UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO Monitoraggio della

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea Magistrale in
Ingegneria per l’ambiente e il territorio
CORSO DI FRANE
ANNO ACCADEMICO 2013/2014
ESERCITAZIONE 4
Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico
in lingua inglese:
Monitoraggio della grande frana lenta di Kahrod
nella catena montuosa Alborz (Iran)
condotto mediante GPS ed interferometria SAR
Prof. Ing. Michele Calvello
Allievo: Lucia D’Elia
Matricola: 0622500143
Sommario
1
Introduzione ................................................................................................................................................................. 2
2
Illustrazione del caso studio ...................................................................................................................................... 3
3
Attività di monitoraggio ............................................................................................................................................. 6
3.1
Analisi GPS ............................................................................................................................................................. 6
3.1.1
Rete semi-permanente .............................................................................................................................. 6
3.1.2
Rete rapido-statica ..................................................................................................................................... 8
3.2
Analisi interferometrica ........................................................................................................................................ 9
4
Evoluzione temporale degli spostamenti superficiali ......................................................................................... 11
5
Analisi dei risultati e conclusioni ............................................................................................................................. 12
6
Bibliografia ................................................................................................................................................................. 15
1 Introduzione
Le frane sono processi superficiali che si verificano in molte regioni montane su una
vasta gamma di scale spaziali e temporali. Gli studi che hanno come scopo la
valutazione della posizione della frana e la stima della sua attività sono estremamente
importanti visto che è ormai noto che questi fenomeni rappresentano il processo
dominante di erosione nelle catene montuose attive, e che sono i maggiori responsabili
dell’evoluzione geomorfologica dei paesaggi.
Non si possono però nemmeno trascurare gli effetti distruttivi che colpiscono ogni anno
insediamenti urbani civili e infrastrutture , causando gravi danni, perdite per la vita e le
proprietà.
Uno dei territori più colpiti è l’Iran, dove le frane provocano varie decine di morti ogni
anno.
Nell’articolo analizzato è stato indagato il campo di spostamento di una grande frana
(0,7 km2) che si trova vicino al villaggio di Kahrod, lungo il fiume Haraz, nel centro della
catena montuosa Alborz, in Iran.
2
2 Illustrazione del caso studio
La frana Kahrod si trova nella catena montuosa Alborz nel nord dell'Iran (Fig. 1). Questa
catena montuosa che circonda il bacino meridionale del Mar Caspio è nota per la sua
tettonica attiva e per i diversi terremoti distruttivi che l’hanno interessata in passato.
Fig. 1. Posizione della frana di Kahrod (stella
gialla). Si trova sul lato occidentale della valle
Haraz. Questa frana minaccia la strada che
collega Teheran a Amol (linee nere tratteggiate)
della catena montuosa Alborz.
Sulla sinistra ci sono principalmente faglie
trascorrenti e sovrascorrimenti (linee rosse).
Gli eventi sismici (MN 4) avvenuti
tra il 1973 e il 2005 (cerchi gialli) e dal 2005
sono indicati dai cerchi verdi.
L’Area che ha subito i maggiori danni nel
terremoto di Sanghechal del 1957 è individuata
dalla linea bianca tratteggiata.
Anche se gli eventi sismici sono responsabili dell’innesco di molteplici frane nella
catena montuosa di Alborz non è detto che questo debba essere necessariamente
vero in tutti i casi.
Il caso della frana Kahrod, è particolare ed anche abbastanza complicato, perché si
parla di riattivazione di un fenomeno avvenuto in precedenza forse innescato da un
terremoto. Il 2 luglio 1957 il terremoto Sangechal (Mw 7.3), il cui epicentro è stato
individuato a 40 km a Nord-est da Kahrod (Fig. 1), ha causato la parziale distruzione del
villaggio e 12 morti tra i suoi abitanti. Anche se non si possono desumere informazioni
specifiche per il caso in esame, si è visto che l'ex cimitero di Kahrod , situato all'interno
della punta meridionale della zona, è stato abbandonato in quel periodo. Ciò
suggerisce che il terremoto ha probabilmente indotto una significativa riattivazione
della frana Kahrod.
Oggi , il fenomeno è caratterizzata da un lento , apparentemente continuo,
spostamento di materiale fatto di blocchi e arenaria brecciata intermezzata da argilliti
di epoca giurassica. La frana attiva attuale si estende da quota 1200 m 1600 m ( Fig. 2).
