50
3,00
Is(MPa)
2,50
2,00
1,50
Is(media)=1,22 MPa
1,00
0,50
0,00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Numero di campioni
Figura 36: Diagramma Is -numero provini
I risultati ottenuti sono stati oggetto di analisi statistica (Tabb. 19 e 20), che ha messo in evidenza
una variabilità medio – alta (38% per i campioni di calcilutite e 54% per i campioni di calcarenite
a grana media), connessa, presumibilmente, ad una qualche eterogeneità dei campioni.
44
PROVINI DI CALCILUTITE
MEDIA
DEVIAZIONE STANDARD
MODA
MEDIANA
INDICE DI VARIAZIONE
Mpa
Mpa
Mpa
Mpa
%
0,44
0,17
0,36
0,41
38%
Tabella 19: Analisi statistica dei valori di Is stimati per la calcilutite
PROVINI DI CALCARENITE A GRANA MEDIA
MEDIA
DEVIAZIONE STANDARD
MODA
MEDIANA
INDICE DI VARIAZIONE
Mpa
Mpa
Mpa
Mpa
%
1,22
0,66
0,45
1,04
54%
Tabella 20: Analisi statistica dei valori di Is stimati per la calcarenite
COMPRESSIONE UNIASSIALE
La prova è stata effettuata su quattro campioni di calcarenite a grana fine di forma cubica, con
dimensione media dello spigolo pari a circa 57 cm.
PROVINO
N
L1
(mm)
L2
(mm)
H
(mm)
SEZIONE
(mm2)
GRADIENTE
DI CARICO
(N/cm2 s)
1
2
3
4
64
60
60
60
52
58
55
56
45
50
45
50
3328
3480
3300
3360
50
50
50
50
CARICO
MASSIMO
A
ROTTURA
(kN)
5,39
5,77
5,52
7,15
RESISTENZA
MEDIA A
COMPRESSIONE
σc(MPa)
1,62
1,66
1,67
2,13
σc
medio
1,77
Tabella 21: Dati relativi alla prova di compressione semplice sulla calcilutite
I risultati (Tab. 21) sono indicativi della scarsa resistenza meccanica del materiale.
PROVA DI TAGLIO DIRETTO
Il comportamento meccanico delle discontinuità dipende dalle caratteristiche di resistenza a taglio
e dalle caratteristiche di deformabilità.
A tale scopo sono state eseguite prove di taglio diretto finalizzate alla determinazione della
resistenza al taglio di picco sia della roccia intatta che dei giunti.
Le prove sono state effettuate coerentemente con la normativa ASTM D 3080-72.
Con riferimento ai campioni di roccia intatta, sono state svolte complessivamente 6 prove, di cui
3 su campioni secchi e 3 su campioni saturi, con i seguenti valori di pressione normale: 95,13 190,69 e 381,38 kPa.
I diagrammi sforzo-deformazione e gli inviluppi di rottura sono mostrati nelle Figure 37 - 40
45
τ (kPa)
600,0
560,0
520,0
480,0
440,0
400,0
360,0
320,0
280,0
240,0
200,0
160,0
120,0
80,0
40,0
0,0
σ= 95,13
σ=190,69
σ=381,38
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
scorrimento orizzontale (mm)
Figura 37: Curva sforzo – deformazione (campione secco di roccia intatta)
600,00
400,00
τp = 0,5σn + 379,7
300,00
τ
p
(kPa)
500,00
200,00
100,00
0,00
0
100
200
300
σ
n
400
500
(kPa)
Figura 38: Resistenza al taglio ( campione secco di roccia intatta)
600,0
560,0
520,0
480,0
440,0
400,0
τ (kPa)
360,0
σ=95,13
σ=190,69
σ=381,38
320,0
280,0
240,0
200,0
160,0
120,0
80,0
40,0
0,0
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
Figura 39: Curva sforzo – deformazione (campione saturo di roccia intatta)
46
700,00
600,00
(kPa)
300,00
τ
400,00
p
500,00
τn = 0,8σn + 274,6
R2 = 0,8
200,00
100,00
0,00
0
100
200
300
σ
n
400
500
(kPa)
Figura 40: Resistenza al taglio (campione saturo di roccia intatta)
I risultati delle prove sono mostrati in Tab.22.
