DOCENTE:Prof. Ing. Michele Calvelllo

STUDENTE:Anna Sara Amabile

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNOFACOLTÀ DI INGEGNERIA

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’ambiente ed il territorio

CORSO DI FRANEAnno accademico 2013- 2014

RELAZIONE CASO STUDIO

GPS e fotogrammetria digitale per il monitoraggio dei movimenti di massa:

applicazione alla frana di Ca’ di Malta (Appennino Settentrionale, Italia)

LA FRANA DI CA’ DI MALTA

La frana di Ca’ di Malta, localizzata nell’Appennino settentrionale, a circa 30 km a sud di Bologna, nella Valle del Fiume Reno, nei pressi del centro abitato di Vergato, per i suoi lenti cinematismi e per il volume limitato di materiale coinvolto nel franamento, non costituisce un fenomeno a rischio molto elevato.

INQUADRAMENTO TERRITORIALEFRANE IN EMILIA ROMAGNA

L’Emilia-Romagna è una regione caratterizzata da una intensa

pericolosità idrogeologica. Con circa 70 000 frane è una delle poche regioni ad avere oltre il

20% di territorio collinare e montano occupato da frane per un’area complessiva di 2 520.7

km2, di cui circa il 27% attive. Le tre tipologie di frane,

scivolamento, colamento e complesse, rappresentano la maggioranza dei tipi presenti,

secondo la classificazione di Cruden e Varnes (1996).

CONTESTO LITOLOGICO ED AMBIENTALEIl substrato dell’area di frana è rappresentato dalla Formazione delle Argille a Palombini e dalla Formazione delle Argille Varicolori, appartenenti all’unità strutturale più alta della catena nord-appenninica (Liguridi)

ARGILLE A PALOMBINI• Litotipo predominante nella Valle del

Reno, noto in bibliografia con il nome “storico” di Argille Scagliose

• Formazione composta da unità fortemente deformate o completamente scompaginate in cui non è più possibile il riconoscimento di strati

• Depositi argillitici grigio-scuri, fissili, con intercalazioni di calcari micritici grigi e biancastri in strati medi e sottili e di sottili livelli di arenarie fini laminate

ANALISI STRATIGRAFICAIl dettaglio stratigrafico è stato ottenuto grazie a due fori di sondaggio (Punti 1 e 3).

Il presente caso non risulta affatto semplice poiché un singolo litotipo presenta svariati livelli di plasticizzazione e rimaneggiamento.

Risultati del sondaggio a carotaggio continuo effettuato nel

punto 1 punto 3Profondità [m]

Descrizione stratigrafica

Profondità [m]

Descrizione stratigrafica

Fino a 5.30

Argilla limosa grigio nocciola con ghiaia e ciottoli di natura calcarea

Fino a 5.50

Argilla limosa nocciola con trovanti decimetrici di natura calcarea

Fino a 12

Argilla debolmente limosa grigia con trovanti decimetrici di natura calcarea

Fino a 12

Argilla debolmente limosa grigia con trovanti decimetrici di natura calcarea

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MONITORAGGIOAl fine di monitorare gli spostamenti della frana con un sistema di misura correlabile ai potenziali meccanismi di innesco, sono stati predisposti strumenti di controllo ad acquisizione continua e discontinua. Il sistema di monitoraggio consta di:

• n. 3 inclinometri con profondità variabili da 18 a 24 m;

• n. 2 piezometri a tubo aperto con profondità variabili da 8 a 15 m finestrati lungo l’intero corpo di frana attraversato ;

• n. 1 stazione pluviometrica;

• strumentazione topografica GPS;

• strumentazione di acquisizione dati con fotogrammetrica aerea.

MISURE INCLINOMETRICHE E PIEZOMETRICHE

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2

• SPOSTAMENTI Nel corpo principale della frana l’inclinometro 1 ha

segnalato un piano di rottura plastica alla profondità di circa 5,5 m. Gli inclinometri 2 e 3 posti al di fuori

dell’area di frana hanno evidenziato un comportamento viscoso dei livelli più superficiali, con una deformazione

che si riduce progressivamente dalla superficie in profondità.

