Commissione Nazionale Scuole di Speleologia della Società Speleologica ItalianaCoordinamento Scuole Regione Campania

Scuola di Speleologia di Summonte del Gruppo Speleologico Natura Esplora

Seminari di approfondimento – III ciclo

Rilievo in grotta

Sabato 15 gennaio 2011

.UMBerto del vecchio

CartografiaLa cartografia è l'insieme di conoscenze scientifiche, tecniche e artistiche finalizzate alla rappresentazione simbolica ma veritiera di informazioni geografiche su supporti piani (carte geografiche) o sferici (globi).

•Carta tecnica regionale

•scala 1:10.000•scala 1:5.000•scala 1 :2.000

TopografiaLa topografia è la scienza che studia gli strumenti ed i metodi operativi, sia di calcolo sia di disegno, che sono necessari per ottenere una rappresentazione grafica, più e meno particolareggiata, di una parte della superficie terrestre.superficie terrestre.

Strumentazione

Misura di distanze

Misura di angoli

Misura di quoteMisura di quote

Misuratori misti

Misuratori integrati

Misura di posizione

Misura di distanze

Rollina metrica

Vantaggi:•facilità di lettura•immediatezza della misura

Misura di distanze

Rollina metrica

•immediatezza della misura

Svantaggi:•necessità di raggiungere direttamente i punti di misura•lentezza

Misura di distanze

Misuratore laser

Vantaggi:•veloce•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare calcoli trigonometrici

Misura di distanze

Misuratore laser

•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare calcoli trigonometrici

Svantaggi:•strumento elettronico•incertezza del punto misurato

Misura di angoli – Angoli sul piano orizzontale

Bussola da speleologo

Misura di angoli

Bussola da speleologo

Vantaggi:•pratico•lettura immediata•lettura immediata

Svantaggi:•legge il nord magnetico (declinazione)•sensibile alla presenza di campi magnetici•errore di collimazione

Misura di angoli – Angoli sul piano orizzontale

Bussola da geologo

Misura di angoli

Bussola da geologo

Vantaggi:•giaciture

Svantaggi:•lettura non immediata•difficile allineamento•legge il nord magnetico (declinazione)•sensibile alla presenza di campi magnetici

Misura di angoli – Angoli sul piano verticale

Clinometro

Misura di angoli

Clinometro

Vantaggi:•pratico

Svantaggi:•sensibile ai dislivelli fra punti

Misura di quote

Altimetro

Vantaggi:•pratico•immediato

Misura di quote

Altimetro

•immediato

Svantaggi:•sensibile a variazioni di pressione atmosferica•necessario tararlo

Misuratori misti

Telemetro

Vantaggi:•veloce•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare diverse misure (distanze,

Misuratori misti

Telemetro

•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare diverse misure (distanze, dislivelli, inclinazioni)

Svantaggi:•strumento elettronico•incertezza del punto misurato•costoso

Misuratori integrati

DistoX

Vantaggi:•con un’unica battuta fornisce tutti i dati•raggiunge punti non accessibili•si appoggia ai capisaldi•sviluppo rilievo con palmare

Misuratori integrati

DistoX

•sviluppo rilievo con palmare•sezioni traversali precise

Svantaggi:•strumento elettronico•bussola molto instabile•taratura•scelta del caposaldo•incertezza del punto misurato

Misura di posizione

GPS

Vantaggi:•pratico•immediato•non necessita di sapere dove ci si trova

Misura di posizione

GPS

•immediato•non necessita di sapere dove ci si trova

Svantaggi:•precisione•copertura dei satelliti•dipendenza

Ubicazione dell’ingresso

Cartografia

Coordinate

Metodi

Coordinate

Itinerario

L’ ubicazione dell’ingresso di una grotta non è un optional del rilievo ipogeo, ma è il primo passo fondamentale per il lavoro

Ubicazione dell’ingresso

Cartografia

primo passo fondamentale per il lavoro topografico

L’avere a disposizione una cartografia aggiornata ad una scala adeguata è molto importante per eseguire l’ubicazione dell’ingresso