L'orientamento della frana è N110° con una pendenza media di circa 25 °. La sua
estensione è delimitata da zone di frattura laterali quasi ovunque . La mappatura della
frana da foto aeree, i modelli di elevazione digitali ( DEM ) e le osservazioni sul campo
dimostrano chiaramente che l'attuale estensione della frana è più piccola della sua
dimensione iniziale, come determinato dalle scarpate (fig. 2 e 3).
Sul posto il letto in pietra arenaria che circonda la massa di scorrimento è fortemente
fratturato ed è globalmente inclinato di 40 ° a Sud (Fig. 3), come la superficie di rottura
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della frana nella parte nord-ovest della frana. L'ipotesi di una frana catastrofica iniziale
è supportata anche da un sondaggio stratigrafico effettuato all'interno di un terrazzo
alluvionale situato al piede della frana , nel letto del fiume Kahrod. Esso mostra uno
strato sottile di argilla ( circa 20 cm) intercalato tra i depositi di flusso.
La profondità della superficie di taglio non è facile da determinare anche se
l’estrapolazione della geometria delle scarpate laterali consente di stimare che in
alcuni punti essa raggiunga 70 m circa. Pertanto, si stima il volume del materiale
originale destabilizzato a circa 80×106 m3, mentre il materiale scorrevole restante è
circa pari a 15×106 m3.
Fig. 2. Vista prospettica (verso sud-ovest) di
un DEM centrato sulla frana di Kahrod.
L'attuale area di deformazione (rosa chiaro) si
estende da un'altitudine di 1200m 1600m.
La pendenza media è di circa 25°.
Il fiume Kahrod mina la punta centrale della
frana mentre 'espansione della punta
settentrionale verso la valle di Haraz è
bloccata da una collinetta.
I ripidi pendii laterali sono il segno morfologica
di una catastrofica frana iniziale. Il villaggio
Kahrod si trova appena al di sotto del limite
meridionale della frana. All'interno della frana,
c'è una stazione di comunicazione radio (RTS)
in cui è installata la stazione GPS permanente.
Fig. 3. Mappa geomorfologico della frana. Le coordinate sono in km (sistema di proiezione UTM, zona 39).
La parte superiore della frana (quote maggiori di 1450 m circa) è costituita da
materiale caotico entro un massa di marna (Fig. 4a); ci sono cospicue zone di frattura
laterali orientate a N110 ° E (Fig. 4b). Questa zona è caratterizzata da una serie di
scarpate con movimenti inclinati (Fig. 4c), che danno evidenza di una componente
rotazionale della frana.
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Fig. 4. Foto della frana.
a) materiale caotico all'interno di
una massa di fondo marna.
b) zona di frattura laterale che
delimita il limite meridionale della
massa scorrevole, sulla parte
superiore della frana.
c) Una scarpata vicino alla testa
della frana. Questo esprime un
comportamento rotazionale
locale.
d) Grandi blocchi caotici sul lato
nord, a metà altezza della frana.
e) Vista della scarpata inferiore,
sotto al fiume Kahrod, nella parte
centrale della punta frontale.
f) le crepe tensione osservate in
cima al poggio bloccano
l'espansione della frana verso la
valle di Haraz.
g) Vista verso sud della punta
settentrionale. La linea gialla
rappresenta il limite della frana. La
massa di scorrimento (a destra) si
sviluppa lungo la collinetta di
blocco (a sinistra).
h) Immagine della stazione GPS
permanente e il pluviometro:
l'antenna GPS è in primo piano, il
pluviometro in background.
Entrambi i ricevitori sono nella
cassetta di sicurezza.
La zona intermedia (altitudine compresa tra 1350-1450 m) presenta una chiara
separazione tra le regioni meridionali e settentrionali. La prima è semplicemente
caratterizzata da un significativo aumento di inclinazione rispetto alla parte superiore
della frana. Tuttavia, quest'ultima è caratterizzata dalla predominanza di grandi
blocchi caotici (Fig. 4d). Alcuni conglomerati e letti di arenaria sembrano però essere
preservati nella struttura e nell'orientamento all'interno di questa massa di fondo a
dimostrazione del fatto che il meccanismo di scorrimento è localmente traslazionale.