• VELOCITA’La velocità media, calcolata tra l’ottobre del 1999 e il febbraio

del 2000, in testa all’inclinometro 1 è di circa 9

mm/mese.

La velocità media degli spostamenti relativa agli

inclinometri 2 e 3, è compresa in un intervallo tra 1,2 e 3

mm/mese.

• PRESSIONI NEUTRELe misure piezometriche

condotte nello stesso periodo individuano la presenza del

piano di falda in prossimità della superficie topografica.

.

FOTOGRAMMETRIA AEREARisultato di un’osservazione con fotogrammetria aerea digitale della frana di Ca’ di Malta nell’aprile del 2000.

Utilizzando il modulo di correlazione automatica un gridDEM con celle di 0,5 m è stato generato per definire la forma della frana con alta risoluzione spaziale e la topografia dell’area circostante.

Il DEM è stato rielaborato per rimuovere elementi di disturbo (alberi, costruzioni) e modificare le sponde del fiume Reno e le strade.

a - Immagine di riferimento dell’area di frana e dintorni ottenuta dalla scansione e digitalizzazione di 3 fotografie aeree a scala di circa 1:4000.

b - Shaded relief della stessa area ottenuta dall’elaborazione (stereoscopica) delle immagini digitali (rilievo ombreggiato): il corpo di frana è evidenziato dalla linea tratteggiata.

IL GPS PER IL MONITORAGGIO DI MOVIMENTI DI MASSA

ACQUISIZIONE

• Statica (tempi di misura 6-12 h)

• Rapido-Statica (tempi di misura 8-10 min. con intervalli di 15 s)

• Cinematica (intervallo di campionamento di 1 s)

STRUMENTAZIONE TOPOGRAFICA

• 12 punti monitorati in modalità statica (rapida) (Marked points)

• 2 stazioni permanenti (con antenna) ad acquisizione continua (OLISTO e MASTER stations)

• innumerevoli punti di rilievo in modalità cinematica (Pegged points)

MISURE GPS

• Movimenti planimetrici (Nord-Est) ed altimetrici per differenti Marked points e Pegged points, ottenuti in seguito agli aggiustamenti dei dati osservati. Quadrati, triangoli e cerchi rappresentano rispettivamente le componenti degli spostamenti in direzione Nord, Est e verticale.

• Vettori di spostamento totale dei punti monitorati ottenuti da osservazioni GPS Rapido-statiche (coordinate UTM), ottobre 2000-luglio 2001

I 2 rilievi cinematici, effettuati sull’intera area di frana, hanno permesso di passare da uno studio puntuale, riferito cioè ai vertici GPS distribuiti lungo profili prestabiliti, ad uno areale più completo. La densità elevata delle misure, 1 punto per metro circa, è sufficiente per l’interpolazione su griglia regolare e per la determinazione di un DEM.

CONFRONTO E INTEGRAZIONE DEI RISULTATI• Analisi GPS ed inclinometriche

In corrispondenza del marked point situato in testa al tubo inclinometrico 2 (lato Sud della frana) i risultati GPS sono stati confrontati con le misure inclinometriche. La misura degli spostamenti GPS stima una velocità media di 1,63 mm/mese (aprile 2000 – luglio 2001), mentre le letture inclinometriche al piano campagna forniscono una velocità di 1,57 mm/mese (maggio 2000 – aprile 2001), compatibile con la misura del Sistema di Posizionamento Globale.

• Analisi GPS e fotogrammetrica

L’immagine fotogrammetrica digitale è stata vincolata a 24 punti superficiali di controllo, univocamente identificati sull’immagine. La posizione dei punti è stata osservata con accuratezza centimetrica dalle misure GPS. Un sistema di aggiustamento permette la regolazione dell’immagine affinchè le posizioni dei punti nelle immagini siano correlate.

