PRIN 2004 - Tsunami da frana | Politecnico di Bari

PRIN 2004 - Tsunami da frana

Onde di maremoto generate da frane in corpi idrici: meccanica della generazione e della propagazione, sviluppo di modelli previsionali e di sistemi di allerta in tempo reale basati su misure mareografiche (PRIN04)

Il progetto, finanziato con fondi del Ministero dell'Università e della Ricerca, è stato coordinato dal Prof. Paolo De Girolamo dell'Università dell'Aquila. L'esperimento era volto a riprodurre onde generate da frane che scivolano lungo il fianco di un'isola conica che nel loro percorso si propagano sia verso il mare aperto che lungo la linea di costa.

Coordinatori

Coordinatore Nazionale:
- Prof. Paolo De Girolamo (Università dell'Aquila)

Coordinatori Locali:
- Prof. Leopoldo Franco (Terza Università di Roma)
- Prof. Antonio Felice Petrillo (Politecnico di Bari)
- Prof. Paolo Sammarco (Università di Roma "Tor Vergata")

Il caso di studio

Il caso di studio ha preso spunto dall'evento franoso verificatosi presso l'isola di Stromboli (Tirreno meridionale) nel Dicembre 2002.
Durante tale evento, che ebbe principio dal distacco di una massa franosa di 18 mc che scivolò lungo il fianco del vulcano nella zona chiamata "Sciara del Fuoco", si generarono onde che si propagarono lungo la costa dell'isola stessa e che provocarono ingenti danni ai manufatti.
Lo scivolamento in acqua di masse di notevoli dimensione può, innescare onde di tsunami che si propagano sia verso il largo che lungo la costa:

Onde libere, si propagano offshore

Propagazione offshore onde

Onde di edge, si propagano lungo la costa

Propagazione edge wave

Le fasi di generazione-propagazione-inondazione che scaturiscono da tali eventi non possono essere trattate in maniera separata. Gli esperimenti descritti mirano pertanto a riprodurre onde generate direttamente sul fianco di un'isola conica e a misurare sia le ripercussioni sulla linea di costa che le onde irradiate. I risultati possono essere utilizzati come punto di riferimento per modelli teorici e numerici, inoltre, possono essere considerati anche di interesse pratico in quanto consentono di ricavare informazioni circa la velocità e l'altezza del run-up intorno all'isola, un punto cruciale per la preparazione di mappe di evacuazione e per l'allestimento di sistemi di early warning.

Le attività di ricerca

Le attività, di ricerca sono state svolte da tre unità operative:

unità operativa dell'Università dell'Aquila
unità operativa dell'Università di Roma Tre
unità operativa dell'Università del Politecnico di Bari

Presso l'unità operativa dell'università dell'Aquila sono stati eseguiti alcuni esperimenti in vasca atti alla comprensione del fenomeno di generazione delle onde di tsunami a seguito del verificarsi di un evento franoso. In particolare è stata costruita una spiaggia piana a pendenza costante lungo la quale è stato rilasciato un corpo di frana avente la forma di un semielissoide; sono state quindi misurate le onde generate sia al largo che lungo la spiaggia stessa attraverso sonde resistive appositamente costruite.

I dati acquisiti dagli esperimenti realizzati, sia presso l'università dell'Aquila che presso il LIC di Bari, sono serviti come base per lo sviluppo di modelli numerici realizzati dal team dell'Università di Roma Tre in grado di descrivere, con buona approssimazione, sia il campo lontano che quello vicino al punto di impatto della frana in acqua. Lo sviluppo di questi modelli, tra le altre cose, potrebbe essere utile ad istituzioni quali la Protezione Civile per la messa a punto di sistemi di allerta tsunami.

La ricerca al LIC

Gli esperimenti realizzati presso il Laboratorio sono stati effettuati utilizzando un modello di isola conica posto all'interno di una vasca di 30 m di lunghezza, 50 m di larghezza e 3,0 m di altezza, con una profondità massima di 0,8 m.
Fogli di PVC sostenuti da barre di acciaio rappresentano una spiaggia impermeabile con pendenza di 1:3, molto simile al fianco "Sciara del Fuoco" dell'isola di Stromboli. L'isola di forma conica possiede un raggio, a livello del suolo, di 4,5 m. Il modello rappresenta l'isola di Stromboli con un fattore di scala 1:1000.

Una serie di 22 sonde sono state usate per misurare l'elevazione istantanea della superficie all'interno del serbatoio. Inoltre, sono state poste 16 sonde per il run-up incorporate nella calotta di PVC in grado di misurare lo spostamento istantaneo della linea di costa.

La frana era rappresentata da un corpo rigido ellittico in vetroresina (lunghezza 0,8 m, larghezza 0,4 m, altezza massima 0,05 m). Il grave è dotato di un accelerometro che viene utilizzato per ricostruire il movimento.

Gli esperimenti sono stati eseguiti in modo tale da mantenere costanti le proprietà della frana (densità e forma), cambiando, invece, la profondità dell'acqua (range da 0,60 m a 0,80 m) e l'altezza del punto di caduta (range da 0,30 m fino a 0,6 m) misurata come la distanza lungo il versante tra la parte inferiore della frana nella sua posizione iniziale e la linea di costa indisturbata). E' importante sottolineare che la profondità dell'acqua è stata variata, anche, al fine di modificare il raggio del litorale indisturbato da 2,10 m sino a 2,6 m. le serie temporali derivate dalle sonde di run-up e offshore sono state analizzate al fine di individuare il massimo run-up lungo la costa e le proprietà delle onde che si irradiavano off-shore. Va sottolineato che le dimensioni della vasca hanno permesso di misurare il run-up prima che le pareti riflettessero le onde e pregiudicassero così le misure della serie temporale.

Dall'analisi delle serie temporali collezionate si osserva che:

le onde dispersive si propagano lungo la costa, anche se in acque molto basse;
l'ampiezza della prima onda è molto piccola (anche se sono state riprodotte solo frane aeree) e la lunghezza d'onda può essere grossolanamente stimata in 6 volte l'ampiezza della frana (2,4m);
il run-up non sembra essere influenzato dall'energia della frana, almeno, all'interno dei range sperimentati di altezza di caduta del grave, invece, si rileva che più alto è il raggio della linea di costa indisturbata, più alto è il runup (il fenomeno raggiunge il suo massimo valore per coste rettilinee, ovvero con il raggio che tende all'infinito).

References

Briggs M. J., Synolakis C. E., Harkins G. S., Green D.R. (1995)- Laboratory experiments on Tsunami runup on a conical island. Pure and Appl. Geophys., 144 (3/4), 569-593.
Di Risio M., Aristodemo F., Petrillo A.F., De Girolamo P., Molfetta M.G., Bellotti G., Panizzo A. - "Tsunamis generated by landslides sliding down a conical island: a new experimental study". Geophysical Research Abstract ETGU General Assembly 2007 Vienna.
Tinti S. Maramai A., Armigliato A., Graziani L., Manucci A., Pagnoni G., Zaniboni F. (2005)- Observations of physical effects from tsunamis of December 30, 2002 at Stromboli volcano, Southern Italy. Bulletin Of Volcanology 68 (5):450-461.