Detection of nanoseismic events related to slope instabilities in the quarry district of Coreno Ausonio (Italy)

Le cave per l’estrazione di materiale roccioso rappresentano contesti in cui possono aver luogo eventi di instabilità gravitativa causati dalle continue sollecitazioni cui sono soggette le pareti produttive, principalmente connesse alle vibrazioni dovute alle esplosioni necessarie alle operazioni di disgaggio. La necessità di gestione del rischio da frana per la salvaguardia del personale impegnato nell’attività estrattiva ha portato, nel tempo, alla richiesta di attivare sistemi di monitoraggio nelle aree di coltivazione mineraria e di cava. Nel presente lavoro il monitoraggio nanosismometrico, una tecnica di geofisica passiva recentemente sviluppata per le indagini di microsismicità, è stato impiegato nel distretto di cave a cielo aperto di Coreno Ausonio (in provincia di Frosinone). Il monitoraggio nanosismometrico consente l’individuazione e la localizzazione di deboli eventi sismici, fino a magnitudo locale (ML) nell’ordine di -3, attraverso l’impiego di quattro sensori sismometrici disposti secondo una specifica geometria di array detta SNS (Seismic Navigation System). Dopo aver individuato una cava in cui erano programmate esplosioni per la volata delle pareti in roccia, nel corso del 2013 sono state organizzate 3 campagne di acquisizione durante tre giornate, pianificate in modo da monitorare l’area in un periodo compreso da qualche ora prima dell’esplosione alle 24 ore successive. Su una parete della cava non più produttiva è stato effettuato un rilevamento geologico-tecnico che ha permesso di individuare 4 principali sistemi di discontinuità e caratterizzarli in termini di giacitura, resistenza, rugosità, apertura, spaziatura e condizioni idrauliche secondo gli standard ISRM (1978). L’analisi di stabilità della parete in esame, tenuto conto della sua orientazione, ha restituito una scarsa propensione ad eventi di instabilità. Analizzando mediante il software NanoseismicSuite i dati sismometrici acquisiti è stato possibile ottenere i “supersonogrammi”, ovvero particolari spettrogrammi auto-adattanti alle variazioni del rumore sismico di fondo, dai quali sono state definite alcune caratteristiche specifiche di forma d’onda per diverse tipologie di eventi. In base ai supersonogrammi, è stato possibile individuare e localizzare 15 esplosioni, di cui 3 provenienti dalla cava di riferimento e 12 da cave adiacenti del distretto, e 27 deboli eventi di instabilità gravitativa, distinti in 23 eventi di collasso e 4 rotture legate alle fratturazione dell’ammasso roccioso. Le 3 esplosioni avvenute nella cava di riferimento, e quindi aventi coordinate di origine nota, sono state utilizzate per calibrare il modello di sottosuolo, successivamente impiegato per localizzare gli altri eventi registrati. Le rotture sono risultate originate in diverse zone del distretto estrattivo, mentre gli eventi di collasso sono stati localizzati in una specifica area e risultano essere avvenuti prevalentemente in un limitato intervallo di tempo a seguito delle 9 esplosioni registrate nella campagna del 26-27 luglio 2013. Non è stato possibile, invece, individuare eventi riconducibili ad instabilità negli orari di attività di cava a causa dell’elevato livello di rumore apportato dagli strumenti per l’estrazione e la lavorazione del materiale roccioso. Si è escluso che gli eventi di collasso fossero riconducibili direttamente all’attività di estrazione sia perché registrati al di fuori dell’orario di lavorazione delle cave sia perché, analizzando l’intera registrazione per intervalli orari, le frequenze tipiche dei macchinari di lavorazione non sono risultate energizzante. La zona di origine è risultata essere un’area nella quale sono stati rinvenuti detrito sciolto costituito da blocchi eterometrici ed una parete non in coltivazione con medesime caratteristiche delle discontinuità rispetto alla parete sulla quale era stato effettuato il rilevamento geologico-tecnico, ma con diversa orientazione. In definitiva, la fase di sperimentazione ha restituito dei risultati di indubbio interesse consentendo di mettere in evidenza alcune limitazioni del monitoraggio nanosismometrico nel contesto preso in esame, in particolare legate all’eccessiva rumorosità registrata nelle ore di attività di cava. La tecnica appare, comunque, un utile strumento di monitoraggio per i fenomeni gravitativi di debole intensità, in grado di contribuire alla gestione del rischio da frana in aree ad elevata attività antropica ed in ambienti naturalmente predisposti ad instabilità gravitative che possono interessare pareti in roccia.Nanoseismic monitoring is a passive geophysical technique used to identify and locate weak seismic events (down to local magnitudes, ML, around -3). This technique was applied in the open-pit quarry district of Coreno Ausonio (central Italy) to detect possible gravity-induced slope instabilities resulting from quarry rock blasting. After identifying an active quarry, an engineering-geological survey was carried out to characterise the jointed rock mass on an abandoned wall in front of the quarry. Four main joint sets were surveyed and their geometric and mechanical properties were measured in order to carry out stability analyses that evidenced scarce proneness to failure of the investigated wall. The analysis of seismic records obtained during three monitoring surveys, performed through the NanoseismicSuite software, made it possible to detect and characterise 15 blasts, of which 3 from the reference quarry and 12 from nearby quarries within the district, as well as 27 weak slope instability events (23 collapses and 4 failures). While failures originated from different areas of the quarry district, collapses occurred in a site characterised by an abandoned quarry having a wall more prone to gravity-induced instabilities than the one previously characterised