La parte inferiore presenta un grande "nicchia " di distacco nella sua parte centrale
(fig. 3 e 4e).
È stato osservato che l’incisione del fiume non ha ancora raggiunto la superficie di
rottura; ciò suggerisce che nel presente il movimento è controllato, almeno
parzialmente , dall’inaridimento del fiume Kahrod. Due zone di frattura, orientate a
N100°E , separano questa zona centrale che si sta deformando intensamente dalla
punta meridionale della frana, vicino al villaggio, che non è influenzata dall’attività del
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fiume ( Fig. 3) . Il tasso di deformazione di questo limite meridionale è notevolmente
inferiore , il che andrebbe a ridurre il rischio per il villaggio di Kahrod. Infine, a nord, la
frana sembra bloccata o rallentata da uno sbarramento costituito da un pezzo di
roccia, proprio sulla sponda sinistra del fiume Haraz. Grandi fessure (circa 5 m di altezza
e 20 m di lunghezza , orientate a N100 ° e N40 °) influenzano l'estremità meridionale del
pendio ( fig. 3 e 4f). Così , qui la frana si estende in direzione nord (fig. 4g).
Si può concludere che la frana di Kahrod è un complesso unico per quanto riguarda
la sua storia e la sua eterogeneità spaziale e quindi per andare oltre nella
comprensione del meccanismo che controlla questa frana e per quantificare
l'evoluzione spaziale e temporale della deformazione superficiale, si ha bisogno di
un’attività di monitoraggio. In questo caso sono state usate le tecniche GPS ed InSAR.
3 Attività di monitoraggio
Il rilevamento del movimento superficiale può essere eseguito con il Global Positioning
System ( GPS ) o con metodi convenzionali. L’analisi GPS è perfetta per una descrizione
precisa dell’attività della frana su un luogo specifico , ma risulta inadeguato sia per le
indagini su scala regionale sia per rivelare eterogeneità spaziali dei movimenti di
massa.
Si possono impiegare anche metodi di telerilevamento aereo e da satellite che offrono
viste sinottiche degli spostamenti lungo frane attive e nel terreno circostante. Tra
questi, l’interferometria radar (InSAR o DInSAR) è uno strumento efficace per
monitorare lente deformazioni del suolo.
Nel caso complesso della frana di Kahrod, al fine di comprendere il comportamento
meccanico, è essenziale quantificare precisamente la distribuzione spaziale e
temporale della deformazione superficiale. A tal fine, l’articolo affronta il monitoraggio
con una combinazione di osservazioni geomorfologiche sul campo e misurazioni
geodetiche (GPS e DInSAR).
3.1 Analisi GPS
3.1.1
Rete semi-permanente
Nel giugno 2003 è stata istituita una piccola rete GPS che poi è stata misurata a giugno
2003, giugno 2004, agosto 2005 e novembre 2006. È costituita da 8 benchmarks che
permettono di avere risultati dotati di un’accuratezza millimetrica.
La zona di scorrimento è strumentata dal basso verso l’alto con 3 punti di monitoraggio
(K6, K7 e K8). Altri cinque punti di controllo sono stati collocati dove non è prevista
nessuna deformazione: o lontano dalla frana (K5: villaggio Kahrod, K1: strada Haraz) o
nelle sue prossimità e cioè sulla piccola collina che sembra bloccare la sua espansione
verso la valle dell’Haraz (K2, K3 e K4).
Proprio questa collinetta assume un ruolo fondamentale per la stabilità della frana e la
minaccia che essa costituisce per la valle di Haraz.
L’elaborazione delle 4 campagne è avvenuta separatamente per ogni coppia di
acquisizioni, in moda da sottolineare il comportamento stazionario di tutti i benchmark.
Infatti dalle osservazioni, tutti i campi di velocità sono del tutto simili come dimostra la
Tabella 1. La Fig. 5 invece mostra le componenti orizzontali e verticali di tali
spostamenti.
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Il campo di velocità rivela un movimento discendente quasi uniforme dei punti
all'interno della frana con una velocità do circa 25 cm/anno. I benchmark situati al di
fuori della frana restano stabili durante il periodo di osservazione di 4 anni, fatta
eccezione per K4 che si è spostato orizzontalmente verso sud fino a raggiungere una
velocità di 2 cm/anno. In realtà c’è da tener conto del fatto che questo punto si trova
in una base di cemento sul limite più a sud di questo crinale e non si può escludere che
in esso si stia verificando un’erosione. Future campagne GPS dovrebbero fornire
un'indicazione importante per distinguere i processi di erosione da compressione
correlata alla frana.
