La liquefazione in Emilia: ulteriori dettagli sul fenomeno, il parere degli esperti

MeteoWeb
La carta dei valori di PGA fornita dall’INGV per tutto il territorio nazionale

Sullo spunto delle sollecitazioni lanciate sulle pagine di Meteo Web da alcuni cittadini emiliani (Terremoto, che sta succedendo in Emilia Romagna? Il suolo sembra “vuoto” e le case è come se “galleggiassero”…) e sulla base dei fondamentali scritti della Prof.ssa Teresa Crespellani, autorevole docente di Ingegneria Geotecnica Sismica presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Firenze, il geologo Giampiero Petrucci delinea un quadro ulteriore sui fenomeni di liquefazione verificatisi in corrispondenza del recente terremoto in Emilia.

Definizione. La liquefazione è un particolare effetto di sito che amplifica localmente gli sviluppi di un terremoto ma può esplicarsi soltanto quando si verificano contemporaneamente alcuni fattori principali:

  • un sisma di magnitudo superiore a 5.5, con durata della scossa di almeno 10-15 secondi, in una zona caratterizzata da un PGA (Peak Ground Acceleration, picco di accelerazione al suolo) maggiore di 0.15g. Il PGA è, come recita la sua definizione ufficiale, “l’accelerazione del terreno su un suolo rigido e pianeggiante che ha una probabilità del 10% di essere superata in 50 anni”. L’INGV ha fornito una carta del PGA per l’intero territorio nazionale
  • presenza nei primi 15 metri di profondità di terreni incoerenti, in particolare sabbie fini, geologicamente recenti, granulometricamente uniformi, abbastanza porose e poco addensate
  • la falda acquifera prossima al piano di campagna, con terreni quindi che possono saturarsi rapidamente

In queste situazioni le scosse sismiche alterano fortemente l’equilibro del terreno sabbioso in cui si annulla la resistenza al taglio cioè la capacità di sopportare sforzi che nei terreni incoerenti (quali appunto sabbie e limi) è dovuta esclusivamente all’attrito tra i singoli granuli. In pratica viene superato il cosiddetto limite di rottura e si riduce drasticamente la capacità portante del terreno che si fluidifica ovvero tende a comportarsi come un liquido od una massa viscosa. L’acqua risale velocemente fino alla superficie, quasi ribollendo. Esiste un esempio pratico per capire meglio la liquefazione: provate a mettere in un secchiello sabbia molto bagnata, lasciatela riposare qualche secondo in modo che raggiunga un certo equilibrio. Poi scuotete il secchiello ripetutamente: vedrete l’acqua arrivare a giorno. D’altra parte le aree geomorfologiche più a rischio liquefazione sono proprio spiagge, paludi, pianure alluvionali, aree di bonifica, letti di fiume e paleoalvei ovvero quelle zone dove abbondano i terreni incoerenti. Un ultimo aspetto importante da segnalare: la distanza dall’epicentro non mette in sicurezza nessun luogo. Si sono infatti notati fenomeni di liquefazione anche a 40-50 km dall’epicentro e, in terremoti di magnitudo particolarmente elevate, anche fino a 100 km.

L’idrografia di superficie lungo il corso terminale del Po in una vecchia mappa del XVII secolo. Si noti quanto ampie fossero le zone ancora paludose

Tipologie ed effetti. Gli studiosi hanno identificato tre tipi diversi di liquefazione. La liquefazione ciclica si verifica in condizioni di “campo aperto” (free field) ed è la meno dannosa perché al massimo può produrre soltanto l’emergenza della falda freatica. La mobilità ciclica causa deformazioni permanenti anche di grave entità. La fluidificazione produce i danni più rilevanti, con scorrimenti del terreno. Le manifestazioni della liquefazione, classificate a livello internazionale, sono molteplici. Tra le più caratteristiche i vulcanelli, con eruzione dal sottosuolo, formazione di crateri e fuoriuscite di acqua e sabbia. Altri aspetti importanti gli abbassamenti ed i sollevamenti del terreno (spesso differenziali) oppure il cosiddetto lateral spreading ovvero un movimento orizzontale del terreno. Comunque gli effetti più pericolosi sono quelli che si verificano in corrispondenza degli edifici e che possono portare al galleggiamento delle costruzioni e, nei casi più estremi, al loro collasso. Tuttavia i danni provocati dipendono soprattutto dalle caratteristiche costruttive degli edifici: a parità di condizioni, più sono alti, asimmetrici e dotati di fondazione a platea o di cantine e più possono subire effetti devastanti dalla liquefazione. Esistono casi in cui alcuni edifici hanno resistito benissimo alla scossa sismica, ma hanno subìto gravi danni proprio a seguito della liquefazione del terreno al di sotto delle loro fondazioni. Teoricamente una costruzione per essere completamente al riparo dalla liquefazione dovrebbe avere le sue fondazioni ancorate ad oltre 15 metri di profondità: ciò è possibile soltanto con le fondazioni dette a pali.