Ubicazione dell’ingresso

Metodi

Metodo grafico

Metodo matematicoMetodo matematico

Poligonazione da punto noto

GPS

Ubicazione dell’ingresso

Metodo grafico

•bisogna avere a disposizione una cartografia, una bussola da campo ed un goniometro•bisogna essere in grado di riconoscere almeno tre punti noti facilmente riconoscibili sulla •bisogna essere in grado di riconoscere almeno tre punti noti facilmente riconoscibili sulla cartografia•bisogna traguardare i punti noti con la bussola e determinare l’angolo sull’orizzontale•si tracciano sulla carta le linee orientate come da misura: esse si intersecano nel punto che corrisponde a dove noi ci troviamo

Ubicazione dell’ingresso

Metodo grafico

•questo metodo è abbastanza impreciso in quanto soggetto a numerosi errori•se si possiede un altimetro si riesce a correggere gli errori

Ubicazione dell’ingresso

Metodo grafico

•se si possiede un altimetro si riesce a correggere gli errori•in genere bisogna sapersi orientare e sapere leggere la cartografia

Ubicazione dell’ingresso

Metodo matematico

•la procedura è molto simile al metodo grafico, ma invece di usare la bussola si utilizza uno strumento ottico di precisionestrumento ottico di precisione

•questo metodo risulta pertanto abbastanza oneroso

Ubicazione dell’ingresso

Poligonazione da punto noto

•la poligonazione consiste nella misurazione degli estremi di una linea spezzata che unisce due punti: quello noto e quello da determinarepunti: quello noto e quello da determinare

•ogni tratto di spezzata collega due punti di battuta

•le misure che si prendono per collegare due punti di battuta sono la distanza tra i due punti, l’angolo di inclinazione e l’angolo sull’orizzontale rispetto al nord

Ubicazione dell’ingresso

Poligonazione da punto noto

•in genere è preferibile effettuare battute di egual lunghezza e non troppo corte

•la poligonazione è molto dipendente dall’errore

Ubicazione dell’ingresso

Poligonazione da punto noto

•la poligonazione è molto dipendente dall’errore strumentale pertanto è buona norma eseguire due volte le misure

•se possibile è meglio chiudere la poligonale tornando sullo stesso punto da un’altra strada; in base all’errore che ne risulta è possibile correggere la poligonale

•il metodo risulta abbastanza affidabile ma si presenta molto lungo in particolare quando l’ingresso è lontano da un punto noto

Ubicazione dell’ingresso

Poligonazione da punto noto

•la tecnica della poligonazione anche se non sempre applicata per l’ubicazione di una grotta, è la tecnica fondamentale per l’esecuzione del rilievo ipogeo

Ubicazione dell’ingresso

GPS

•rappresenta il metodo più diffuso attualmente

•fornisce direttamente lo coordinate in un sistema di navigazione scelto dall’operatore (anche se è preferibile usare il sistema UTM sistema di navigazione scelto dall’operatore (anche se è preferibile usare il sistema UTM WGS84)

•non è necessario avere una cartografia di riferimento o sapere con precisione dove ci si trova

•il sistema ha però un margine di precisione, che varia in funzione delle condizioni al contorno

•bisogna tener conto della copertura dei

Ubicazione dell’ingresso

GPS

•bisogna tener conto della copertura dei satelliti non solo come numero (minimo 3-4) ma anche come distribuzione e visibilità

•pertanto è necessario annotare l’errore di lettura del GPS per eventuali valutazioni successive

•la quota misurata dal GPS (se privo di un altimetro barometrico) è la quota del geoide di riferimento che può essere molto lontana dalla quota reale

Ubicazione dell’ingresso

GPS

quota reale

•la cosa migliore è avere una cartografia e valutare l’affidabilità della lettura fornita dal GPS

•fondamentale la posizione del GPS rispetto all’ingresso, difficilmente ci si posiziona proprio all’ingresso

Ubicazione dell’ingresso

GPS

•il GPS fornisce le coordinate di un punto … l’ingresso di una grotta non è un punto!

