CLAUDIO CESI, STEFANO CALCATERRA, VALERIA EULILLI, FERNANDO FERRI, PIERA GAMBINO, KATIA MERLI & LUCA MARIA PUZZILLI
ISPRA – Dipartimento Difesa del Suolo/Servizio Geologico d’Italia
Premessa
La pianificazione urbanistica delle nostre città richiede un’attenta valutazione delle caratteristiche geologiche del territorio al fine di garantirne un uso sostenibile. In questa ottica la conoscenza delle caratteristiche dei terreni affioranti e della struttura del sottosuolo, anche a media e grande profondità, assume il ruolo guida nella interazione tra gli interventi antropici e l’ambiente geolo-gico per una corretta prevenzione dai rischi naturali.
Nelle aree metropo-litane e negli ambienti urbanizzati, dove il rilevamento geologico di super-ficie può rivelarsi di limitato apporto, una tale conoscenza può scaturire dai dati provenienti da sondaggi meccanici e/o da indagini indi-rette con metodo-logie geofisiche le quali contribuiscono, spesso in maniera decisiva, alla caratte-rizzazione del sotto-suolo e a produrre informazioni con continuità spaziale, in due o tre dimen-sioni. Ad esse si associano le infor-mazioni acquisibili con varie tecniche di monitoraggio geo-ambientale. Gli esempi che qui si
Figura 1 – Visualizzazione in 3D degli elementi morfologici superficiali (A) e gravi-metrici sepolti (C) rispetto alla cartografia geologica della Città di Roma (B).
presentano, frutto di esperienze del Servizio Geofisica di ISPRA, fanno riferimento ad applica-zioni a varie scale, in ambito urbano ovvero in aree ad esso limitrofe, per la definizione del substrato geologico, la quantificazione di processi geologici in atto e l’identificazione di strutture nell’im-mediato sottosuolo.
Studio geofisico del sottosuolo di territori metropolitani
La struttura geologica sepolta del vasto territorio della città di Roma è stata indagata utiliz-zando i valori di gravità della Banca Dati del Servizio Geofisica, dalla cui elaborazione é stata generata la mappa delle Anomalie di Bouguer per densità 1,9 g/cm3 (Figura 1), valore rappre-sentativo della densità media delle formazioni affioranti nel territorio.
L’indagine ha consentito una ricostruzione attendibile degli andamenti strutturali al di sotto della copertura alluvionale del Tevere e delle coltri piroclastiche dei Colli Albani e dell’apparato Saba-tino. L’elemento predominante nell’assetto del sottosuolo della città è la netta struttura di massimo gravimetrico che a partire dal settore centro-settentrionale (in località “Tor di Quinto”) si estende fino al settore meridionale, nell’area della Appia Antica – Tomba di Cecilia Metella, evidenziando altrettanto nette dicontinuità trasversali NE-SW. A questa struttura succede a NE un’ampia depressione gravimetrica (Casal Boccone- Valle dell’Aniene) che all’altezza della loca-lità “La Rustica” assume un orientamento E-W. L’assetto geologico del sottosuolo desunto dall’ana-lisi gravimetrica e le informazioni ricavate dal rilevamento geologico e da studi stratigrafico-strut-turali presentano una concordanza sull’assetto profondo del substrato pliocenico; ad esempio la valle tettonica del Paleotevere corrisponde con la depressione gravimetrica della valle dell’Aniene. Esistono inoltre indicazioni su una possibile riattivazione di antiche linee di faglia da parte della tettonica estensionale quaternaria, talora con inversione del verso del rigetto. L’analisi gravi-metrica ha anche messo in luce una stretta correlazione tra strutture gravimetriche e depositi sedimentari con livelli e/o banchi travertinosi, possibile indice di settori interessati dalla risalita di fluidi profondi.
Quantificazione e analisi di movimenti superficiali e profondi
Le deformazioni del suolo e del sottosuolo nelle aree antropizzate, per il loro diretto riflesso sul tessuto urbano, costituiscono un target di particolare valenza, che va indagato con metodologie adeguate al contesto logistico ed in generale ispirate a filosofie di “monitoraggio”, con partico-lare preferenza per le tecniche di acquisizione in continuo dei parametri sensibili. L’attività di monitoraggio può essere applicata, ad esempio, al controllo di movimenti in aree in dissesto o affette da fenomeni di subsidenza, oppure a supporto di interventi urbanistici e di riqualificazione ambientale per accertarne l’effettiva interazione con il contesto urbanizzato. La progettazione di un sistema di monitoraggio diviene un elemento sensibile, in relazione alla scelta delle stru-mentazioni e delle modalità di rilievo più idonee a garantire l’accuratezza delle misure ed una piena affidabilità del sistema nel suo operare in ambiente urbano. Le diverse tecniche di moni-toraggio, basate ad esempio sull’impiego di stazioni totali robotizzate, GPS, livellazione di alta precisione, fotogrammetria, laser scanner, telerilevamento, usate anche in combinazione tra loro e integrate con l’utilizzo di sensori geotecnici per i parametri idraulici, meccanici e deformativi del sottosuolo, consentono di determinare il modello delle deformazioni del complesso suolo-sotto-suolo.