La situazione emiliana. L’area interessata dal terremoto del maggio 2012, in particolare la zona da Reggio Emilia a Ferrara, nei millenni è stata oggetto di interventi a salvaguardia del territorio dalle grandi alluvioni del Po e dei suoi affluenti. Negli ultimi 500 anni, a seguito anche di disastri storici (tra cui la Rotta di Ficarolo del 1152 e la rotta della Malopera del 1348), l’idrografia di superficie è stata regimata a più riprese tramite la realizzazione di drenaggi, canali, scolmatori. Poi è intervenuta l’agricoltura, guadagnando spazi sempre più vasti, livellando piccoli dossi ed argini, colmando rami estinti, paleoalvei e paludi. Con la nascita del Regno d’Italia sono state attuate bonifiche vere e proprie che hanno portato alla scomparsa di alcuni rami del Po ed alla progressiva riduzione della cosiddetta Valle Padusa il cui residuo attuale è rappresentato dalle Valli di Comacchio. Il progresso non s’è fermato e su queste “nuove terre”, bonificate o colmate, è stato concesso il permesso di erigere costruzioni, fossero fabbricati industriali, cascinali o piccoli paesi. In tutta questa area il livello della falda acquifera oscilla intorno al metro di profondità: dunque il terreno può facilmente saturarsi ed abbiamo già visto come questa sia una condizione fondamentale per lo sviluppo della liquefazione.

Il Mediterraneo ed i confini tra le placche tettoniche, evidenziati dalle linee nere. Si noti la placca africana che si insinua su quella europea proprio in corrispondenza della Pianura Padana

Sismicità storica Pianura Padana ed Emilia. Dichiarare, come abbiamo sentito in occasione del terremoto emiliano di maggio, che la Pianura Padana non è sismica, significa stravolgere la realtà. Classificare i comuni emiliani (Mirandola, San Felice sul Panaro, ecc.) in classe 3 dal punto di vista del rischio sismico, significa aver probabilmente sottovalutato certi fenomeni storici, soprattutto gli effetti di sito come la liquefazione. La storia sismica della Pianura Padana, ancorché difficile da puntualizzare nel dettaglio, è nota da tempo e non mancano fenomeni di rilievo. Antico mare durante il Pliocene, l’immensa pianura rappresenta in pratica il margine più avanzato della placca africana che si infila al di sotto (in subduzione come si dice in termini scientifici) della placca europea, generando così terremoti causati proprio da questo scorrimento reciproco.