I

Ubicazione dell’ingresso

Coordinate

Ubicazione dell’ingresso

Itinerario

•avere le coordinate di un punto non indicano necessariamente qual’è la strada migliore per raggiungerlo!raggiungerlo!

Rilievo in grotta

Strumentazione

Squadra e ruoli

Cosa misurareCosa misurare

Come misurare

Foglio di rilevamento

Rilievo in grotta

Il rilievo in grotta si basa sull’esecuzione di una poligonale

Rilievo in grotta

Strumentazione

bussola speleo

clinometro speleo distoXclinometro speleo

rollina metrica(disto laser)

metro rigido, altimetro, bussola geologica

distoX

+ palmare

Squadra e ruoli

La squadra ideale è composta da tre speleologi:•strumentista•disegnatore

Rilievo in grotta

•disegnatore•traguardatore

Cosa misurare

Le misure da prendere tra due capisaldi:•distanza lineare (L)•orientamento (θ)

Rilievo in grotta

•orientamento (θ)•inclinazione (i)

Le misure da prendere ad ogni caposaldo:•altezza volta (hv)•altezza strumentista (hs)•distanza a destra (dx)•distanza a sinistra (sx)

Cosa misurare

Rilievo in grotta

Altre misure da prendere sono quelle particolari che possono aiutare a disegnare meglio l’andamento della grotta:

Cosa misurare

Rilievo in grotta

l’andamento della grotta:•posizione e misure di un particolare (concrezione, specchio d’acqua, masso, etc.)•rientranze e sporgenze della roccia•dislivelli•giacitura degli strati o di faglie e fratture

Rilievo in grotta

Come misurare

Poligonale principale

La poligonale principale segue tutto l’andamento della grotta (galleria, meandri, condotte, pozzi e saloni)

Difficilmente è possibile ritornare indietro al

Rilievo in grotta

Come misurare

Difficilmente è possibile ritornare indietro al primo punto della poligonale pertanto la poligonale principale in grotta è generalmente una “poligonale aperta”

In caso di poligonale aperta lo strumentista deve leggere i valori angolari due volte e verificare l’attendibilità

Poligonale secondaria si esegue quando un’unica linea spezzata (la poligonale principale) non è in grado di coprire tutti gli spazi da rilevare:

Rilievo in grotta

Come misurare

•diramazioni o arrivi laterali•saloni

Poligonale secondaria aperta•diramazione o arrivi laterali

Rilievo in grotta

Come misurare

Poligonale secondaria chiusa•saloni

Rilievo in grotta

Come misurare

Poligonale secondaria per irraggiamento•saloni

Rilievo in grotta

Come misurare

Casi particolari:

•altezza della volta•pozzi•dislivelli

Rilievo in grotta

Come misurare

•pozzi•dislivelli•larghezze e distanze laterali•ubicazione di particolari•chiusura della poligonale principale•triangolazioni

Altezza della volta

Rilievo in grotta

Come misurare

Pozzi

•non sempre i pozzi in una grotta sono a piombo: i pozzi vanno rilevati come battute di una poligonale quindi anche inclinazione e direzione

Rilievo in grotta

Come misurare

poligonale quindi anche inclinazione e direzione

•se si intende misurare solo il dislivello (“profondità del pozzo”)•assicurarsi di trovarsi a piombo

•se si usa un disto laser accertarsi che sia in bolla•se si misura dal basso con il disto attenzione a non misurare anche la volta sopra il pozzo

Dislivelli

•durante la battuta di poligonale se si misura semplicemente l’inclinazione fra i due

Rilievo in grotta

Come misurare

semplicemente l’inclinazione fra i due capisaldi si può incorrere nell’errore di perdere le rotture di pendenza

•in questo caso meglio misurare ed ubicare i dislivelli

Larghezze e distanze laterali

•la larghezza o la distanza laterale destra e sinistra non sono né la più lunga né la più corta,