Tabella 22: Parametri di resistenza al taglio della roccia intatta allo stato secco e saturo
CAMPIONE SECCO
CAMPIONE SATURO
σn (kPa)
95,13
190,69
381,38
95,13
190,69
381,38
τp(kPa)
421,17
484,22
567,40
302,97
505,23
562,15
c=379,7 (kPa)
c=274,6 (kPa)
φ=26,5°
φ=38,6°
Al fine di stimare φb, sono state eseguite tre prove di taglio diretto su superfici lisce non alterate di
roccia, ottenute utilizzando una sega circolare. I relativi risultati sono riassunti nelle Figg. 41 e 42
ed in Tab. 23).
240,0
210,0
t (KPa)
180,0
150,0
σ=95,13
σ=190,69
120,0
σ=381,38
90,0
60,0
30,0
0,0
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
Figura 41: Curva sforzo – deformazione per superficie liscia del campione di roccia
47
300,00
250,00
150,00
p
(kPa)
200,00
τ
τp= 0,63 σn
100,00
R2 = 1,0
50,00
0,00
0
100
200
300
σ
n
400
500
(kPa)
Figura 42: Resistenza al taglio su superficie liscia
Tabella 23: Parametri di resistenza a taglio per superficie liscia regolare
CAMPIONE CON GIUNTO LISCIO
σn (kPa)
95,13
190,69
381,38
τp(kPa)
61,89
121,78
238,91
c=0 (kPa)
φb=32,2°
PROVA A FLESSIONE
Tra i fenomeni di instabilità rilevati nel sistema roccioso indagato, frequenti sono risultati essere i
ribaltamenti di tipo flessionale8 (flexural toppling).
Nell’ambito della caratterizzazione geomeccanica si è pertanto ritenuto opportuno stimare,
seppur in scala di laboratorio, la resistenza a flessione della roccia; in particolare sono stati
sollecitati a flessione provini costituiti da calcarenite a grana fine (calcilutite) che, rispetto alla
calcarenite a grana media, è caratterizzata da una minore resistenza meccanica. La prova è stata
realizzata mediante un’apparecchiatura composta di un telaio a colonne con traverse mobili e di
un cassa di contenimento nella quale sono alloggiati il gruppo meccanico di spinta, la parte
elettrica, elettronica e i comandi.
La prova è stata eseguita su 4 provini di forma prismatica di dimensioni 40,1x40x160 mm,
coerentemente con la normativa EN 196/01. Lo sforzo assiale generante la flessione è stato
incrementato fino portare a rottura i provini lungo la loro mezzeria mediante un coltello
8
La resistenza a flessione è la resistenza che le rocce oppongono alle forze che tendono ad incurvarle. Si definisce
carico di rottura a flessione il valore della pressione che provoca la rottura a trazione indiretta mediante flessione.
48
superiore montato su snodo sferico. I provini erano poggiati su due coltelli inferiori distanziati tra
loro di 100 mm (Figg. 43 e 44).
Figura 43: Apparecchiatura utilizzata per la prova a flessione
Figura 44: Schema tipologico della prova a flessione e della distribuzione delle sollecitazioni all’interno del provino.
La tensione indotta in corrispondenza della sezione di mezzeria risulta è:
σ=
3⋅ F ⋅l
2 ⋅ b ⋅ h2
(17)
in cui
F = sforzo assiale (N);
b, h = dimensioni trasversali del provino;
49
l = distanza tra i coltelli di base;
La tensione media a rottura riportata in Tabella 24 è stata stimata escludendo il valore di tensione
(0,63 MPa) relativo al primo provino in quanto la rottura del campione 1 non è avvenuta lungo la
mezzeria, bensì lungo un piano di debolezza intermedio tra la mezzeria ed una base di appoggio
(Fig. 45).
Tabella 24: Parametri di resistenza a flessione
b-h-l (mm)
F max (N)
σ (MPa)
σmedia (MPa)
PROVINO 1
40-40,1-160
169,55
0,63
-
PROVINO 2
40-40,1-160
490,31
1.83
PROVINO 3
40-40,1-160
549,73
2,05
PROVINO 4
40-40,1-160
492,87
1,84
1,91
Figura 45: Prova a flessione-campione 1 portato a rottura
50
A.1.2 INDAGINI IN SITU: RILIEVO GEOSTRUTTURALE
DESCRIZIONE QUANTITATIVA DELLE DISCONTINUITA’
Premessa
Si riportano di seguito le grandezze da considerare e misurare per la descrizione geologico strutturale dell’ammasso roccioso (ISRM, 1978; AGI, 1993).