Rock mass characterization coupled with seismic noise measurements to analyze the unstable cliff slope of the Selmun Promontory (Malta)

In the Mediterranean area, cliff slopes represent widespread high-risk landforms as they are highly frequented touristic places often interested by landslide processes. Malta represents a significant case study as several cliffs located all around the island are involved in instability processes, as evidenced by wide block-size talus distributed all along the coast line. These diffused instabilities are related to the predisponding geological setting of Malta Island, i.e. the over-position of grained limestone on plastic clay deposits, that induces lateral spreading phenomena associated to falls and topples of different-size rock blocks and is responsible for a typical landscape with stable plateau of stiff rocks bordered by unstable cliff slopes. The ruins of Gƫajn ƪadid Tower, the first of the thirteen watchtowers built in 1658 by the Gran Master Martin de Redin, stand out in the Selmun area. Currently the safety of this important heritage site, already damaged by an earthquake on October 12th 1856, is threaten by a progressive moving of the landslide process towards the stable plateau area. During autumn 2015, a field campaign was realized to characterize the jointed rock mass. A detailed engineering-geological survey was carried out to reconstruct the geological setting and to define the mechanical properties of the rock mass. Based on the surveyed joint spatial distribution, 58 single-station noise measurements were deployed to cover both the unstable zone and the stable area. The obtained 1-hour records were analyzed in the frequency domain for associating vibrational evidences to different instability levels, i.e. deriving the presence of already isolated blocks by the local seismic response. The here presented results can be a useful contribute to begin to asses defense strategies for the Selmun Promontory, in the frame of managing the landslide risk in the study area and preserving the local historical heritage

Perché non mangiamo gli animali. Pratiche alimentari e perfezionamento di sé

Il lavoro esamina l’idea della scelta individuale del vegetarianesimo come una forma di perfezionamento morale del soggetto. L’analisi si articola mostrando contatti e divergenze tra una prospettiva sentimentalista humeana così come delineata nell'ultimo testo di Simone Pollo e una serie di suggestioni provenienti dalla tradizione foucaultiana

