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Gli effetti dei terremoti sulla superficie terrestre: deformazioni e liquefazioni

Quando avviene un terremoto si producono degli effetti, ad esso correlati, definiti cosismici, primari e secondari.  Gli effetti primari sono le deformazioni istantanee e permanenti del suolo, dette cosismiche, che sono limitate all’area di esposizione della faglia sismogenetica (che ha generato il sisma). L’entità della deformazione dipende dalla cinematica (movimento) della faglia, dalla sua dimensione e geometria, e dalla magnitudo del terremoto generato. Queste deformazioni generano sollevamenti, subsidenze e spostamenti orizzontali. Quando sono associate a faglie profonde e dunque cieche (il piano di rottura non interseca la superficie terrestre e non si ha fagliazione superficiale) producono deformazioni a scala regionale. Le infrastrutture a rete, trasporti e telecomunicazioni, sono particolarmente soggette a danneggiamento nei casi sopracitati. Anche lo Tsunami è una conseguenza diretta delle deformazioni cosismiche; quando esse si manifestano nei fondali marini, generano onde con grandi lunghezze d’onda che viaggiano velocissime verso la costa. Arrivate in prossimità di quest’ultima, diminuendo la velocità a causa dell’attrito col fondale, aumentano in altezza e si infrangono sulla zona costiera con feroce potenza (Fig.1).

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Fig.1 Rappresentazione schematica

dell’evoluzione di uno Tsunami

Gli effetti secondari sono invece i fenomeni indiretti indotti dallo scuotimento della superficie terrestre. Lo scuotimento si relaziona ai vari tipi di vibrazione prodotti dalle differenti onde sismiche. Le costruzioni basse sono più sensibili alle vibrazioni ad alta frequenza associate alle onde di volume P e S, le costruzioni alte sono più sensibili a quelle a bassa frequenza delle onde di superficie. Le onde S e superficiali procurano più danni agli edifici in quanto questi sono più suscettibili ai movimenti orizzontali (quindi di taglio) che a quelli verticali.

Lo scuotimento della superficie provoca non solo danni alle infrastrutture ed agli edifici, ma può provocare frane, smottamenti e fenomeni di liquefazione.

La liquefazione ha destato molta curiosità dopo il terremoto in Emilia del 2012, quasi come se prima non se ne fosse a conoscenza. E’ un fenomeno per il quale la solidità di un terreno viene ridotta a causa dello scuotimento improvviso del suolo. Si verifica in terreni incoerenti o poco coerenti a granulometria uniforme, consolidati e saturi d’acqua. Sono solitamente terreni depositatisi nell’Olocene, quindi recenti, in strati non troppo spessi e in cui sia presente una falda abbastanza superficiale. Si trovano in corrispondenza di letti fluviali (come in Pianura Padana), spiagge o altre zone di accumulo di sabbie. Le sollecitazioni indotte nel terreno, derivanti dal terremoto, producono un aumento delle pressioni interstiziali (la pressione dell’acqua nelle terre) e una riduzione della coesione tra i granuli di terra che conseguentemente si allontanano tra loro. Gli edifici costruiti al di sopra di un terreno soggetto a liquefazione possono subire ribaltamenti o affondare, senza danni alla struttura, perché vi è una perdita della forza portante del terreno (non riesce più ad opporsi al peso sovrastante).

Il cedimento del terreno può avvenire anche per espansione laterale. Se un livello di terreno liquefatto soggiace a dei blocchi di terreno, questi possono muoversi lateralmente provocando ingenti danni alle infrastrutture (soprattutto ponti), ove presenti. L’espansione laterale può verificarsi in zone con lievissime pendenze ed ha solitamente un’estensione di 3-4 metri. Se lo scuotimento è prolungato o le pendenze sono maggiori di 3°, il movimento del suolo può svilupparsi per molti metri, a gran velocità, formando fratture e scarpate.

Un fenomeno che molto spesso si associa alla liquefazione è la formazione dei vulcanelli di sabbia (vedi Fig.2).

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 Fig.2 Formazione dei vulcanelli di sabbia (da www.enea.it)

Le sabbie liquefatte, sotto l’effetto del carico sovrastante, si incanalano negli strati di terra sovrastanti e, attraverso fratture, salgono in superficie formando i cosiddetti vulcanelli.

IMMAGINE IN EVIDENZA (Perdita di portanza di fabbricati durante il terremoto di Niigata in Giappone – 1964)