The Cinque Torri Group (The Dolomites): analysis of past and present-day gravitational phenomena by laser scanning and numerical modeling

IL territorio dolomitico è spesso interessato da fenomeni franosi di diversa entità che possono coinvolgere comunità e infrastrutture. Da ciò deriva la necessità di valutare costantemente le condizioni di instabilità, dunque di rischio, delle aree montane, al fine di poter predisporre adeguate misure di salvaguardia. Come dimostrato nella presente tesi di dottorato, l’analisi dei processi gravitativi avvenuti nel passato può essere importante per la comprensione dei fenomeni attuali o recenti, sia in termini di processo, sia in termini di volumi coinvolti. In genere, i fenomeni gravitativi possono essere decifrati attraverso il riconoscimento di un criterio geometrico che relazioni le porzioni di pendio mobilitate dal processo gravitativo, e che perciò fornisca indicazioni sull’assetto del pendio antecedente l’instabilità. Al fine di una corretta analisi delle dinamiche di versante è perciò fondamentale definire inizialmente geometrie e proprietà delle litologie che caratterizzano il pendio instabile. Tra i molteplici fenomeni gravitativi esistenti in natura, le Deformazioni Gravitative Profonde di Versante (DGPV) rappresentano tutt’oggi un argomento di ampia discussione. La presente tesi di dottorato si occupa dell’analisi dei fenomeni instabilità nell’area turistica del gruppo Cinque Torri (Dolomiti bellunesi, Alpi orientali, Italia). Un'ipotesi avvalorata dai precedenti studi vede il pendio su cui poggia il gruppo roccioso coinvolto da un processo di DGPV ampio, la cui espressione superficiale è rappresentata dall’espandimento laterale dei torrioni dolomitici a monte. Il recente crollo della Torre Trephor, uno dei monoliti carbonatici che costituiscono il gruppo, avvenuto nel 2004, ha dato inizio ad un complesso studio scientifico concernente il monitoraggio dei settori più instabili e la caratterizzazione dei fenomeni d’instabilità attuali e passati come strumento di predizione e valutazione della pericolosità dell’area. Le attività di ricerca si inseriscono in questo quadro come strumento di analisi approfondita delle dinamiche passate e in atto dell’espandimento laterale delle Cinque Torri. I processi gravitativi, così come la geomorfologia dell’area esaminata, sono strettamente legati all’assetto tettonico locale e alle caratteristiche meccaniche delle litologie ivi presenti. Difatti la DGPV dell’area Cinque Torri trova origine dal contrasto di competenza fra litologie a comportamento fragile (livelli carbonatici) e litologie a comportamento duttile (livelli marnosi). Il punto chiave della ricerca vede lo sviluppo di una nuova metodologia di analisi basata sulla trattazione di dati geometrici derivati da acquisizioni laser scanner. Nella fase finale di ricerca, l’introduzione di modelli numerici promuove un’analisi delle dinamiche in atto nel pendio offrendo uno strumento di validazione delle interpretazioni ottenute dall’analisi dei dati geometrici. Inoltre, l’approccio numerico permette la valutazione del grado di influenza di alcuni fattori predisponenti la DGPV in esame. Le fasi del progetto di ricerca volte alla caratterizzazione di forme e processi nell’area in esame, possono essere così riassunte: 1. Identificazione dei principali sistemi di discontinuità degli affioramenti rocciosi attraverso l’uso di dati laser scanner (terrestre e aereo) e successiva validazione attraverso rilievi tradizionali di campagna; 2. Classificazione delle proprietà delle litologie coinvolte ottenuta da rilievi di campagna e prove di laboratorio; 3. Indagini geofisiche (tomografia elettrica e rilievi di sismica passiva) per l’identificazione indiretta dell’assetto strutturale del sottosuolo. 