Rilievo in grotta

Come misurare

sinistra non sono né la più lunga né la più corta, ma la più rappresentativa

•se sbagliamo a considerarla ce ne accorgeremo (anzi non ce ne accorgeremo!) durante la restituzione del rilievo

Ubicazione particolari

•per l’ubicazione di particolari possiamo tracciare un ramo di poligonale secondaria, tramite irraggiamento da un punto

Rilievo in grotta

Come misurare

tramite irraggiamento da un punto

Chiusura della poligonale principale

•se sono presenti dei rami secondari o dei passaggi che permettono di tornare sulla poligonale principale è opportuno “tornare” su

Rilievo in grotta

Come misurare

poligonale principale è opportuno “tornare” su un caposaldo di quest’ultima per chiudere, almeno in parte, la poligonale principale

•una poligonale chiusa permette di correggere le battute con una procedura di compensazione degli errori

Triangolazioni

•la triangolazione è una poligonale chiusa di tre lati che unisce tre punti

•i tre punti devono essere visibili tra loro e

Rilievo in grotta

Come misurare

•i tre punti devono essere visibili tra loro e pertanto non viene utilizzata per il rilievo in grotta

•siccome è molto valida in ambienti ampi (saloni) è molto utile nel rilievo di cavità artificiali

Foglio di rilevamento

Durante l’esecuzione del rilievo bisogna anche fare un disegno (possibilmente in scala) della grotta, comprese eventuali sezioni longitudinali

Rilievo in grotta

grotta, comprese eventuali sezioni longitudinali e sicuramente quelle trasversali

Foglio di rilevamento

Rilievo in grotta

Foglio di rilevamento

Rilievo in grotta

Elaborazione del rilievo

Sviluppo della poligonale ed esecuzione del disegno

Verifica delle misure

Altre informazioni

Elaborazione del rilievo

Correzione declinazione magnetica

Verifica delle misure

Errore dei dati e correzione

Correzione declinazione magnetica

Chiusura della poligonale

Elaborazione del rilievo

Errore dei dati e correzione

Le misure potrebbero presentare degli errori macroscopici che è possibile correggere subito

Si potrebbe aver fatto e scritto la doppia misura e bisogna fare la media

Elaborazione del rilievo

Correzione declinazione magneticaLe misure di azimuth fanno riferimento al nord magnetico che non coincide col nord geografico ed è necessario fare la correzione della declinazione magneticadeclinazione magnetica

Elaborazione del rilievo

Correzione declinazione magneticahttp://gsc.nrcan.gc.ca/geomag

Elaborazione del rilievo

Correzione declinazione magneticahttp://gsc.nrcan.gc.ca/geomag

Elaborazione del rilievo

Chiusura della poligonale

Per verificare la chiusura della poligonale bisogna prima sviluppare la poligonale ed eventualmente correggere per compensazioneeventualmente correggere per compensazione

Elaborazione del rilievo

Sviluppo della poligonale ed esecuzione del disegno

Per sviluppare la poligonale e fare l’elaborazione del disegno bisogna avere a disposizione:•un tavolo da disegno bello grande e libero da •un tavolo da disegno bello grande e libero da cianfrusaglie•materiale da cancelleria •calcolatrice con funzioni trigonometriche•goniometro•fogli millimetrati e lucidi•pennino a china, trasferibili… oppure computer e software

Elaborazione del rilievo

Quello che vogliamo disegnare sono:

•pianta

•sezione longitudinale•sezione longitudinale

•sezioni trasversali

Elaborazione del rilievo

Pianta e sezione longitudinale

Questo è l’andamento del tratto di grotta che abbiamo rilevato

Elaborazione del rilievo

PiantaLa pianta è la proiezione sul piano orizzontale

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinaleLa sezione longitudinale è la proiezione su un piano verticale che segue l’andamento della grotta

Elaborazione del rilievo

L’elaborazione della pianta e della sezione longitudinale può essere eseguita con due metodi

•per coordinate polari•per coordinate polari(metodo grafico)