Tab 1. i vettori di velocità (componenti est, nord e verticali, rispettivamente) e le loro incertezze 1σ corrispondenti, desunti
da misurazioni GPS semi-permanenti che vanno dal giugno 2003 al novembre 2006.
Fig . 5 . Campi di velocità GPS orizzontale ( a) e verticale ( b) stimati in 3 anni ( giugno 2003 - novembre 2006 ).
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3.1.2
Rete rapido-statica
Poiché la rete GPS semi-permanente non è in grado di descrivere la variabilità spaziale
della deformazione superficiale, si è reso necessario un addensamento dei punti al suo
interno. In realtà quest’operazione è stata anche dettata dal fatto che nel prosieguo,
l'interpretazione tridimensionale della fase interferometrica radar richiederà a priori
informazioni sulla direzione della deformazione locale.
Per la nuova rete sono stati effettuati 57 fori, distribuiti in tutta la frana, con maggiore
densità nella parte superiore. La parte settentrionale della zona intermedia non è stata
misurata perché di difficile accesso. Si prevede comunque di strumentarla nelle
campagne successive.
Ogni foro ha una profondità di 10 cm di, al fine di garantire la verticalità dello stelo che
supporta l'antenna GPS. La posizione planimetrica dell'antenna dovrebbe essere
fissata, a meno dell'errore formale di 1 cm.
Seguendo il metodo rapido-statico, il ricevitore ha registrato sessioni di 5 minuti su ogni
punto con un tempo di campionamento di 2 s. Ci sono state misurazioni nel novembre
2006 e nel maggio 2007. La stazione base è stata installata su K5 e la sua precisione
stimata di posizionamento è di circa 0,3 cm in pianta e 0,6 cm in altezza.
I vettori di spostamento sono riportati nella fig. 6.
Fig . 6 . Campo di spostamento stimato di 2 rilevamenti GPS rapido - statica per un periodo di 6 mesi . La rete sulla
parte superiore della frana è densa poiché molte scarpate avevano suggerito una distribuzione eterogenea di
deformazione . Per contro , la parte centrale settentrionale della frana non ha benchmark dato che non è facilmente
accessibile . Questo campo di spostamento è molto omogeneo .
Sorprendentemente questo campo di spostamenti è globalmente molto omogeneo, in
particolare sulla parte superiore della frana. In primo luogo, vale la pena notare che lo
spostamento stimato vicino ai punti di riferimento K6, K7 e K8 è in accordo con i vettori
di velocità semi-permanenti, anche se si registra una rotazione oraria di 40 ° tra la testa
e la metà della frana. Nella parte inferiore, lo spostamento avviene prevalentemente
verso il fiume Kahrod confermando il suo importante ruolo nell’ attivazione del
fenomeno. Per il benchmark 2 , che si trova circa 5 m prima del punto di contatto tra la
frana e la collinetta, il vettore spostamento è orientato verso la collinetta ed ha un
valore elevato (più 10 centimetri in 6 mesi). Più a nord, l’orientamento dello
spostamento cambia da est a nord.
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Infine, in accordo con l'osservazione sul campo il benchmark 1 non si sposta; questa
zona sembra essere totalmente disaccoppiata dal corpo della frana.
Lo spostamento verticale è di meno ovvia interpretazione. Valori alti (circa 10 cm in 6
mesi) si possono notare vicino alla cima e a metà altezza. Questo campo vettoriale
suggerisce un tipo di deformazione traslatorio predominante con alcune componenti
rotazionali che si possono notare sulla parte superiore della frana. In profondità la
superficie di rottura è probabilmente complessa.
