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Liquefazione da terremoto
La liquefazione dei sedimenti è uno dei fenomeni idrogeologici più evidenti che possono essere causati da un terremoto in zone come pianure alluvionali e piane costiere, caratterizzate da importanti spessori di depositi prevalentemente costituiti da sedimenti fluviali (argille, limi e sabbia).
Nei depositi limosi e sabbiosi non consolidati e saturi di acqua (che è incomprimibile), lo scuotimento sismico può causare il trasferimento della pressione dai contatti fra i granuli del sedimento all’acqua interstiziale (presente fra un granulo e l’altro). Quando un simile deposito si trova confinato tra due strati impermeabili (limi e argille ad esempio), la pressione dell’acqua cresce sino a un punto critico sorpassato il quale annulla la pressione tra i granuli e tutto il deposito (sedimento più acqua) si comporta come un fluido ovvero si liquefa (figura 1). Il fenomeno della liquefazione durante lo scuotimento sismico si origina preferibilmente in sedimenti posti tra 1 e circa 10-15 m di profondità. Per sfogare questa pressione in eccesso il deposito liquefatto cerca una via di fuga spingendo verso zone a minore pressione, ovvero verso l’alto, attraverso fratture o condotti, di neoformazione o preesistenti, sia naturali che artificiali (pozzi per l’acqua ad esempio).
In superficie, la liquefazione si manifesta con vulcanetti di sabbia/limo, frequentemente allineati lungo le fratture di risalita. Gli edifici e tutte le opere antropiche (ponti, strade etc.) possono essere danneggiati da tale fenomeno. Infatti, se le fondamenta di un edificio poggiano su uno strato che si liquefa, il sostegno di quel livello viene a mancare (si comporta come un fluido e non più come un solido). Allo stesso tempo anche la sabbia che risale verso la superficie può causare cedimenti e danni ad un edificio sovrastante a seguito della forte pressione esercitata.
I fenomeni di liquefazione sono stati osservati in tutto il mondo a seguito di forti terremoti, dall’Alaska (nel 1964) alla Turchia (nel 1999) sino ai recenti terremoti del 2010 e 2011 di Christchurch, Nuova Zelanda, ed alcuni fenomeni sono documentati nella figura 2.
Anche in Italia sono stati riportati fenomeni di liquefazione a seguito di forti eventi sismici come in occasione del terremoto del 1915 nella piana del Fucino, del 1980 in Irpinia sino all’ultimo terremoto avvenuto a L’Aquila nel 2009, dove vulcani di sabbia liquefatta (figura 3) sono comparsi nella piana del fiume Aterno e sono stati studiati sia in termini di caratteristiche geotecniche (Aydan et al, 2009; Monaco et al., 2011) che per fini paleosismologici e quindi per il riconoscimento e la caratterizzazione di eventi sismici del passato (De Martini et al., 2012).
Anche in occasione del terremoto del 20 e del 29 maggio 2012 numerosi fenomeni di liquefazione (figura 4) hanno interessato larghe porzioni della Pianura Padana.
Dalle relazioni empiriche esistenti sia a scala mondiale (Obermeier, 1996 - Figura 5) che nazionale (Galli, 2000 – Figura 6) la massima distanza attesa per effetti di liquefazione è 40 km dall’epicentro. Sulla base dei dati rilevati finora, le osservazioni riguardanti liquefazione prodotta dal terremoto del 20 maggio sono state rinvenute ad una distanza massima di 25 km. Questo tipo di relazioni ha una chiara rilevanza per le stime di pericolosità da liquefazione.
Poichè la liquefazione è essenzialmente legata alla situazione geomorfologica e stratigrafica locale, può verificarsi ripetutamente e nello stesso sito in occasione di terremoti rilevanti. Su questa base è possibile sviluppare studi sugli eventi di paleoliquefazione per ricostruire una storia sismica al sito verosimilmente più lunga di quella che è possibile ricostruire sulla base del dato storico (De Martini et al., 2012).
Ulteriori immagini fotografiche di effetti di liquefazione e/o fratturazione relative al terremoto in Emilia del mese di maggio 2012 sono visibili al seguente link
Riferimenti bibliografici
AYDAN Ö., KUMSAR H., TOPRAK S. & BARLA G. (2009) - Characteristics of 2009 L’Aquila earthquake with an emphasis on earthquake prediction and geotechnical damage. Journal of the School of Marine Sciences and Technology, Tokai University, 7, 3, 23-51.