Per valutare nel dettaglio la storia sismica dell’Emilia-Romagna, si rimanda ad alcuni nostri precedenti approfondimenti: Perchè l’Italia trema? Sismologia storica italiana, i terremoti nell’antichità, Verona 1127 e la cronologia dei terremoti con M>5.5 e Esclusiva MeteoWeb: tutti i terremoti con magnitudo superiore a 5.5 della storia d’Italia. Pare necessario tuttavia ricordare i principali episodi padani. Il primo grande evento accertato, sicuramente catastrofico al punto da essere considerato il più grande sisma mai verificatosi nel Nord Italia, è del 1117: epicentro nei pressi di Ronco Adige, causò gravissimi danni a Verona, Cremona, Padova, Modena, Milano. Stimate almeno ventimila vittime. Nel 1222 fu il bresciano ad essere devastato, nel 1501 un sisma con epicentro nei pressi di Maranello provocò crolli ingenti a Modena dove venne pure parzialmente abbattuta la torre del palazzo comunale (da allora detta appunto “torre mozza”). Nel 1570 una lunga sequenza sismica colpì Ferrara e la zona circostante: la scossa principale, di magnitudo stimata intorno a 5.5, danneggiò il 40% degli edifici della capitale estense, in particolare la porzione medievale della città. Durante questo evento furono segnalati diversi episodi di liquefazione, nella stessa Ferrara, a Ficarolo e Boara. Liquefazione che tornò nel 1624 quando un terremoto di magnitudo 5.5 devastò la cittadina di Argenta, provocando pure uno tsunami nella Valle Padusa già precedentemente menzionata. Infine nel 1796 la porzione centro-orientale dell’Emilia fu interessata da un sisma di magnitudo 5.6, con epicentro nei pressi di Portonovo, che causò diversi crolli a Ferrara, Medicina, Bologna e Colognola. Dunque non mancano eventi significativi, ben noti e descritti nei vari cataloghi sismici, similari a quello del maggio 2012: è vero che i terremoti non si possono prevedere, ma certamente si può fare di più dal punto di vista delle prevenzione e soprattutto non sottovalutare gli insegnamenti del passato.

Una delle manifestazioni più tipiche della liquefazione verificatesi durante l’ultimo terremoto del 20 maggio 2012 nel paese di San Carlo: un vulcanello con fuoriuscita violenta di sabbia dal terreno (Foto tratta da “Rapporto preliminare….”, di Crespellani ed altri, op. cit.)

Cosa è accaduto a Mirabello. Assodato dunque che l’Emilia, in particolare la zona al confine tra le province di Modena e Ferrara, è già stata teatro in passato di fenomeni di liquefazione, cerchiamo di capire quanto accaduto a maggio 2012, grazie al preziosissimo contributo di una recente indagine coordinata dalla Prof.ssa Crespellani. Questo lavoro (Rapporto preliminare sui diffusi fenomeni di liquefazione verificatisi durante il terremoto in Pianura Padana Emiliana del Maggio 2012) rappresenta un documento di primaria importanza per chi voglia approfondire la conoscenza della liquefazione ed è reperibile pure online, all’indirizzo http://ambiente.regione.emiliaromagna.it/geologia/temi/sismica/liquefazione-gruppo-di-lavoro.

Certamente la prima scossa del 20 Maggio è stata quella che ha innescato i principali effetti di liquefazione: con Magnitudo intorno a 6.0, durata di circa 10 secondi e con PGA di 0.305 g (sulla componente verticale) possedeva tutte le caratteristiche teoriche adatte. Il luogo in cui il fenomeno ha potuto svilupparsi meglio, per le proprietà litologiche dei materiali presenti e le condizioni geomorfologiche, è risultato Mirabello, situato a circa 15 km dall’epicentro. Lì, come a S. Carlo (altro luogo interessato dalla liquefazione) le evidenze stratigrafiche del passato (legate all’escavazione di pozzi e ad alcuni sondaggi) hanno mostrato la presenza di sabbie fini limose, con intercalazioni argillose, nei primi metri di profondità. La falda freatica è risultata superficiale, ad una profondità non superiore ai due metri, grazie anche alle abbondanti precipitazioni dei mesi precedenti. Condizioni dunque teoricamente perfette per la liquefazione e difatti i fenomeni si sono esplicati in maniera notevole, trasformando il paesaggio come se, invece che da un terremoto, fosse stato sconvolto da un’alluvione, con il fango grigio ad invadere cantine e piani terreni delle abitazioni. Ciò anche perché Mirabello è stato costruito sul paleoalveo del fiume Reno ovvero sul vecchio percorso del fiume prima che questo venisse deviato ed interrato con materiali di riporto. L’area interessata dai fenomeni difatti rientra tra i due vecchi argini del fiume, corrispondenti grosso modo alle attuali vie Argine Postale ed Argine Vecchio, con un allineamento dei siti principali quasi perfetto in direzione NE-SW, in corrispondenza proprio del paleoalveo. Ma si sono verificate differenze sostanziali tra i due argini, anche a distanze di poche decine di metri. Se in corrispondenza della vecchia sponda destra sono state notate soprattutto evidenze di lateral spreading (verso l’interno dell’alveo) e nessuna fuoriuscita di materiale, sulla sponda sinistra gli effetti sono stati ben più marcati: dai pozzi esistenti è uscita sabbia in abbondanza. Una sabbia con caratteristiche litologiche ben specifiche (grigia, fine e finissima, debolmente limosa) e che è giunta in superficie pure tramite appariscenti vulcanelli. Ciò a testimonianza di come la liquefazione sia un fenomeno particolarmente puntuale e che possa provocare effetti diversi anche a distanza di pochi metri. Da nessuna parte invece sono stati individuati fenomeni di fluidificazione al di sotto degli edifici che generalmente mostrano cedimenti uniformi e senza nessun ribaltamento. Dunque, in sintesi, una liquefazione verificatasi perfettamente in linea con le teorie più note, praticamente da manuale, esaltata dalle condizioni locali (in cui l’uomo ha fatto la sua parte) ed alla quale i vari edifici hanno risposto in maniera diversa a seconda delle loro caratteristiche costruttive. Un esempio da studiare attentamente, che può insegnare moltissimo al fine di non ripetere gli errori del passato.