1. Orientazione - Posizione della discontinuità nello spazio. Essa è descritta dalla direzione
di immersione (azimut) e dall’inclinazione della linea di massima pendenza del piano di
discontinuità;
2. Spaziatura - Distanza tra discontinuità adiacenti misurata in direzione ortogonale alle
discontinuità stesse;
3. Continuità o persistenza - Lunghezza della traccia della discontinuità osservata in
affioramento;
4. Scabrezza - Rugosità delle superfici affacciate di una discontinuità e ondulazione
relativamente al piano medio delle discontinuità;
5. Resistenza meccanica - Resistenza a compressione delle superfici esposte di una
discontinuità;
6. Apertura - Distanza tra i lembi affacciati di una discontinuità in cui lo spazio interposto è
riempito di aria o acqua;
7. Riempimento - Materiale che separa le pareti adiacenti di una discontinuità e che è di
solito meno resistente della roccia primitiva. Tipici materiali di riempimento sono sabbia,
limo, argilla, breccia più o meno fine, milonite; o, anche, sottili strati di minerali e
discontinuità saldate, per esempio vene di quarzo e calcite.
8. Filtrazione - Flusso d’acqua e abbondante umidità, visibile nelle singole discontinuità o
nella massa rocciosa nel suo insieme.
9. Numero di sistemi di discontinuità- Definisce l’insieme dei sistemi presenti;
10. Dimensione dei blocchi - Dimensioni del blocco roccioso risultante dalla reciproca
orientazione dei sistemi di fratture che si intersecano e dalla spaziatura dei singoli sistemi.
51
MISURA DELLA ORIENTAZIONE E NUMERO DEI SISTEMI DI DISCONTINUITA’
Le indagini hanno permesso di rilevare 20 discontinuità significative riconducili a quattro
famiglie.
La giacitura delle discontinuità è stata descritta attraverso l’elaborazione di:
1. una planimetria generale della grotta (Tavv. 1, 2) su cui sono state riportate le
“tracce” delle discontinuità costituenti le 4 famiglie principali con il relativo valore di
giacitura espresso dall’angolo della direzione di immersione e dall’angolo di inclinazione;
2. una proiezione sferica equiarea (Fig. 46), in cui la distribuzione spaziale dei dati è
riportata sul reticolo Schmidt - Lambert, evidenziando aree all’interno delle quali ricadono
i poli appartenenti a ciascuna famiglia di discontinuità. Il valore centrale della
concentrazione più alta dei poli può essere assunto come rappresentativo
dell’orientazione media dell’ insieme di discontinuità.
Figura 46: Proiezione sferica su reticolo di Schimdt-Lambert9 (Restituzione grafica StereoNett)
9
Restituzione grafica ottenuta mediante software StereoNett
52
MISURA DELLA SPAZIATURA
La spaziatura delle discontinuità adiacenti condiziona fortemente le condizioni di stabilità dei
singoli blocchi di roccia integra.
Dato il carattere preliminare del rilievo geostrutturale, gran parte delle misure sono state fatte
mediante valutazione visiva; solo nei punti facilmente accessibili della grotta è stata utilizzata una
rotella metrica, graduata in mm, ed una bussola con clinometro (Fig. 47).
Figura 47: Misura della spaziatura dei giunti su una superficie esposta di roccia
Per i sistema di discontinuità K1, K2, K4 ed S1, sono stati calcolati il valore minimo, massimo e
medio delle spaziature (Tab. 25, Fig. 48). Relativamente a K3, il modesto numero di rilievi svolti
non ha permesso di svolgere una adeguata analisi statistica; tale considerazione è valida anche per
le successive misure di persistenza.
SISTEMI DELLE
DISCONTINUITA’
MAX
MEDIA
MIN
K1
11 500
6 050
1 500
K2
25 000
12 767
1 000
K4
5 400
4 600
3 800
S1
3 000
2 500
2 000
Valori espressi in mm
Tabella 25: spaziature delle famiglie di discontinuità
53
30 000
SPAZIATURE DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE DI
DISCONTINUITA'
SPAZIATURA (mm)
25 000
MAX
MEDIA
20 000
MIN
15 000
10 000
5 000
0
K1
K2
K3
S1
SISTEMI DELLE DISCONTINUITA'
Figura 48: Istogramma delle spaziature
I valori misurati mostrano discontinuità estremamente larghe per le famiglie K1, e K2, molto
larghe per le famiglie K3 e S1 (ISRM, 1978). Si evidenzia tuttavia che detti valori sono riferiti alle
discontinuità più evidenti all’interno della Grotta e riconosciute significative agli effetti della
stabilità.