3.2 Analisi interferometrica
L’Interferometria radar ( InSAR ) è una tecnica che misura la differenza di fase tra due
immagini radar prese da due posizioni leggermente diverse. Il contributo geometrico a
questa differenza di fase viene fuori dalle variazioni orbitali , dalla topografia e dalle
variazioni di distanza del satellite a terra. La fase interferometrica è coerente se le
proprietà dielettriche e la distribuzione spaziale dei singoli obiettivi all'interno di un pixel
rimangono costanti nel corso delle due acquisizioni. Questo è il motivo per cui , in caso
di una frana catastrofica , la tecnica InSAR può fornire DEM precisi prima e dopo
l'evento, permettendo il confronto e la mappatura della frana. Per contro, nel caso di
un processo di scorrimento lento, si può usare un DEM per la costruzione di
interferogrammi differenziali (DInSAR) al fine di arrivare ad avere il valore della
deformazione.
Accanto a decorrelazioni temporali causate principalmente dalla vegetazione,
dall'erosione o da eventi distruttivi, DInSAR affronta diverse limitazioni.
Al fine di mappare con precisione i limiti della frana di Kahrod e il campo di
deformazione associato, è stata utilizzata la tecnica DInSAR applicata alle immagini
Envisat ASAR.
Sono state acquisite 15 immagini dal 9 Ottobre 2005 , fino al 18 marzo 2007 (una ogni 35
giorni). L’ analisi incrociata di tutti gli interferogrammi differenziali rivela che la fase
interferometrica è costante (entro il livello di rumore) sulle aree circostanti. Un esempio
di interferogramma differenziale è presentato in Fig. 7a.
La coerenza è molto buona per gli interferogrammi a 35 giorni visto che la frana Kahrod
non è coperta da vegetazione significativa. Ciò garantisce che un’elaborazione InSAR
standard riesca a misurare lo spostamento superficiale del terreno anche perché
fortunatamente, l'ampiezza del movimento di superficie è particolarmente indicata per
l’acquisizione ogni 35 giorni.
Prima di tutto, l' alta somiglianza di tutti gli interferogrammi indica un tasso globale di
deformazione costante nel tempo, in ogni stagione (in inverno la copertura neve è
scarsa). La maggior parte dei limiti della frana sono rilevati chiaramente da una
discontinuità di fase significativa. Essa rivela che il processo attivo corrente riguarda
solo una parte del fianco della montagna delimitata topograficamente da grandi
scarpate. Ciò è compatibile con uno scenario di una antica grande frana catastrofica
il cui residuo minore sarebbe l'unico processo attivo.
Questi limiti sono pienamente d'accordo con le osservazioni sul campo. Tuttavia, la
tecnica InSAR riesce a mappare questo limite , da un lato vicino al poggio che blocca
la frana, e dall'altro sulla parte settentrionale centrale della frana.
L'esistenza di una zona che non si deforma che probabilmente si trova a metà altezza
della frana , sul lato nord , non è supportata dalle osservazioni sul campo. La fase
interferometrica è globalmente omogenea su tutta frana , eccetto nella sua parte
settentrionale della zona centrale dove la deformazione aumenta, e sulla sua punta
nord dove invece la deformazione diminuisce uniformemente. È da sottolineare che
la tecnica DInSAR conferma che la parte meridionale della punta non si muove, come
già suggerito da osservazioni sul campo e dai rilevamenti GPS rapido-statico.
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Per avere un’analisi spaziale più dettagliata dei cambiamenti di fase sono stati
disegnati dei profili della frana (Fig. 7b). Il Profilo longitudinale AB campiona la frana
dalla testa verso il suo piede centrale, nella scarpata inferiore al fiume Kahrod. Tutti gli
interferogrammi a 35 giorni mostrano all'incirca lo stesso schema.
Nessuna attenuazione o accelerazione può essere notata ai piedi della frana. La
proiezione dei vettori di velocità di K6, K7 e K8 da satellite sono in accordo con la fase
interferometrica.
Fig. 7. a) Esempio di un Interferogramma differenziale radar Envisat di 35 giorni. La deformazione è più o meno
omogenea tranne che nella parte settentrionale a metà altezza della frana. b) fase interferometrica lungo il profilo
longitudinale AB. I Vettori di spostamento GPS stimati sulla rete semi-permanente sono proiettati sulla linea del satellite
(cerchi blu). Sono pienamente d'accordo con la misura InSAR.