Una delle principali problematiche legate all’espansione urbanistica in aree a costituzione geolo-gica recente è il fenomeno della subsidenza. In tali aree sono frequenti, infatti, fenomeni di cedi-mento differenziale che coinvolgono singoli fabbricati o interi quartieri. All’interno dell’area metro-politana di Roma, alcune zone sono storicamente conosciute per le condizioni di precaria stabi-lità di molti edifici. Il controllo delle deformazioni del suolo e degli effetti sul tessuto urbano richiede quindi, in queste aree, il concorso di molteplici metodi di misura. Nell’ambito del Programma 144
Urbanistico di Sostituzione Edilizia e Riqualificazione Urbana avviato dal Comune di Roma, il Servizio Geofisica ha progettato e reso operativo un sistema di monitoraggio dei movimenti del suolo-sottosuolo e di alcune strutture nell’area di Viale Giustiniano Imperatore, sede del delicato inter-vento urbanistico. Il monitoraggio è teso a determinare il tasso di subsidenza naturale (Figura 2) e le eventuali deformazioni sugli edifici. Il Sistema progettato è costituito da una rete di moni-toraggio in continuo, composta da una Stazione Totale Robotizzata e alcuni sensori inclinome-trici di alta precisione installati su fabbricati, integrata da una rete di livellazione di alta preci-sione, da alcune verticali inclinometriche ed infine da una rete di assestimetri e piezometri in acquisizione continua (progettata e gestita dal Dip. Scienze Geologiche dell’Università di RomaTRE), con controllo topografico della testa delle strumentazioni.
Figura 2 – Progetto Giustiniano Imperatore (Roma): cedimenti del suolo misurati lungo il circuito di livel-lazione di alta precisione. Le massime velocità si registrano in corrispondenza dell’asse della paleo valle del Fosso di Grotta Perfetta.
Nel caso del monitoraggio di aree intensamente urbaniz-zate e interessate da strut-ture tettoniche attive, quale ad esempio le pendici del versante orientale Etneo (Figura 3), la metodologia GPS (Global Positioning System) costituisce un effi-cace metodo di rilievo per la determinazione e lo studio di movimenti del suolo. Essa ha il vantaggio di non richiedere la visibilità diretta tra stazioni e di poter essere usata anche in condizioni meteorologiche
Figura 3 – Schema della rete SiorNet.
sfavorevoli, laddove non vi sia la presenza di ostacoli in grado di occultare la volta celeste. La rete SiorNet, operativa dal 2005, si estende in un settore ove un sistema di faglie capaci si sviluppa in aree urbane. Le due strutture tettoniche monitorate (faglie di S. Tecla-Linera e Acica-tena) sono affette da movimenti estensionali con probabile componente laterale destra e si atti-vano in concomitanza di eventi sismici o, talora, sono caratterizzate da deformazioni lente di natura asismica, come confermato dai dati del primo periodo per la faglia di Acicatena, dove è stato registrato un tasso di deformazione pari a circa 1 cm/y.
Il monitoraggio può quindi fornire uno stru-mento utile, in gene-rale, alla pianificazione territoriale e, in parti-colare, alla valutazione dell’impatto dei feno-meni deformativi sulle infrastrutture. La medesima metodologia di monitoraggio può essere utilizzata anche nel caso di fenomeni franosi. Ad esempio una rete GPS perma-nente è stata proget-tata e realizzata nella periferia est della città di Potenza con l’obiettivo di controllare una vasta area in frana su argille varicolori, che coinvolge una porzione periferica dell’abitato e importanti infrastrutture (SS 407 Basentana e la linea ferroviaria Potenza-Metaponto), e che potrebbe anche determinare in caso di parossismo l’eventuale sbarramento del fiume Basento.
Nello studio delle deformazioni superficiali e profonde anche le tecniche di telerilevamento sono divenute di uso comune, ad integrazione di quelle sin qui descritte, permettendo un controllo delle deformazioni di aree anche molto estese.
Tra queste, l’interferometria satellitare differenziale, utilizzando la variazione del valore di fase delle immagini SAR (Syntetic Aperture Radar), permette di generare mappe di deformazione con precisione centimetrica/millimetrica della zona di interesse a partire da dati radar acquisiti da una serie di passaggi consecutivi. Pur necessitando di opportuna validazione, i dati di deforma-zione così ottenuti si dimostrano un utile strumento per valutazioni semi-quantitative anche a scala regionale. Le tecniche interferometriche più sofisticate (p.es. PSInSAR™) consentono di individuare singoli punti di misura sul terreno che, una volta identificati, permettono di control-lare con precisione millimetrica le deformazioni del suolo di intere aree metropolitane (Figura 5) fino alla scala delle singole opere civili (edifici, ponti, lifelines).