MISURA DELLA PERSISTENZA
La persistenza rappresenta la dimensione di una discontinuità entro un piano e può essere
approssimativamente quantificata osservando le lunghezze delle tracce di discontinuità sulla
superficie esposta. Essa è uno dei parametri più importanti di caratterizzazione di un ammasso
roccioso, ma è anche uno dei più difficili da quantificare.
Le operazioni di rilievo sono state realizzate a vista per tutte le discontinuità non raggiungibili,
mentre è stata utilizzata la rotella metrica per misurare le tracce delle fratture esposte lungo la
parte bassa della Grotta. Nella Tabella 26 e nella Figura 49 sono riportati i risultati ottenuti.
Tabella 26: persistenza delle famiglie di discontinuità
SISTEMI DELLE
DISCONTINUITA’
MAX
MEDIA
MIN
K1
11,0
5,7
2,3
K2
23,0
10,0
4,3
K4
6,2
5,6
4,5
S1
73,0
47,6
7,5
Valori espressi in m
54
80,0
PERSISTENZA DELLE PRINCIPALI FAMIGLIE DI
DISCONTINUITA'
PERSISTENZA (mm)
70,0
MAX
60,0
MEDIA
50,0
MIN
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
K1
K2
K3
S1
SISTEMI DELLE DISCONTINUITA'
Figura 49: Istogramma delle persistenze
I valori medi ottenuti evidenziano, per i sistemi K1 e K4, una misura di persistenza media
(compresa tra 5 e 10 m), per i sistemi K2 e S1 una persistenza alta, compresa tra 10 e 50 m.
MISURA DELLA SCABREZZA
L’irregolarità della superficie di una discontinuità condiziona marcatamente la sua resistenza al
taglio.
In termini generali, la rugosità di una discontinuità può essere caratterizzata da:
•
un’ondulazione riconoscibile in grande scala, capace di generare la dilatanza durante lo
scorrimento, poiché le ondulosità risultano troppo ampie per essere tranciate;
•
una rugosità vera e propria riconoscibile in piccola scala che tende ad essere rotta durante lo
scorrimento, a meno che i lembi della discontinuità non possiedano un’alta resistenza e/o il
livello di tensione normale sia basso a rendere possibile la dilatanza.
Lo strumento utilizzato per la misura di scabrezza è il profilografo a pettine o pettine di Barton,
delle dimensioni di 300x120 mm.
Questo strumento è costituito da centinaia di aghi in acciaio tenuti insieme da una scatola
metallica che consente agli stessi aghi di scorrere l’uno rispetto all’altro. In questo modo il
dispositivo, un volta poggiato sulla superficie della roccia in esame, è in grado di riprodurne il
profilo di rugosità (Figura 50).
55
Figura 50: Profilografo di Barton
La rugosità caratterizzante l’ammasso roccioso è stata stimata confrontando i profili delle
discontinuità rilevate con i profili standard riportati in Fig. 51 (Barton & Choubey, 1977).
Figura 51: Profili di rugosità e corrispondenti intervalli di valori di JRC
La difficoltà di accesso ad alcune zone della grotta non ha reso possibile effettuare un rilievo
dettagliato della rugosità per ciascuna famiglia di discontinuità.
56
Ulteriore impedimento è stato rappresentato dalla presenza di iscrizioni graffite, dalla quota 0 m
del livello marino fino a circa 2,5 m di altezza, sullo strato di materiale alterato che ricopre gran
parte delle pareti all’interno della grotta (Tav. 03).
Si è comunque ritenuto opportuno procedere alle misurazioni (Tabella 27), dando alle medesime
valenza di operazioni preliminari finalizzate alla definizione di un unico parametro di scabrezza
delle pareti della cavità; in una fase successiva si dovrà necessariamente procedere ad un indagine
di dettaglio volta a determinare la rugosità rappresentativa di ciascuna famiglia di discontinuità.