DE MARTINI P.M., F.R. CINTI, L. CUCCI, A. SMEDILE, S. PINZI, C. A. BRUNORI AND F. MOLISSO (2012). Sand volcanoes induced by the April 6th 2009 Mw 6.3 L’Aquila earthquake: a case study from the Fossa area, Italian Journal of Geosciences (in stampa).
GALLI P. (2000) - New empirical relationships between magnitude and distance for liquefaction. Tectonophysics, 324, 169-187.
MONACO P., SANTUCCI de MAGISTRIS F., GRASSO S., MARCHETTI S., MAUGERI M. & TOTANI G. (2011) - Analysis of the liquefaction phenomena in the village of Vittorito (L’Aquila) Bull. Earthquake Eng, (2011), 9, 231¬261. DOI 10.1007/s10518-010-9228-0
OBERMEIR S.F., (1996) ¬ Use of liquefaction-induced features for paleoseismic analysis ¬ An overview of how seismic liquefaction features can be distinguished from other features and how their regional distribution and properties of source sediment can be used to infer the location and strength of Holocene paleo-earthquakes. Engineering Geology, 44, 1-76.
Nei depositi limosi e sabbiosi non consolidati e saturi di acqua (che è incomprimibile), lo scuotimento sismico può causare il trasferimento della pressione dai contatti fra i granuli del sedimento all’acqua interstiziale (presente fra un granulo e l’altro). Quando un simile deposito si trova confinato tra due strati impermeabili (limi e argille ad esempio), la pressione dell’acqua cresce sino a un punto critico sorpassato il quale annulla la pressione tra i granuli e tutto il deposito (sedimento più acqua) si comporta come un fluido ovvero si liquefa (figura 1). Il fenomeno della liquefazione durante lo scuotimento sismico si origina preferibilmente in sedimenti posti tra 1 e circa 10-15 m di profondità. Per sfogare questa pressione in eccesso il deposito liquefatto cerca una via di fuga spingendo verso zone a minore pressione, ovvero verso l’alto, attraverso fratture o condotti, di neoformazione o preesistenti, sia naturali che artificiali (pozzi per l’acqua ad esempio).
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| Figura 1 Descrizione schematica che descrive i livelli di liquefazione indotti durante lo scuotimento sismico in rapporto a profondità e shear-stress (da Obermeier, 1996) |
In superficie, la liquefazione si manifesta con vulcanetti di sabbia/limo, frequentemente allineati lungo le fratture di risalita. Gli edifici e tutte le opere antropiche (ponti, strade etc.) possono essere danneggiati da tale fenomeno. Infatti, se le fondamenta di un edificio poggiano su uno strato che si liquefa, il sostegno di quel livello viene a mancare (si comporta come un fluido e non più come un solido). Allo stesso tempo anche la sabbia che risale verso la superficie può causare cedimenti e danni ad un edificio sovrastante a seguito della forte pressione esercitata.
I fenomeni di liquefazione sono stati osservati in tutto il mondo a seguito di forti terremoti, dall’Alaska (nel 1964) alla Turchia (nel 1999) sino ai recenti terremoti del 2010 e 2011 di Christchurch, Nuova Zelanda, ed alcuni fenomeni sono documentati nella figura 2.
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| Figura 2 Esempi di liquefazioni tratti da De Martini et al., 2012 (in stampa) a) le macchie chiare corrispondono a vulcani di sabbia generati durante la sequenza sismica del 1810-1811 nella zona di New Madrid, Missouri, USA (Foto di S.F. Obermeier); b) vulcani di sabbia in un campo coltivato dopo il terremoto del 1979 nella Imperial Valley, California, USA; c) cedimento di un edificio dovuto a fenomeni di liquefazione prodotti dal terremoto del 1999 in Turchia (foto di A. Tertulliani); d) cedimento di numerosi edifici dovuto a fenomeni di liquefazione prodotti dal terremoto del 1964 in Giappone (foto della Collezione K.V. Steinbrugge) |
Anche in Italia sono stati riportati fenomeni di liquefazione a seguito di forti eventi sismici come in occasione del terremoto del 1915 nella piana del Fucino, del 1980 in Irpinia sino all’ultimo terremoto avvenuto a L’Aquila nel 2009, dove vulcani di sabbia liquefatta (figura 3) sono comparsi nella piana del fiume Aterno e sono stati studiati sia in termini di caratteristiche geotecniche (Aydan et al, 2009; Monaco et al., 2011) che per fini paleosismologici e quindi per il riconoscimento e la caratterizzazione di eventi sismici del passato (De Martini et al., 2012).