Poiché InSAR è una misura tecnica di distanza unidimensionale, gli interferogrammi
possono solo fornire lo spostamento proiettato sulla linea di mira del satellite. In questo
modo viene recuperata la deformazione tridimensionale superficiale, partendo però
da informazioni a priori sulla sua direzione, ricavate dall’interpolazione del campo dei
vettori derivato dai rilievi GPS rapido-statici. L'omogeneità del campo vettoriale
misurato suggerisce che il campo in questione è vicino alla realtà, anche se questa
approssimazione è senza dubbio sbagliata in alcuni punti (soprattutto lontano dal
benchmark GPS).
La principale informazione derivante dall’analisi InSAR è che la deformazione non
sembra cambiare in modo significativo con il tempo nel periodo analizzato, anche se il
periodo è lungo.
Il movimento complessivo stimato è di circa 30 cm/anno, in buon accordo con le
misure GPS sebbene i dati delle due tecniche non siano riferiti allo stesso intervallo di
tempo. L'ampiezza di deformazione è approssimativamente omogenea su tutta frana,
tranne da un lato, alla sua testa e nella "nicchia" di distacco incisa dal fiume Kahrod
dove la deformazione aumenta significativamente (fino a 45 cm/anno), e dall’altra
parte, nella punta nord dove la deformazione diminuisce uniformemente fino a circa
20 cm/anno . Per finire , dobbiamo ricordare che questo studio è riuscito ad individuare
due altre frane che si trovano lungo la valle del Penjab circa 5 km più a nord. Il loro
comportamento meccanico è probabilmente simile a quello della frana di Kahrod .
In seguito, si è ricavata una media di tutti gli interferogrammi a 35 giorni da cui si
deduce una mappa della deformazione superficiale dell’intera area ( Fig. 8).
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Fig. 8. Mappa di deformazione 3D stimata sovrapponendo tutte gli interferogrammi a 35 giorni.
4 Evoluzione temporale degli spostamenti superficiali
Per affrontare l'evoluzione temporale dettagliata dell'attività della frana, è stata istituita
una stazione GPS vicino al punto K6, nel centro della parte inferiore parte della frana. È
stato poi installato un pluviometro per registrare ogni possibile influenza delle
precipitazioni sull'attività della frana.
I dati sono stati raccolti dal giugno 2006, con un tempo di campionamento di 30 s. Le
serie storiche sono presentate nella Fig. 9a. Il vettore velocità media è simile a quello
stimato per K6.
Nonostante nel periodo sia stata osservata una pioggia abbondante (circa 1000 mm),
la serie temporale non è affetta da nessuna discontinuità elevata. Tuttavia, eliminando
il trend lineare si riesce discernere diverse discontinuità, anche significative ( Fig. 9b ).
Anche se non può essere stabilita nessuna forte correlazione, si può notare che queste
discontinuità si verificano sempre dopo pochi giorni di precipitazioni significative (1-20
giorni).
Inoltre, sembra che la deformazione prima di agosto 2006 differisca molto da quella
che avviene in seguito. La velocità di spostamento è leggermente superiore (di circa il
20 % ), e potrebbe essere interpretata come la risposta del terreno alle abbondanti
precipitazioni, anche se la mancanza di dati GPS prima di tale data ci impedisce di
dare risultati definitivi.
Infine, si deve osservare che lo scioglimento della neve è destinato a svolgere un ruolo
minore in questo periodo di osservazione poiché il manto nevoso è stato molto limitato.
La serie temporale di 1 anno suggerisce che nessuna forza esterna ha indotto una
modifica importante sull'attività della frana durante tale intervallo di tempo. Infatti,
nessuna precipitazione eccessiva, né alcun terremoto di magnitudo superiore a 2 nei
pressi Kahrod, ha influenzato significativamente il comportamento della frana di
Kahrod. Tuttavia, la correlazione plausibile con le precipitazioni fa sospettare qualche
risposta critica del terreno a qualsiasi evento pluviometrico eccezionale.
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Fig. 9. a) serie temporali GPS permanente (nord, est e verticali componenti) tra giugno 2006 e maggio 2007.
b) Le barre di errore nere rappresentano la serie storica GPS senza il trend lineare. La linea blu è la cumulata della
pioggia. Le linee verticali rosse individuano le discontinuità delle serie temporali GPS.
5 Analisi dei risultati e conclusioni
Tramite la tecnica InSAR è stata mappata la zona che si sta deformando. I risultati sono
totalmente in accordo con quelli derivanti dall’osservazione sul campo e dai dati
ricavati da 3 punti stabili appartenenti alla rete rapido-statica.