Tabella 27: Misure di scabrezza
STAZIONI
DI MISURA
N.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
JRC
MEDIA
MODA
VARIANZA
DEVIAZIONE
STANDARD
MEDIANA
INDICE DI
VARIAZIONE
13
15
9
10
9
11
15
13
9
9
7
7
5
10,15
9,00
9,64
3,11
9,00
31%
Figura 52: Misure di scabrezza-digramma JRC/num. di osservazioni
L’elaborazione statistica dei dati (Tabella 27) mostra che il valore di rugosità rilevato con
maggiore frequenza (moda) è pari a 9; tale valore corrisponde al profilo di rugosità n. 5 (Fig. 52).
57
MISURA DELLA RESISTENZA MECCANICA
Le pareti della Grotta della Poesia Piccola sono sede di fenomeni di alterazione dovuti a processi
di disgregazione meccanica e decomposizione chimica (in prevalenza dissoluzione).
Lo stato di alterazione della massa rocciosa può essere descritto (Tab. 28) sulla base delle
indicazioni della ISRM (1978):
Tabella 28: Grado di alterazione della massa rocciosa (ISRM, 1978)
Denominazione
Moderatamente alterata
Descrizione
Grado
Meno della metà del materiale roccioso è decomposto e/o disgregato come
III
un terreno. Roccia fresca o decolorata è presente o come uno scheletro
continuo o all’interno di singoli blocchi
Una valutazione indiretta della resistenza meccanica della roccia è stata effettuata utilizzando il
martello di Schmidt o sclerometro meccanico (Fig. 53).
Figura 53: Martello di Schmidt
Le superfici in prova sono state “saggiate” 15 volte al fine di acquisire una serie di risultati
rappresentativi. I punti di indagine, ubicati in zone totalmente prive di contenuto epigrafico, sono
riportati nella Tav. 03. Le 5 letture più basse di ogni misura sono state scartate, calcolando il valor
medio (R) relativamente alle 10 letture più alte. Le letture sono state tradotte in resistenza a
compressione mediante la seguente espressione:
Log10 (JCS) = 0,88 . γ . R + 1,01
(18)
I rilievi sono stati eseguiti in corrispondenza delle stesse zone oggetto di misura della scabrezza.
Così come le misure di scabrezza, anche le prove di resistenza rappresentano una preliminare
ricognizione quantitativa sullo stato del sistema roccioso.
58
MISURA DELLA APERTURA E DEL RIEMPIMENTO
L’apertura, così come definita dall’ISRM (1978) costituisce la distanza perpendicolare che separa
le pareti di una discontinuità aperta il cui spazio è riempito da aria o acqua. Le discontinuità
riempite (ad es. con argilla) appartengono anch’esse a questa categoria se il materiale di
riempimento è stato localmente dilavato (Fig. 54).
Figura 54: Tipi di discontinuità
I rilievi, eseguiti a vista, hanno evidenziato una estrema variabilità di apertura delle discontinuità
dell’ammasso roccioso: da 1mm (chiuse) fino ad oltre 1 metro (aperte).
Con riferimento al grado di riempimento delle discontinuità, queste risultano sia riempite da
terre rosse e clasti che ricementate da concrezioni carbonatiche.
Il ruolo primario del materiale di riempimento delle fratture di un sistema roccioso rende
necessario lo svolgimento di ulteriori indagini volte a determinare:
•
Mineralogia dei materiali di riempimento;
•
Classificazione e granulometria delle particelle;
•
Rapporto di sovraconsolidazione;
•
Contenuto d’acqua e permeabilità;
•
Precedenti spostamenti trasversali.
MISURA DELLA FILTRAZIONE
Non è stata rilevata filtrazione d’acqua dolce attraverso le discontinuità permeabili della massa
rocciosa. L’esito del rilievo, a vista, è stato peraltro confermato da misurazioni della salinità,
mediante sonda salinometrica, dello specchio acqueo interno alla grotta. Il valore medio di salinità
riscontrato è pari a circa 38.000 ppm.
59
DIMENSIONE DEI BLOCCHI
La dimensione dei blocchi è un indicatore importante del comportamento della massa rocciosa.
Essa è determinata dal numero dei sistemi di discontinuità e dalla persistenza e spaziatura delle
discontinuità medesime.
Il numero dei sistemi di discontinuità e il loro orientamento determinano la geometria dei blocchi
risultanti, che possono prendere la forma approssimata di cubi, romboedri, tetraedri, lastre sottili.