Figura 4 – Rete GPS Potenza est: spostamenti registrati dalle stazioni perma-nenti e non permaperma-nenti. Nel primo periodo, di circa 18 mesi, gli spostamenti massimi registrati sono stati di circa 5-6 cm.
Figura 5 – Applicazione dell’analisi di dati PSInSAR all’area del delta tiberino elaborati nell’ambito del progetto GMES-“Terrafirma”. I PS di colore rosso rappresentano punti in abbassamento lungo la LOS con velocità fino a 25,7 mm/anno
Identificazione di strutture sepolte nell’immediato sottosuolo
Il sottosuolo delle grandi metropoli sta assumendo sempre di più un ruolo chiave in un’ottica di trasformazione urbanistica. Nel caso di Roma, eccellente esempio di città evolutasi con sovrap-posizione verticale di insediamenti successivi, il sottosuolo ha spesso rappresentato una risorsa indispensabile per la nascita e lo sviluppo dell’antica forma urbis, ma nelle epoche più recenti esso costituisce un vincolo per lo sviluppo di reti di servizi e trasporti e un potenziale elemento di rischio. La presenza di cavità e cunicoli sotterranei o di preesistenze archeologiche sepolte rientra nella casistica dei “vincoli” attesi per la programmazione delle opere; la loro distribu-zione ed estensione risulta più facilmente stimabile con l’uso di prospezioni indirette non inva-sive. Un esempio di studio effettuato integrando l’utilizzo di più metodologie è rappresentato dalle indagini eseguite presso il Mausoleo di Cecilia Metella, per l’individuazione di cavità nell’im-mediato sottosuolo (Figura 6).
Figura 6. Integrazione di metodi elettrici e microgravimetrici per l’ individuazione di cavità sulla Via Appia Antica, presso il Complesso Monumentale della Tomba di Cecilia Metella e Castrum Caetani (collaborazione con la Soprintendenza Archeologica di Roma – Laboratorio geologico-cartografico e di foto interpretazione).
L’analisi combinata dei risultati ha permesso di identificare anomalie resistive riconducibili alla presenza di vuoti nel sottosuolo a una profondità di qualche metro dalla superficie ed ubicati proprio ai limiti del Complesso, mentre l’anomalia resistiva individuata allo spigolo settentrio-nale del Mausoleo è stata discriminata dal metodo microgravimetrico non come effetto della esistenza di una cavità, ma come un aumento locale della densità del sottosuolo, causato dalle fondamenta del manufatto.
La presenza di strutture murarie sepolte, oltre che di cavità e cunicoli sotterranei, può essere investigata anche attraverso l’utilizzo di georadar (GPR) basata sull’emissione nel sottosuolo, a brevissimi intervalli di tempo, di impulsi elettromagnetici con misurazione e registrazione dell’energia riflessa da strati e/o volumi aventi differenti proprietà dielettriche. Il deciso contrasto di impedenza tra le litologie inglobanti ed i materiali da costruzione consente spesso di individuare l’esistenza di strutture archeologiche sepolte come indicato in Figura 7.
Figura 7. Radargramma relativo ad una indagine finalizzata all’individuazione di strutture archeologiche sepolte, ipotizzate sulla base dello studio della fotografia aerea.
Conclusioni
Il crescente livello di urbanizzazione del territorio, esemplificato in questa rassegna di applicazioni geofisiche dall’espansione di grandi aree metropolitane così come di centri minori, nonché da inter-venti di riqualificazione urbanistica, è destinato ad impattare sempre di più con equilibri geoambien-tali delicati e complessi, dove alcune componenti del sottosuolo (struttura geologica, strutture antro-piche, preesistenze archeologiche) possono costituire dei vincoli agli interventi o addirittura confi-gurare dei rischi. Le applicazioni geofisiche e geodetiche oggi supportano con notevole successo le fasi decisionali che accompagnano i progetti di sviluppo e recupero in contesti urbanizzati o progetti di protezione civile per la salvaguardia di interi centri abitati e lifelines: gli esempi riportati sinteti-camente in questa nota dimostrano come le informazioni ottenibili con l’utilizzo congiunto delle varie tecniche siano in costante aumento ed altamente affidabili, grazie all’utilizzo di sistemi di misura inno-vativi e all’avanzamento del livello tecnologico-strumentale. E’ tuttavia necessaria di volta in volta, una attenta valutazione delle potenzialità e dei limiti delle singole metodologie per giungere ad un loro impiego, adeguato alle differenti problematiche e scale di indagine, e soprattutto ad una combi-nazione dei metodi che non sia una mera sommatoria di applicazioni ma una effettiva integrazione delle varie tecniche applicabili per una caratterizzazione esaustiva dei fenomeni in osservazione. Nota: i casi presentati sono stati studiati con il contributo, per le attività di rilevamento, di: Vullo Francesco e Lucidi Amedeo (rilievi topografici), Pulcinelli Claudio e Matarazzo Domenico. 148
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