Come visto, i sinkhole sono fenomeni complessi di cui non sono ancora del tutto chiari i meccanismi genetici e che presentano delle specifiche caratteristiche a seconda delle condizioni ambientali e dei fattori innescanti che concorrono alla loro formazione. Come dimostrato dalle numerose ricerche compiute in differenti aree colpite da sinkhole, un loro corretto studio deve prevedere un’analisi multidisciplinare, basata sul confronto e sull’integrazione dei risultati ottenuti mediante diverse metodologie d’indagine che siano in grado di fornire informazioni di tipo geologico, idrogeologico e geochimico.
Nel capitolo precedente è stato descritto come i sinkhole siano dovuti a fenomeni di dissoluzione che si verificano in formazioni rocciose altamente solubili (calcari, dolomie, marmi, gessi ed altre evaporiti) caratterizzate da un’abbondante circolazione d’acqua. I casi finora studiati mostrano molte caratteristiche comuni, quali la presenza di acquiferi confinati, la presenza di un substrato solubile sormontato da depositi incoerenti e di un sistema di faglie e/o fratture che rappresentano delle vie preferenziali per la circolazione di fluidi spesso arricchiti di specie gassose.
Nella sezione geologica mostrata nella figura 1 sono raggruppati i classici meccanismi di formazione dei sinkhole. La maggior parte di questi fenomeni si sviluppa in presenza di un basamento carbonatico sormontato da sedimenti di copertura che, scorrendo all’interno di fratture e vuoti presenti nel basamento,
possono portare alla formazione di una cavità (A) o determinare una semplice subsidenza (effetto clessidra). Questo processo è il più comune e, come è stato già descritto, risulta favorito da una serie di fattori, il più importante dei quali risulta essere la variazione del livello della falda. Le cavità che possono dare luogo alle voragini visibili in superficie si possono formare anche all’interno della formazione carbonatica (cavità B), specie quando questa è poco profonda, o in strati solubili, più o meno profondi, costituiti da gesso o altre evaporiti (cavità C).
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3
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A
C
B
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Figura 1 – La sezione raffigura schematicamente un tipico contesto
geologico a rischio per la formazione dei sinkhole.
Si ha quindi la necessità di utilizzare dei metodi di indagine che chiariscano innanzitutto il contesto geologico-strutturale delle aree in cui i fenomeni si verificano, ovvero metodi in grado di fornire dettagliate informazioni sulle litologie presenti, sulle loro caratteristiche e sui loro rapporti spaziali, e capaci di individuare le principali strutture tettoniche. Sarebbe importante inoltre scoprire la presenza dei vuoti nel sottosuolo prima che questi determinino la formazione delle voragini in superficie. Questo è un obiettivo difficile da ottenere in quanto si dovrebbero eseguire indagini molto dettagliate, e quindi molto costose, in zone spesso molto
vaste. Poiché, però, in molti casi la formazione dei vuoti è legata a fenomeni di scorrimento dei sedimenti all’interno di fratture e cavità del basamento, può essere conveniente dedicare un primo studio alla ricerca di queste zone di fratturazione, in cui appunto sono favoriti i fenomeni carsici, e quindi concentrare le successive ricerche in questi specifici settori. Inoltre, vista l’importanza fondamentale dell’acqua nei meccanismi genetici dei sinkhole, appare indispensabile un esauriente e sistematico studio idrogeologico che preveda anche un’analisi del chimismo delle acque. La determinazione delle concentrazioni dei gas nel suolo, e in particolare di CO2, He, H2S, Rn e metano, può essere importante in alcuni contesti
per chiarire i meccanicismi di formazione dei fenomeni.
Queste informazioni possono essere ottenute con delle indagini di tipo diretto ed indiretto. Ovviamente, la prima fase operativa deve prevedere un'analisi dei dati geologici ed idrogeologici ricavati da eventuali indagini precedentemente eseguite nell'area in esame. Questo può consentire di costruire, seppure a livello generale e in modo semplificato, un primo modello concettuale, utile per un approccio preliminare al problema e per un'organizzazione mirata del successivo programma di studi particolari dei siti. A questa fase preliminare dovrebbe fare seguito quella delle prospezioni dirette ed indirette.
Le prime prevedono la progettazione e l’esecuzione di sondaggi geognostici che forniscano informazioni con alto grado di dettaglio ma di tipo puntuale. Come noto, i sondaggi meccanici, se correttamente eseguiti, consentono una precisa ricostruzione della stratigrafia, il prelievo di campioni per la determinazione dei parametri fisici e meccanici tramite prove di laboratorio, l’esecuzione di rilievi e misure sulle acque sotterranee e la stima, mediante specifiche prove in situ, delle proprietà meccaniche dei terreni. L’elevato costo di questo tipo di indagini limita però le profondità delle perforazioni e il loro numero, rendendo di fatto impossibile
caratterizzare ampie zone con il solo loro impiego. A titolo d’esempio, se immaginiamo di ricercare una cavità nel sottosuolo in un’area estesa 10 volte l’area del bersaglio, serviranno 10 sondaggi disposti secondo una griglia regolare per avere il 90% di probabilità di individuare la cavità. Per bersagli più piccoli o aree più grandi il numero di sondaggi necessari aumenta in maniera considerevole come mostrato nella figura 2.
Area da indagare
Area della cavità Area da indagare
Area della cavità
Probabilità A/Ab=10 A/Ab=100 A/Ab=1000
100 16 160 1600 98 13 130 1300 90 10 100 1000 75 8 80 800 50 5 50 500 40 4 40 400
Figura 2 -Numero di sondaggi necessari per avere una certa probabilità di individuare il bersaglio. A = Area da indagare; Ab = Area del bersaglio
Le indagini di tipo indiretto, oltre ad essere significativamente meno costose, possono anch’esse fornire informazioni con un elevato grado di dettaglio, in una forma non più puntuale ma estesa e, come risultato minimo, gli elementi necessari per una razionale programmazione delle indagini di tipo diretto, consentendo così un notevole risparmio. Appartengono a questo tipo di indagini le prospezioni di tipo geofisico. Questi metodi, nati per l’esplorazione mineraria e petrolifera, trovano oggi vasto impiego in numerosi campi, fra cui quelli ingegneristico, geologico, geotecnico e idrogeologico e ambientale in genere.
Accanto alle indagini dette, un ruolo fondamentale nello studio dei fenomeni di sinkhole è rivestito dalle operazioni del monitoraggio. I sinkhole sono molto spesso preceduti da fenomeni di subsidenza, più o meno marcati, che possono essere individuati con adeguati sistemi di osservazione. L’acquisizione, in tempo reale, di misure delle deformazioni della superficie del suolo può consentire l’attivazione di procedure di salvaguardia e allarme non appena le soglie di tolleranza, opportunamente stabilite, vengono superate. L’importanza di sistemi di controllo che consentano di seguire fenomeni quali l’evoluzione e la migrazione dei sinkhole descritti nel precedente capitolo è chiara ed evidente.