•per coordinate cartesiane(metodo matematico)

Coordinate polariDistanza, angolo di direzione e di inclinazione da un punto noto

Elaborazione del rilievo

Coordinate cartesiane: X, Y e Z

Coordinate cartesiane

Elaborazione del rilievo

Z: quota (generalmente slm)

Coordinate cartesiane

Elaborazione del rilievo

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate polari

•la scala a cui si vuole restituire il rilievo•la scala a cui si vuole restituire il rilievo

•la direzione di sviluppo della grotta e quindi come è orientato il nord nel nostro foglio

La distanza misurata in campo (L) deve essere portata sul piano orizzontale in funzione dell’inclinazione misurata (i):

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate polari

D = L * cos (i)

L

Di

Partendo da un’origine si disegna la linea di poligonale in pianta (D) orientata rispetto al nord di riferimento con un angolo uguale all’azimuth (θ)

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate polari

all’azimuth (θ)

Si continua in questo modo sviluppando tutta la poligonale principale ed eventualmente le poligonali secondarie unendo i punti uno ad uno

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate polari

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate polari

•è preferibile usare la stessa scala utilizzata per la piantaper la pianta

•è indipendente dalla direzione di sviluppo

Partendo da un’origine si disegna la linea di poligonale (L) inclinata rispetto all’orizzontale con un angolo uguale all’inclinazione misurata (i)

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate polari

con un angolo uguale all’inclinazione misurata (i)

h = L * sen (i)

Il dislivello tra due capisaldi è definito da:

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate polari

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate cartesiane

Per prima cosa da fare è calcolare le coordinate cartesiane partendo dalla poligonalecoordinate cartesiane partendo dalla poligonale

D = L * cos (i)

La distanza sul piano orizzontale è data sempre dalla stessa relazione:

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate cartesiane

x = D * sen (θ)

La coordinata x (ascissa) è data da:

x = D * cos (θ)

La coordinata y (ordinata) è data da:

dove θ è l’azimuth

In questo modo noi possiamo calcolare per ogni battuta di poligonale la componente x ed y

Se quindi facciamo la sommatoria di tutte le

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate cartesiane

Se quindi facciamo la sommatoria di tutte le componenti x ed y otteniamo le coordinate Sx ed Sy dell’ultimo caposaldo del rilievo

Questa informazione ci aiuta notevolmente per la scelta della scala e di come orientare il foglio per eseguire il disegno

Sul nostro foglio di carta millimetrata disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale

Elaborazione del rilievo

Pianta: coordinate cartesiane

uniremo creando la poligonale

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate cartesiane

Allo stesso modo possiamo calcolare le coordinate per disegnare la sezione longitudinalecoordinate per disegnare la sezione longitudinale

Le coordinate in questo caso sono date dalla componente sul piano orizzontale e da quella sul piano verticale

D = L * cos (i)

La componente sul piano orizzontale è data da:

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate cartesiane

D = L * cos (i)

h = L * sen (i)

La componente sul piano verticale è data da:

dove i è l’inclinazione

Sul nostro foglio di carta millimetrata disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale lungo la sezione

Elaborazione del rilievo

Sezione longitudinale: coordinate cartesiane

disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale lungo la sezione longitudinale

NB: sia per il metodo grafico che per quello matematico i capisaldi della poligonale hanno una quota rispetto al basso da tener conto nel disegno del rilievo

Le sezioni trasversali rappresentano la grotta lungo un piano ortogonale al ramo di poligonale

Elaborazione del rilievo

Sezioni trasversali

Le sezioni trasversali sono sempre realizzate con il metodo grafico in quanto non si utilizzano i dati di poligonale per il loro

Elaborazione del rilievo

Sezioni trasversali

utilizzano i dati di poligonale per il loro disegno, ma in genere si parte da uno schizzo in scala realizzato dallo speleologo disegnatore e supportato dai dati di altezza e distanza destra e sinistra