MAPPE DI ELEVAZIONE DIFFERENZIALE

I DEM relativi all’indagine GPS e fotogrammetrica digitale sono stati registrati nello stesso sistema di riferimento.

• Confronto tra i DEM relativi alla frana di Ca 'frana di Malta: i modelli si riferiscono all’aprile 2000 (fotogrammetria), al novembre del 2000 e all’ottobre 2001 (GPS). Variazioni significative sono evidenziate all'interno di rettangoli.

CONCLUSIONI• Il volume coinvolto nell’attività della

frana è stato ottenuto comparando i valori altimetrici dei successivi DEM.

• Le differenze tra i volumi negativi e positivi è da imputare ai fenomeni di erosione e alle attività antropiche.

• Nel periodo di studio compreso tra l’aprile 2000 e l’ottobre 2001, come confermano i risultati della comparazione dei DEM, non si sono verificati sostanziali movimenti franosi (con l’utilizzo del modello rapido-statico).

Questo lavoro mette in evidenza la versatilità del metodo GPS.

• Campagne di misura statiche e rapido statiche forniscono informazioni con precisioni millimetriche e comunque sub-centimetriche sul movimento dei punti materializzati in frana.

• Un sistema di acquisizione continua in punti chiave come la zona di nicchia fornisce un controllo in tempo reale nell’ottica di implementare un sistema di allarme.

• I rilievi in modalità cinematica consentono, a basso costo e con tempi di esecuzione ridotti (1 giorno di lavoro), di determinare modelli ad alta precisione integrabili con DEM derivanti dall’elaborazione digitale di immagini fotogrammetriche.

PROPOSTE DI INTERVENTO• Consolidamento• Difesa spondale• Sistemazione idraulico-forestale

CONSOLIDAMENTOPartendo dalle indicazioni fornite dal monitoraggio, puntando verso tecniche di consolidamento che privilegino lo smaltimento degli eccessi di pressioni interstiziali, identificati come i principali meccanismi di innesco negli strati più superficiali, si potrebbe optare per interventi a basso impatto ambientale, con l’intento di restituire un equilibrio il più possibile naturale all’area in frana.

Lo scopo di tale intervento sarebbe innanzitutto quello di portare il versante a pendenze compatibili con le caratteristiche meccaniche dei terreni che lo compongono.

A tale scopo si dovrebbe provvedere a regolarizzare il pendio, eliminando i dossi e gli avvallamenti causati dalle varie riattivazioni del movimento franoso, che provocavano in alcune aree la formazioni di ristagni di acqua.

DIFESA SPONDALEAl piede della frana in destra idraulica era già presente una difesa spondale in gabbioni, che risultò danneggiata dalla riattivazione della frana nel 1994. Bisognerebbe, dunque, prevedere la difesa spondale mediante la realizzazione di una scogliera in massi ciclopici e/o di una gabbionata e/o Filter unit. Tali strutture hanno lo scopo di difendere il piede della frana dall’erosione del F. Reno, evitando quindi riattivazioni del movimento franoso causate della mancanza di sostegno alla base del versante.

Massi ciclopici e gabbionate

Filter Unit Massi ciclopici

SISTEMAZIONI IDRAULICO-FORESTALI

Intervenendo sulla pendenza mediante la creazione di piccole rotture alla continuità del versante, ottenute con la realizzazione manuale di palizzate, graticciate, cordonate, e realizzate a scacchiera ove la pendenza in genere si mantiene più accentuata, si favorisce uno spontaneo e più durevole insediamento di specie pioniere, che spesso rappresentano il primo passo verso una più omogenea copertura del suolo.

Fascinata viva con ramaglia

Gradiate vive

Grate vive

Viminata viva

Plificate vive

Palizzata semplice

Gabbionate

Briglia

GRAZIE PER L’ATTENZIONE