Oggi la massa di scorrimento è il residuo di un frana catastrofica passata che non è
stata ancora drenata dai fiumi Kahrod e Haraz. Scendendo per il pendio, una zona di
frattura indica che la punta meridionale è disaccoppiata dalla parte centrale, in cui il
comportamento sembra essere controllato dal fiume Kahrod. Sia le misure GPS
rapidostatiche che InSAR confermano questa interpretazione.
Sebbene sia affetta da significative decorrelazioni temporali e spaziali, l’interferometria
radar fornisce una visione globale dettagliata della zona in esame, e permette di
quantificare con precisione il movimento superficiale. L'uso di un campo di spostamenti
interpolati ottenuti da indagini GPS rapido-statiche era necessario per avere accesso
alla deformazione nelle 3 dimensioni. L'ampiezza di deformazione concorda
pienamente con quella stimata da tutti gli approcci GPS.
La deformazione superficiale è approssimativamente omogenea su tutta frana.
Tuttavia, i tassi più elevati di deformazione influenzano la parte più alta della frana e la
scarpata inferiore incisa dal fiume Kahrod. Alla base della frana a nord, ampie fessure
sono la testimonianza di significative deformazioni (presenti o passate) dovute allo
sforzo indotto dalla massa scorrevole. Risulta fondamentale capire se queste fessure si
estendono o meno all'interno della roccia.
Indagini rapido-statiche presentano tracce di spostamenti di ampiezza elevata,
perpendicolari alla linea di contatto tra la frana ed il poggio. Questo ostacolo
all'espansione della frana verso la valle di Haraz induce una rotazione della frana che si
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sviluppa verso nord. In quel poggio, gli interferogrammi non rivelano alcuna
deformazione ma questo potrebbe essere legato ad errori.
Al contrario, i due vettori di velocità GPS sono stabili mentre il terzo, che si trova sul
versante meridionale di questo crinale, indica una deformazione significativa
perpendicolare al movimento franoso. Dal momento che il contatto tra la frana e
questo poggio avviene sulla roccia, le grandi fessure potrebbero essere delle crepe
causate dalla tensione in passato. La deformazione attuale rivelata dal GPS può essere
imputata all’erosione o all’incisione laterale del fiume Kahrod piuttosto che allo sforzo
indotto dalla frana. Questa interpretazione però deve essere confermata da
misurazioni GPS più accurate.
A questo punto risulta indispensabile capire se questo sperone di roccia può resistere
nel tempo, e se un forte terremoto o abbondanti precipitazioni possono innescare
un'accelerazione catastrofica della frana con potenziali conseguenze.
L' evoluzione temporale della deformazione della superficie stimata da campagne GPS
semipermanenti o da InSAR non presenta variazioni significative . Poiché però è stato
dimostrato che forti piogge o lo scioglimento della neve possono indurre variazioni
significative nei tassi di spostamento, i dati di una stazione GPS permanente situata
all'interno della frana sono stati messi a confronto con registrazioni pluviometriche. Per il
periodo maggio 2006-maggio 2007, le serie storiche da GPS si rivelano abbastanza
stabili: nessuna forzante esterna ha indotto alcun cambiamento significativo sull'attività
della frana.
Concludendo, Kahrod si trova in una regione tettonica molto attiva. La frana iniziale è
stata probabilmente attivata da un grande evento sismico, e si può supporre che il
terremoto Sangechal del 1957 l’ha accelerata in modo significativo. Tuttavia, durante
il periodo di osservazione, nessun terremoto di magnitudo superiore a 2 si è verificato
nei pressi di Kahrod e quindi non è stato impossibile dimostrare una correlazione tra la
sismicità e l’attività della frana.
In assenza di precipitazioni o terremoti, il principale processo attivo sembra essere la
progressiva erosione della massa rocciosa attraverso l'effetto di inaridimento del fiume
Kahrod. Questa interpretazione riduce il rischio di qualsiasi futura evoluzione
catastrofica della frana in esame.
Non bisogna trascurare però che la frana di Kahrod è situata in una zona sismica attiva,
e che sta minacciando il villaggio di Kahrod e la valle di Haraz. Quindi, è importante
integrare i dati presentati in questo studio con una serie temporale più lunga al fine di
stabilire le possibili correlazioni tra l'attività della frana e le forze esterne (tettoniche,
sismiche, climatiche e idrologiche).