Elaborazione del rilievoQuale metodo è da preferire?Metodo matematico (coordinate cartesiane)

• il punto successivo non risente dell’errore eventuale occorso al punto precedente

• si conoscono le coordinate e si può orientare

vantaggi

• si conoscono le coordinate e si può orientare il foglio e scegliere la scala da adottare

• si possono usare fogli di calcolo

• può essere facilmente utilizzato per eseguire rilievi digitali

• è possibile fare la compensazione degli errori nella poligonale

Elaborazione del rilievoQuale metodo è da preferire?Metodo grafico (coordinate polari)

• veloce

• pratico

vantaggi

• pratico

• non si fanno troppi calcoli

Elaborazione del rilievo

Quando la poligonale è chiusa si può stimare la validità della poligonale ed eventualmente correggerla per compensazione

Compensazione degli errori nella poligonale

validità della poligonale ed eventualmente correggerla per compensazione

La poligonale è ritenuta valida se l’errore rientra nella tolleranza ammissibile che in genere è rappresentata da un valore di 1% della lunghezza totale della poligonale svolta

Elaborazione del rilievo

Compensazione degli errori nella poligonale

•compensazione di x ed y

∆x oppure ∆y oppure ∆z risultano > 1% ΣL

•compensazione di x ed y

x’ = x - (∆x/ΣD) * D y’ = y - (∆y/ΣD) * D

•dalle coordinate compensate x’ ed y’ si calcolano i valori compensati di θ e D

θ’= arctg (x’/y’) D’= √(x’)2 + (y’)2

•calcolo di z dopo la compensazione di x ed y

z1 = D’ * tg (i)

•se ∆z > 1% ΣL compensazione della z

Elaborazione del rilievo

Compensazione degli errori nella poligonale

z’ = z1 - (∆z1/ΣD’) * D‘

•da cui si calcolano i valori compensati di i ed L

i’= arctg (z’/D’) L’= D’ / cos (i’)

•se ∆z1 > 1% ΣL compensazione della z

Elaborazione del rilievo

Elaborazione digitale

Vantaggi:•si può restituire 1 a 1 senza perdere dettaglio e senza scegliere la scala a priori•facilità di aggiornamento del rilievo•facilità di aggiornamento del rilievo•georeferenziazione del dato•possibilità di gestire la terza dimensione

Svantaggi:•grafica•praticità con il computer e software•assenza di iconografie di riferimento

Elaborazione del rilievo

Elaborazione del rilievo

Elaborazione del rilievo

Elaborazione del rilievo

Elaborazione del rilievo

Altre informazioni

per altre informazioni di intendono:•plastica ipogea•iconografia classica•iconografia classica•informazioni geologiche•traccia di sezione•orientamento•scala di riferimento•informazioni supplementari (nome grotta, data, autori rilievo, etc.)

Elaborazione del rilievo

Planimetria

Elaborazione del rilievo

Andamento Interno

Elaborazione del rilievo

Depositi

per altre informazioni di intendono:•massi•detrito•detrito•concrezioni•pozze d’acqua•etc.

Elaborazione del rilievo

Depositi

Elaborazione del rilievo

Curve di livello

Elaborazione del rilievo

Idrologia

Elaborazione del rilievo

Informazioni geologiche

•giacitura strati•litologia•faglie•faglie•etc.

Elaborazione del rilievo

Traccia di sezione

Elaborazione del rilievo

Nord

Elaborazione del rilievo

Scala metrica

Elaborazione del rilievo

InformazioniPosizione ingresso

Elaborazione del rilievo

InformazioniNomeComuneAutori rilievoGruppo SpeleologicoGruppo Speleologico

Elaborazione del rilievo

Sezione

Elaborazione del rilievo

Depositi

Elaborazione del rilievo

Informazioni geologiche

Elaborazione del rilievo

Scala metrica

Elaborazione del rilievo

Informazioni

Elaborazione del rilievo

Fine

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Seminari di approfondimento – III ciclo

Sabato 15 gennaio 2011

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