Passive seismic investigations for landslide hazard study in rock masses

La valutazione della pericolosità da frana e la gestione del relativo rischio sono sempre stati temi ampiamente studiati nella comunità scientifica data la presenza di insediamenti popolati così come siti turistici e di interesse culturale minacciati da processi di frana. Nell’ultimo decennio, le tecniche geofisiche sono state integrate in approcci multidisciplinari per studiare processi di instabilità gravitativa e progettare sistemi di monitoraggio dedicati alla gestione di infrastrutture. Nella presente tesi di Dottorato di Ricerca, una metodologia sperimentale è stata testata in due casi di ammassi rocciosi coinvolti in fenomeni di frana per valutare quanto gli approcci di sismica passiva possano essere applicati a: i) studiare la suscettibilità da frana e produrre una zonazione della pericolosità da frana; ii) valutare la pericolosità da frana (in termini di probabilità di occorrenza); iii) gestire il rischio da frana. I processi di instabilità gravitativa avvengono a differente scala e in un diverso ambiente naturale nei due casi di studio scelti: i) una falesia rocciosa in ambiente costiero sull’isola di Malta (caso di studio Selmun); ii) un versante roccioso in area montuosa nel Centro Italia (caso di studio Peschiera). La metodologia sperimentale applicata in questa tesi di Dottorato di Ricerca impiega due differenti approcci di sismica passiva: i) analisi di rumore sismico ambientale effettuate con misure a stazione singola; ii) monitoraggio sismometrico operato attraverso sensori in configurazione di array/rete (permanente o temporanea). Il Promontorio di Selmun, situato nella costa Nord-Ovest di Malta (Mar Mediterraneo Centrale), è coinvolto in un processo di frana legato alla successione geologica dell’area: la sovrapposizione di un calcare (roccia rigida) su un’argilla plastica induce un lateral spreading associato a caduta, scivolamento e/o ribaltamento di blocchi rocciosi di varie dimensioni dal bordo della placca di calcare. L’analisi delle misure di rumore sismico ambientale ha permesso di ottenere notevoli risultati riguardo il livello di stabilità delle diverse zone instabili e, quindi, di valutare la loro differente suscettibilità da frana nel quadro di una zonazione di pericolosità da frana. In aggiunta, è stato ottenuto il principale moto proprio di un ampio blocco di roccia instabile ed è stato effettuato nel dominio del tempo uno studio preliminare di specifici parametri di misure di rumore sismico ambientale di lunga durata effettuate in zone stabili e instabili. D’altra parte, l’installazione di un array a geometria SNS ha permesso di individuare e localizzare alcuni eventi microsismici originati dal margine instabile della placca calcarea. Il Versante delle Sorgenti del Peschiera, localizzato nell’Appennino Centrale (Italia Centrale) a circa 70 km a Nord-Est di Roma, è coinvolto in un fenomeno di creep in ammasso roccioso associato ad una dissoluzione carsica profonda. Le misure di rumore sismico ambientale hanno evidenziato la diversa risposta sismica delle varie zone del versante interessato dal complesso processo di frana. Dato che il versante delle Sorgenti del Peschiera ospita un importante impianto di drenaggio di approvvigionamento di acqua per la città di Roma, una rete accelerometrica è stata installata nel 2008 ed un array SNS è stato aggiunto nel 2014. L’array SNS ha registrato centinaia di eventi microsismici originati nel versante e legati al suo processo di instabilità. Tali eventi sono stati distinti in due diversi tipi: i) rotture legate alla fratturazione dell’ammasso roccioso, con durata da 1 a qualche secondo; ii) collassi, con durata minore di 1 s e tipica forma d’onda da impatto. In questa tesi, 397 eventi (16 rotture e 381 collassi) sono stati caratterizzati con il software NanoseismicSuite in termini di magnitudo locale ML ed ipocentro. Mentre le rotture sono risultate distribuite nell’intero versante, i collassi si sono focalizzati in due diversi cluster spaziali sotto il livello di falda, ad una profondità in cui il carsismo produce cavità. I cluster sono stati trattati come due distinte sorgenti microsismogeniche ed una curva frequenza-magnitudo degli eventi è stata prodotta per ognuna, per descrivere l’attitudine a produrre eventi di diverso valore di magnitudo. È stata poi sviluppata una procedura automatizzata di analisi rapida degli eventi registrati della rete accelerometrica. Infine, una matrice di pericolosità da frana è stata implementata per entrambi i casi di studio in base alla frequenza statistica degli eventi occorsi (i valori delle misure di rumore sismico per il caso di studio di Selmun e i valori di ML dei collassi per il caso di studio del Peschiera) e la loro probabilità di eccedenza in un periodo fissato, fornendo un utile contributo nella gestione del relativo rischio da frana. In conclusione, la presente tesi di Dottorato di Ricerca evidenzia come la sismica passiva possa essere considerata un utile strumento per investigare e monitorare processi di instabilità