E adesso cosa fare? Il problema, a Mirabello come in tutta l’area terremotata, non è certo risolto. Abbiamo visto in un recente articolo apparso su MeteoWeb (Terremoto, che sta succedendo in Emilia Romagna? Il suolo sembra “vuoto” e le case è come se “galleggiassero”…) come i cittadini emiliani siano ancora fortemente preoccupati da una situazione che migliora con esasperante lentezza e mantiene una forte aleatorietà, con edifici che sembrano ancora galleggiare, con anomale sensazioni di vuoto al di sotto delle abitazioni, con vibrazioni molto più forti al passaggio di automezzi pesanti nelle strade. Adesso probabilmente arriva la parte più difficile ed impegnativa, non solo per le popolazioni ma anche per gli scienziati e le autorità civili. Siamo di fronte ad una sfida senza pari cui si deve rispondere mostrando serietà, competenza, attenzione massima alle esigenze del territorio e dei cittadini in cerca di risposte e sicurezza. Sono necessari interventi mirati ed indagini accurate. Tra queste certamente sondaggi profondi, carotaggi, prelievo di campioni da analizzare nel laboratorio geotecnico in modo da verificare tutti i parametri atti ad approfondire la Risposta Sismica Locale. Approfondire dunque, come probabilmente mai fatto prima, le conoscenze litologiche, stratigrafiche, geomeccaniche, geotecniche e sismologiche dei terreni presenti. Ma non si devono limitare le indagini al terreno. Anche gli edifici devono essere sottoposti ad un’attenta verifica, statica e dinamica, in funzione delle loro caratteristiche strutturali e costruttive, con particolare attenzione per le fondazioni ed il terreno su cui poggiano. Un lavoro interdisciplinare in cui ingegneria, architettura, geotecnica e sismica devono sposarsi per rivedere nell’area emiliana la microzonazione sismica, perfetto strumento conoscitivo del territorio e non sempre eseguito a dovere nel nostro paese (Perché l’Italia trema? Cause e rimedi dei terremoti che affliggono il nostro paese). Fino a due mesi fa la liquefazione sembrava un fenomeno teorico ed oscuro, quasi un capriccio accademico, che si verificava in posti lontani ed esotici come Cina e Giappone, nonostante pure nel terremoto dell’Irpinia del 1980 avessimo avuto manifestazioni del tutto riconducibili ad essa. Invece adesso, finalmente, tutti sanno che può svilupparsi anche a casa nostra e che in Italia le aree a rischio-liquefazione sono molteplici e distribuite arealmente in pratica su tutto il territorio nazionale. Appare dunque quanto mai necessario, soprattutto in Emilia ma anche altrove, un insieme di indagini interdisciplinari atte alla verifica, o meglio alla riverifica, puntale del territorio in modo da salvaguardare cittadini ed opere murarie. Il futuro ci dirà se l’Emilia rientrerà, come troppi altri posti nel nostro paese, nel triste elenco delle opportunità perdute.