La dimensione dei blocchi è stata stimata mediante l’indice della dimensione dei blocchi Ib,
definito (ISRM, 1978) come la dimensione media dei blocchi tipici (Equ. 19)
Ib =
S1 + S 2 + S 3
3
(19)
in cui, S1, S2 ed S3, rappresentano i valori medi delle spaziature di tre sistemi di discontinuità
(K1, K2, K3) mutamente perpendicolari e caratterizzate da un valore medio di persistenza
maggiore rispetto a quello stimato per la quarta famiglia K4.
Il rilievo svolto all’interno della Grotta, avendo caratteristiche di indagine preliminare, non ha
permesso di acquisire dati sufficienti a fornire un indice dei blocchi rappresentativo dell’intero
ammasso roccioso. Tale ammasso, infatti, è caratterizzato da un’accentuata eterogeneità che non
consente di indicare in questa fase di studio un valore medio di dimensione e forma dei blocchi.
Tuttavia, un parametro utile a definire il grado di irregolarità che caratterizza il sistema roccioso è
il numero totale delle discontinuità che intersecano una unità di volume della massa rocciosa:
numero volumetrico delle discontinuità, Jv, valutabile, in prima approssimazione, attraverso
l’equazione:
RQD=115-3,3 Jv
(20)
Utilizzando il valore di RQD (<20 %) ottenuto con la sismica a rifrazione10 lungo la falesia, l’equ.
20 fornisce Jv > 29 (giunti/m3). Che è indicativo di un ammasso roccioso caratterizzato da
blocchi piccoli e molto piccoli (ISRM, 1978).
10
La prova è stata eseguita dal Dipartimento di Scienza dei Materiali dell’Università di Lecce (2003)
60
A.2 COMPORTAMENTO DELLE ROCCE INTENSAMENTE FRATTURATE
L’ammasso roccioso della Grotta Piccola della Poesia presenta parametri geomeccanici molto
variabili nei diversi punti indagati; in particolare i rilievi geofisici, svolti dall’Università di Lecce,
hanno evidenziato zone prossime alla copertura della Grotta intensamente fratturate.
A tal proposito si evidenzia che il loro comportamento dell’ammasso può differire in maniera
significativa da quello della singola discontinuità e la resistenza complessiva può essere
sensibilmente ridotta.
Per la valutazione della resistenza di dette porzioni di roccia, si è utilizzato il criterio di rottura di
Hoek & Brown (1980).
⎞
− T ⎟⎟ ⋅ B
⎠
⎝σc
⎛σn
τ = A ⋅ σ C ⋅ ⎜⎜
(21)
in cui
A, B, T: costanti i cui valori sono funzione del tipo di ammasso roccioso (calcarenite, calcare,
ecc.) e dell’indice di qualità (RMR, Q);
σc = resistenza a compressione uniassiale della roccia;
σn = tensione normale.
La Tabella 29 mostra i valori da assegnare alle costanti A, B e T in funzione delle condizioni
medie dell’ammasso calcarenitico; per quanto, invece, concerne la resistenza a compressione σc,
le si è attribuito il valore (1770 kPa) ottenuto dalle prove di laboratorio.
Tabella 29: Criterio di Hoek & Brown - valori assunti per le costanti A, B e T
RMR
A
B
T
18
0,061
0,546
0
38
0,162
0,672
-0,0001
Sostituendo nell’equazione (21) i valori numerici di cui sopra, si ottengono due distinti inviluppi
di resistenza (Fig. 55).
61
(Hoek & Brown, 1980)
120,00
τ= 0,11σ + 0,019
100,00
τ (kPa)
80,00
RMR=38
60,00
RMR=18
τ= 0,033 σ
40,00
20,00
0,00
0
200
400
600
800
1000
1200
σ (kPa)
Figura 55: Inviluppi di resistenza dell’ammasso calcarenitico con di accentuata fratturazione
62
BIBLIOGRAFIA
Abad J., Caleda B., Chacon E., Gutierrez V. and Hidlgo E. (1984) – Application of Geomechanical
Classification to Predict the Convergence of Coal Mine Galleries and to Design their Support. Proc. 5th Int.
Congress on Rock Mech., Melbourne, pp. 15-19.
A.G.I. – Associazione Geotecnica Italiana (1993) – Raccomandazioni ISRM: Metodologia per la
Descrizione Quantitativa delle Discontinuità nelle Masse Rocciose. Rivista Italiana di Geotecnica, vol.
2/93.
Agostini S. & Rossi M.A. (2000) – Relazione Geologica al sopralluogo in Grotta della Poesia del
06/07/2000.