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| Figura 3 Foto di un vulcanetto di sabbia osservato nelle campagne del paese di Fossa, nella piana del fiume Aterno in occasione del terremoto del 2009 di L’Aquila. In questa area sono stati riconosciuto circa una decina di fenomeni di liquefazione. |
Anche in occasione del terremoto del 20 e del 29 maggio 2012 numerosi fenomeni di liquefazione (figura 4) hanno interessato larghe porzioni della Pianura Padana.
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| Figura 4 Foto di un fenomeno di liquefazione nelle campagne di San Carlo avvenuto a seguito del terremoto del 20 maggio 2012; si noti come i vulcanetti di sabbia siano allineati lungo una frattura e come la sabbia abbia ricoperto le coltivazioni con uno spessore di circa 30 cm (foto del Gruppo Emergeo) |
Dalle relazioni empiriche esistenti sia a scala mondiale (Obermeier, 1996 - Figura 5) che nazionale (Galli, 2000 – Figura 6) la massima distanza attesa per effetti di liquefazione è 40 km dall’epicentro. Sulla base dei dati rilevati finora, le osservazioni riguardanti liquefazione prodotta dal terremoto del 20 maggio sono state rinvenute ad una distanza massima di 25 km. Questo tipo di relazioni ha una chiara rilevanza per le stime di pericolosità da liquefazione.
Poichè la liquefazione è essenzialmente legata alla situazione geomorfologica e stratigrafica locale, può verificarsi ripetutamente e nello stesso sito in occasione di terremoti rilevanti. Su questa base è possibile sviluppare studi sugli eventi di paleoliquefazione per ricostruire una storia sismica al sito verosimilmente più lunga di quella che è possibile ricostruire sulla base del dato storico (De Martini et al., 2012).
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| Figura 5 Relazione tra la Magnitudo momento dei terremoti (Mw) e distanza dall’epicentro degli effetti di liquefazione più lontani da dati globali. La curva separa i terremoti che hanno profondità ipocentrali maggiori o minori di 50 km (da Obermeier 1996) |
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| Figura 6 Relazione tra Ms e distanza dall’epicentro degli effetti di liquefazione per eventi italiani. A per il periodo 1117-1900, B per il periodo 1900-1990 (da Galli 2000). |
Ulteriori immagini fotografiche di effetti di liquefazione e/o fratturazione relative al terremoto in Emilia del mese di maggio 2012 sono visibili al seguente link
Riferimenti bibliografici
AYDAN Ö., KUMSAR H., TOPRAK S. & BARLA G. (2009) - Characteristics of 2009 L’Aquila earthquake with an emphasis on earthquake prediction and geotechnical damage. Journal of the School of Marine Sciences and Technology, Tokai University, 7, 3, 23-51.
DE MARTINI P.M., F.R. CINTI, L. CUCCI, A. SMEDILE, S. PINZI, C. A. BRUNORI AND F. MOLISSO (2012). Sand volcanoes induced by the April 6th 2009 Mw 6.3 L’Aquila earthquake: a case study from the Fossa area, Italian Journal of Geosciences (in stampa).
GALLI P. (2000) - New empirical relationships between magnitude and distance for liquefaction. Tectonophysics, 324, 169-187.
MONACO P., SANTUCCI de MAGISTRIS F., GRASSO S., MARCHETTI S., MAUGERI M. & TOTANI G. (2011) - Analysis of the liquefaction phenomena in the village of Vittorito (L’Aquila) Bull. Earthquake Eng, (2011), 9, 231¬261. DOI 10.1007/s10518-010-9228-0
OBERMEIR S.F., (1996) ¬ Use of liquefaction-induced features for paleoseismic analysis ¬ An overview of how seismic liquefaction features can be distinguished from other features and how their regional distribution and properties of source sediment can be used to infer the location and strength of Holocene paleo-earthquakes. Engineering Geology, 44, 1-76.