gravitativa dato che ha consentito di raggiungere i diversi obiettivi iniziali: valutare la suscettibilità da frana, stimarne la pericolosità ed, infine, implementare uno strumento che possa contribuire alla gestione del rischio connesso.Assessment of landslide hazard and managing the related risk have always been widely studied topics in the scientific community due to the presence of populated settlements as well as tourist and cultural heritage sites threated by slope instability processes. In the last decade, geophysical techniques have been integrated in multidisciplinary approaches to study gravity-induced slope instability processes as well as to design monitoring systems devoted to infrastructure management. In the here-presented Ph.D. thesis, an experimental methodology was tested in two case studies of rock masses involved in landslide processes for evaluating as passive seismic approaches can be applied to: i) study the landslide susceptibility and produce a landslide hazard zonation; ii) assess the landslide hazard (in terms of probability of occurrence); iii) manage the landslide risk. For the two case studies, the gravity-induced slope instability processes occur at different scale and in a different natural environment: i) one rock cliff slope in coastal environment on the island of Malta (Selmun case study); ii) one rock slope in mountainous area in Central Italy (Peschiera case study). The experimental methodology applied in this work employed two passive seismic approaches: i) seismic ambient noise analysis carried out by single-station measurements; ii) seismic monitoring operated through seismic array/network (permanent or temporary) of sensors. The Selmun Promontory, located in the North Western coast of Malta (Central Mediterranean Sea), is involved in a landslide process due to the geological setting of the area: the over-position of a limestone (i.e. stiff rock) on a plastic clay induces a lateral spreading phenomenon associated to falls, slides and/or topples of different-size rock blocks from the limestone plateau edge. The seismic ambient noise measurement analysis allowed to obtain remarkable outputs in terms of stability level of the several unstable zones and, therefore, to evaluate their different landslide susceptibility in the framework of a landslide hazard zonation. In addition, the main eigenmode frequency of an unstable large rock block was obtained and a preliminary study of specific parameters was carried out in the time domain on long seismic noise measurements carried out in stable and unstable zones. On the other hand, the installation of an array having the SNS geometry allowed to detect and locate few microseismic events produced by the unstable limestone plateau edge. The Peschiera Spring Slope, located in Central Apennines (Central Italy) at about 70 km North East from Rome, is involved in a rock mass creep phenomenon associated to a deep karst dissolution. The seismic ambient noise measurements evidenced the different seismic response of the different zones of the slope involved in the complex landslide process. Since the Peschiera Spring Slope hosts an important drainage plant that provides water to the city of Rome, an accelerometric network was installed in 2008 and a nanoseismic SNS array was added in 2014. The SNS array recorded hundreds of microseismic events originated within the slope and related to its instability process. Such events were distinguished in two different types: i) failures related to rock mass fracturing, with a duration from 1 to few seconds; ii) collapses, with a duration less than 1 s and a typical waveform of impact. In this Ph.D. thesis, 397 events (i.e. 16 failures and 381 collapses) were characterised by NanoseismicSuite software in terms of local magnitude ML and hypocentre. While the failures resulted distributed into the whole slope, the collapses focused in two different spatial clusters below the groundwater level, at a depth in which karst processes produce cavities. The clusters were treated as two distinct microseismic sources and a frequency-magnitude curve of events was produced for each one, for describing the attitude to produce events having different values of magnitude. Then, an automated procedure for quickly analysing events recorded by the accelerometric network was developed. Finally, a landslide hazard matrix was implemented for the both case studies based on the statistic frequency of the occurred events (i.e. values of long seismic noise for the Selmun case study and ML values of collapses for the Peschiera case study) and their probability of exceedance in a fixed period, giving an useful contribution for managing the related landslide risk. In conclusion, the here-presented Ph.D. thesis evidences as passive seismic can be considered as a useful tool for investigating and monitoring gravity-induced slope instability processes since it allows to achieve the different initial objectives, i.e. evaluate the landslide susceptibility, assess its hazard and, finally, implement a tool for contributing to manage the related risk