Soprintendenza
Archeologica
dell’Abruzzo
–
Servizio
Geologico
e
Paleontologico.
Andriani G.F. & Walsh N. (2002) - Phisical Properties and Textural Parameters of Calcarenitic Rocks:
Qualitative and Quantitative Evalutations. Engineering Geology, vol. 67, n. 1-2, pp. 5-15.
Back W., Harishaw B. B. & Van Driel J. N. (1984) – Role of Groundwater in Shaping the Eastern
Coastline of the Yucatan Peninsula, Mexico. “In Groundwater as a Geomorphic Agent” (La Fleur
R.G. ed.), Allen & Unwin Publisher, Boston, pp. 280-293.
Bandis S.C. (1993) – Engineering Properties and Characterization of Rock Discontinuities. “In
Comprehensive Rock Engineering, Principles, Practice and Projects” Hudson J.A. ed.),
Pergamon Press.
Barla G. (1990) - Principi e Teorie Base della Meccanica delle Rocce. Corso di Meccanica delle Rocce,
Politecnico di Torino.
Barton N. (1973) – Review of a New Shear Strength Criterium for Rock Joints. Eng. Geol. vol. 7, pp.
287-332.
Barton N. & Choubey V. (1977) – The Shear Strength of Rock Joints in Theory and Practice. Rock
Mechanics, vol. 10, pp. 1-54.
Barton N., Lien R. and Lunde J. (1974) – Engineering Classification of Rock Masses for Design of Tunnel
Support. Rock Mechanics, vol. 6, pp. 189-236.
Beccarisi L., Cacciatore G., Chiriacò L., Delle Rose M., Fiorito F., Giuri F., Lisi G., Marras V. &
Quarta G. (2003) – Influenza del Carsismo sulla Falesia e negli Ipogei di Rocavecchia. Atti 2°
Convegno “il Carsismo nell’Area Mediterranea”, Thalassia Salentina. Vol. 26, pp. 1-10.
Bieniawski Z.T: (1973) – Engineering Classification of Jointed Rock Masses. The Civil Engineer in
South Africa, vol. 15, pp. 335-344.
Bieniawski Z.T: (1976) – Rock Mass Classification in Rock Engineering. Proc. Symp. on Exploration
for Rock Engineering, Johannesburg, pp.97-106.
Broch E. & Franklin J.A. (1972) – The Point Load Strenght Test. Int. J. Rock Mech. Min. Sci., vol. 9,
pp. 669-697.
63
Cameron – Clarke, I. S. & Budavari S. (1981) – Correlation of Rock Mass Classification Parameters
Obtained from Borecore and Insitu Observation. Engineering Geology, vol. 17, pp. 19-53.
Carrozzo M.T., Delle Rose M., De Marco M., Federico A., Forte F., Margiotta S., Negri S.,
Pennetta L. e Simeone V. (2003) – Pericolosità Ambientale di Allagamento nel Salento Leccese. Italian
Journal of Engineering Geology and Environment, vol. 2, n.1, pp.77-85.
Carter T.G. (1992) - A New Approach to Surface Crown Pillar Design. Proc. 16th. Canadian Rock
Mechanics Symposium, Sudbury, pp. 75-83.
Cigna A. (1983) – Sulla Classificazione dei Fenomeni Carsici. Le Grotte d’Italia, vol. 11, pp. 497-505.
Cotecchia V., & Tulipano L. (1989) – Le Emergenze a Mare, individuate con Tecniche di Telerilevamento
come Vettori di Carichi Inquinanti dagli Acquiferi Carbonatici e Carsici Pugliesi all’Ambiente Costiero.
Atti 1° Workshop “Clima ambiente e territorio nel Mezzogiorno”, Taormina, pp.133-144.
Cruden D.M. & Varnes D.J. (1996) – Landslides Types and Processes. In Landslides, Investigation
and Mitigation (Turner & Schuster eds), Special Report 247, pp.36-75.
Delle Rose M. & Onorato R. (1999) – Le Grotte della Guardiola: Preliminari Osservazioni Speleologiche
Geologiche. Thalassia Salentina, n. 23, p. 117-125.
Delle Rose M. & Parise M. (2003) – Il Condizionamento dei Fattori Geologico – Strutturali ed Idrogeologici
nella Speleogenesi di Grotte Costiere del Salento. Atti 19° Congresso Nazionale di Speleologia,
Bologna.