4. Utilizzo del pacchetto software sperimentale Coltop-3D (Jaboyedoff, 2007) per la caratterizzazione delle discontinuità e distinzione tra discontinuità tettoniche e gravitative e, inoltre, introduzione del software sperimentale PCM (Vosselman, 2004) per la caratterizzazione geometrica delle principali famiglie di discontinuità come criterio di confronto con il dato di campagna; 5. Correlazione strutturale tra monoliti rocciosi; 6. Calcolo delle componenti rotazionali dell’espandimento laterale in atto, allo scopo di predire future instabilità e di interpretare le strutture sepolte; 7. Modellazione numerica della DGPV, realizzata attraverso codici di calcolo agli elementi disstinti (UDEC, 4.1) e agli elementi finiti (Plaxis, 8.5). Paragonando i risultati ottenuti dalla modellazione numerica e le interpretazioni derivate dall’analisi delle componenti rotazionali si è potuto così ottenere un modello concettuale delle instabilità attuali e future. In particolare, il risultato più significativo di questa tesi riguarda l’utilizzo dei rapporti geometrici esistenti fra le discontinuità tettoniche per l’analisi indiretta dei movimenti gravitativi. Infatti, attraverso l’analisi del dato laser scanner sono state ricostruite le componenti rotazionali dei movimenti che hanno determinato l’attuale assetto del gruppo Cinque Torri. Alla base di questa innovativa trattazione c’è il rilievo geometrico ad alta risoluzione, ottenuto attraverso l’impiego di tecniche laser scanner. Nel giugno 2008 infatti, la geometria del gruppo Cinque Torri è stata acquisita totalmente grazie un laser scanner terrestre (LST) a lunga portata ed inoltre un’acquisizione laser da aereo ha permesso di completare l’informazione geometrica sulle aree circostanti il gruppo roccioso. La combinazione dei due tipi di dato ha garantito la creazione di un modello geometrico multi-scala dell’area, con particolare attenzione alla rappresentazione di superfici planari sia orizzontali, sia verticali. Grazie a questo metodo sono state identificate le famiglie di discontinuità esistenti in ciascun monolite, successivamente correlate con dei set di riferimento estratti da affioramenti rocciosi esterni alla DGPV. Da tali correlazioni sono state poi dedotte le componenti angolari di spostamento dei set individuati rispetto a quelli di riferimento, fornendo le basi per nuova interpretazione dei fenomeni gravitativi in atto. Dai risultati della ricerca si evince che le dinamiche del pendio sono inizialmente controllate dalle principali direttrici tettoniche, che di fatto hanno frammentato il gruppo roccioso secondo chiare leggi geometriche. In una fase successiva la suddivisione del gruppo e l'allontanamento dei monoliti sono indotti dalla DGPV e da anomalie locali topografiche (legate con buona probabilità alla sviluppo dell’espandimento laterale). Questa interpretazione ha trovato riscontro nei risultati delle indagini geofisiche condotte nell’area in studio. Tali indagini hanno evidenziato il quadro tettonico del pendio sottostante il gruppo Cinque Torri, mettendo in luce dislocazioni metriche verticali subite dalla stratigrafia. E' ragionevole ipotizzare che questi gradini strutturali influenzino in parte le rotazioni e i basculamenti in atto nel gruppo Cinque Torri. L’ultima parte della tesi è dedicata alla modellazione numerica del pendio, realizzata attraverso l’uso dell’accurato modello geometrico fornito dalle acquisizioni laser scanner e dai risultati delle prove di laboratorio e di campagna attuate per la caratterizzazione delle litologie coinvolte. La modellazione numerica ha evidenziato che i fattori che maggiormente influenzano l’instabilità del pendio in studio risiedono nell’azione della forza peso agente sul pendio ad opera dei monoliti, nell’eterogeneità stratigrafica e nell’inclinazione degli strati. Inoltre, i risultati di tali modelli numerici confermano le interpretazioni dedotte dallo studio delle componenti rotazionali sulla geometria della DGPV. In conclusione la tesi proposta fornisce un modello interpretativo dei fenomeni gravitativi dell’area Cinque Torri, che coinvolgono deformazioni gravitative profonde con componente pseudo-circolare e significative deformazioni plastiche all’interno degli strati marnosi. Queste ultime inducono basculamenti, rotazioni e traslazioni nelle porzioni sommitali del pendio, in altre parole, l’espandimento laterale. L’insieme dei risultati così raggiunto fornisce un quadro nuovo per l’identificazione dei controlli strutturali e la comprensione dei processi agenti all’interno del pendio Cinque Torri, da cui un valido strumento per la valutazione e mitigazione del rischio.