A questo punto appare chiaro che gli obiettivi dell’articolo erano:
1) determinare i limiti spaziali della frana di Kahrod;
2) quantificare la distribuzione spaziale della deformazione superficiale tramite
tecniche GPS e DInSAR;
3) analizzare l’evoluzione degli spostamenti;
4) ottenere una comprensione migliore delle principali cause del movimento.
Per quanto riguarda il primo obiettivo, gli autori hanno raggiunto il loro scopo visto che
sia le osservazioni sul campo che le indagini GPS che quelle interferometriche
forniscono lo stesso risultato ed individuano inequivocabilmente i limiti del fenomeno
franoso.
Se ci si riferisce invece alla quantificazione della distribuzione spaziale, anche se questo
lavoro ha dato dei risultati, c’è da tener conto di diversi fattori. Prima di tutto si deve
ricordare che con le misurazioni GPS col metodo rapido-statico, una parte della frana
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e cioè quella settentrionale della zona centrale è totalmente scoperta perché di
difficile accesso. Quindi è necessario prevedere altre campagne per strumentare
quella zona; ovviamente ci si attende che eventuali prossime osservazioni, servano solo
a confermare i risultati già ottenuti visto che dal punto di vista geologico e geotecnico
non sono state osservate discontinuità.
Il presente lavoro ha dato anche risposta al terzo obiettivo poiché è stata descritta
l’evoluzione degli spostamenti arrivando a dire che nessuna forzante sismica o
climatica (in questo caso si fa riferimento essenzialmente alle precipitazioni) hanno
apportato grandi modifiche alla cinematica del fenomeno. C’è da precisare che però
nel periodo di osservazione non ci sono stati terremoti con una magnitudo elevata e
quindi non si è potuta rilevare nessuna correlazione tra attività sismica e movimento
franoso. Anche in questo caso campagne successive con tecniche GPS, aiuterebbero
a definire meglio questo legame.
Passando al quarto punto, gli autori sono arrivati a dire solo che probabilmente la frana
iniziale è stata innescata da un sisma e riattivata nel 1957, sempre da un terremoto.
Per capire fino in fondo questo fenomeno franoso, è necessario stabilire con certezza le
cause del fenomeno e riuscire a dire in che modo esso si è manifestato, sia nella fase
iniziale, che nel corso del tempo. A tal fine, si può pensare di procedere ad una
datazione radiometrica (ad esempio con C14) degli elementi sulla superficie di rottura
iniziale, o all’interno della massa in movimento. In questo modo si potrebbe capire
quando è avvenuto il fenomeno di primo distacco e capire se effettivamente è
imputabile ad un forte terremoto.
Nell’articolo sono presenti dei punti non risolti.
Prima di tutto, il periodo di acquisizione dei dati pluviometrici ha fatto rilevare solo delle
piccole discontinuità sull’attività del fenomeno ma questo porta a pensare che
precipitazioni eccezionali potrebbero causare effetti diversi e sicuramente maggiori.
Per vedere se ciò è vero ed in che misura, si suggerisce di provvedere a monitorare
ulteriormente il corpo della frana con dei pluviometri.
Concludendo, poi, l’articolo non mira a quantificare il rischio a cui le infrastrutture e i
200 abitanti del villaggio Kahrod sono sottoposti. Infatti si è capito solo che la punta
meridionale, prossima al villaggio, si comporta in maniera diversa dal resto della massa
perché sono state rilevate due fratture che operano una divisione netta del materiale
e quindi del comportamento cinematico. Per un’ulteriore conferma che la punta
meridionale sia effettivamente ferma, si consiglia di effettuare delle indagini più
approfondite sia con osservazioni sul campo che con indagini geotecniche e
geologiche.
Nel caso in cui la zona di cui si sta parlando, non risulti ferma, è necessario istituire un
sistema di allarme per l’evacuazione del villaggio. Il sistema potrebbe essere anche
legato alle osservazioni dei pluviometri e funzionare secondo diversi livelli di pericolosità.
In realtà però quest’operazione ad oggi non è di fondamentale importanza proprio
perché il rischio è mitigato dal fatto che la parte della frana immediatamente a monte
del villaggio, sembra ferma.
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