Delle Rose M., Federico A. e Parise M.. (2004) – Sinkholes Genesis and Evolution in Apulia and their
Interrelations with the Anthropogenic Environment. Natural Hazards and Earth System Sciences, vol.
4 (in corso di stampa).
Forti P. (1985) – I Risultati delle Esplorazioni Speleosubacquee condotte dall’U.S.B. in Puglia nell’anno
1973. Atti 1° Conv. Reg. Speleol. Pugliese, Castellana - Grotte, pp.87-98.
Forti P. (1991) – Processi Carsici e Speleogenesi. Prima Parte. Speleologia, n. 24, pp. 42-46.
Forti P. (1993) – Meccanismi Genetici ed Evolutivi delle Grotte Marine. Speleologia, n. 28, pp. 63-67.
Franklin J.A., Broch E. & Walton G. (1971) – Logging the Mechanical Character of Rock. Trans. Inst.
Min. Metall. (Sect. A: Min. Industry), vol. 80, pp. 1-9.
Goodman R.E. (2003) – A Hyerarchy of Rock Slope Failure Models, Felsbau, vol. 2, pp.8-12.
Hoek E. & Brown E.T. (1980) – Empirical Strenght Criterion for Rock Mass. Journal of Geotechnical
Engineering ASCE n. 106(GT9), pp. 1013-1035.
Hudson J.A. & Harrison J.P. (1997) – Engineering Rock Mechanics. An Introduction to the Pirinciples.
Imperial College of Science, Tecnology and Medicine University of London, Pergamon, pp.
444.
Hutchinson D.J. & Diederichs, M.S. (1998) - Cablebolting in Underground Mines. Vancouver: Bitech
Jethwa J. L. (1981) - Evalutation of Rock Pressure Under Squeezing Rock Condition for Tunnels in
Himalayas. Ph. D. Thesis, University of Roorkee, India.
64
Kirsch G. (1898) – Die Theorie der elastizitat und die Bedurfnisse der Festigkeitslehre. Veit. Deit. Ing. vol
42 (28), pp. 797 – 807.
ISRM (1978) - Suggested Methods for the Quantitative Description of Discontinuities in Rock Masses. Int. J.
Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. vol. 15, pp. 319-368.
ISRM (1985) – Suggested Methods for Determing Point Load Strength. Int. Journal of Rock Mech. and
Min. Sci. and Geomech., vol. 22, pp. 53-60.
Moreno Tallon E. (1980) – Application de las Classificationes Geomechanics a Los Tuneles de Parjares, II
Curso de Sostenimientos Activonsen Galeriasy Tunnels, Madrid: Fondation Gomez – Parto.
Pagliara C. (1987) – La Grotta della Poesia di Rocavecchia (Melendugno –Lecce). Note Preliminari, Ann.
Univ. di Pisa, vol. 17, pp. 267-328.
Patton F. D.(1966) – Multiples Modes of Shear Failure in Rock. Proc. 1st Int. Congr. Rock Mech., vol.
1, pp. 509-514
Rutledge J. C. & Preston R. L. (1978) – Experience with Engineering Classification of Rock. Proc. Int.
Tunnelling Sym., Tokyo, pp. A3.1 – A3.7 .
Raviolo P. L. (1993) – Il Laboratorio di Geotecnica. Editrice Controls, Milano.
Schneider J. (1977) – Carbonate Construction and Decomposition by Epilitic and Endolitic Micro-Organisms
in salt – and Freshwater. Fossil Algae, Springer – Verlag, Berlin, pp.248-260.
Terzaghi K. & Richart F. E.(1952) – Stresses in Rock aboaut cavities. Geotechnique, vol. 3, pp.57– 70
UNESCO (1990) – A Suggested Method for Reporting a Landslide. Bull IAEG, vol. 41, pp. 5-12
65
ALLEGATI
Tav. 1: Planimetria Generale;
Tav. 2: Planimetria Generale e Sezioni;
Tav. 3: Planimetria Generale – Punti di Indagine.
66

Evoluzione morfologica del tratto costiero tra Porto Ligno e Torre

Transcript

Documenti analoghi

Tana delle Tigri - Arrampicata Sardegna

Grotta_Nuova_per_comitive_web

Cavità n° 221 - Grotta di S. Lorenzo

Piccola bottega degli orrori

Isola di Dino 11 Settembre 2016

Vicky - grotta di sale

La grotta Chauvet - Rizzoli Education

Ficus Area - Arrampicata Sardegna