GB-SAR System Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Interferometria SAR Terrestre (TInSAR): teoria MISURE IN QUALSIASI CONDIZIONE DI TEMPO E DI ILLUMINAZIONE Terrestrial SAR Interferometry (TInSAR). TInSAR is a ground based radar monitoring technique that allows to collect 2D displacement images of the monitored slope with a sample frequency up to few minutes. From the technical point of view it is based on two main radar principle: i) Synthetic Aperture Radar that allows to synthesize a large horn by the movement along a rail thus obtaining 2D image of the slope; MONITORAGGIO SPAZIALE DI UN PENDIO 23 giugno 2009 Pagina 2 Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Interferometria SAR Terrestre (TInSAR): teoria Spostamenti crescenti ELEVATA ACCURATEZZA NEL MONITORAGGIO DEGLI SPOSTAMENTI ED ELEVATA FREQUENZA DI CAMPIONAMENTO! TX TX First acquisition ii) interferometry that allows to estimate high accurate displacement by the computation of the phase difference between two images collected at different times. RX RX d d TX TX Second acquisition RX RX Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Interferometria SAR Terrestre (TInSAR): teoria Increasing displacements MONITORAGGIO REMOTO! TX TX Prima acquisizione RX RX d d TX TX Seconda acquisizione RX RX Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Interferometria SAR Terrestre (TInSAR): risultati Hence by such a technique the simultaneous monitoring of large areas can be performed (as you can see in this picture) but at the same time accurate and high frequency time series of each pixel can be achieved. Suitable features for investigating slope failures! Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Un Esempio Landslides Dataset: 10 Period: January 2008 - September 2011 Volume: 101 - 104 m3 Thickness: 1- 3 m Type of movement: rotational/translation slide Type of material: weathered gneiss, colluvium, spritz beton Total time span: from few hours to two weeks Total displacement : from few cms to 1 m Peak of velocity: form 8 mm/s to 66 mm/s Peak of acceleration: from 1mm/h2 to 100 mm/h2 Thanks to these features and the continuous long term monitoring perfromed by this platform, that includes also an automatic camera and a weather station (indica la figura), several small-scale landslides were identified, timed and characterized. Translational and rotational landslide with a volume ranging from te to ten thousands cubic meters and weathered gneiss and colluvium where identified. The overall instability process (from the initiation of the movements to the failure) where investigated thus obtaining detailed information about the landslide dynamics before the failure (such as displacement, velocity, acceleration ecc). Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Evolución en el tiempo del deslizamiento de Soroche Se observan dos deslizamientos existentes en la izquierda orográfica a la quebrada del Soroche, es decir, en el área donde se produjo el deslizamiento de mayor dimensión en 2001 (Fig.A flechas rojas). El material movilizado ha sido transportado hasta la llanura aluvional del Machángara con un eje de dispersión dirigido, sobre todo, en la derecha orográfica, al cono detrítico-aluvional (Fig. A Flecha azul). Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Fotografías tomadas en diversos años del deslizamiento del Soroche y señalización (líneas rojas) de las áreas de cúmulo en el cono detrítico-aluvional y el deslizamiento (flecha blanca) activado a la derecha orográfica, muy probablemente en el 2009 Se observan pocos cambios en el área de la zona de ruptura y un continuo flujo de material en el cono detrítico Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Foto metriche Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Piano di volo – Punti di ripresa Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Modello digitale del terreno Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Mesh 3D Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Curve di livello zenitali 3D Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Curve di livello su Ortofoto Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Curve di livello frontali 3D Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Soroche (Ecuador) Curve di livello su Ortofoto Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

MISURA DEGLI SPOSTAMENTI PROFONDI Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Gli strumenti per la misura degli spostamenti profondi Gli strumenti attualmente disponibili per la misura degli spostamenti profondi sono: la sonda inclinometrica (mobile), gli inclinometri fissi (elettrolivelle) gli estensimetri e gli assestimetri(fissi, collocati in foro). 4. la sonda Trivec (mobile), La sonda inclinometrica e gli inclinometri fissi misurano l’inclinazione del foro in cui sono inseriti, che deve necessariamente essere verticale o sub-verticale. Essi pertanto forniscono spostamenti orizzontali o sub-orizzontali, ovvero ortogonali all’asse del foro di misura. Esistono strumenti analoghi (chain-deflectometer) che possono essere indifferentemente utilizzati in fori orizzontali o verticali, ma sono meno precisi. Gli estensimetri e gli assestimetri misurano spostamenti nella direzione dell’asse del foro di misura. La sonda Trivec misura spostamenti in direzione sia ortogonale che parallela all’asse del foro di misura (necessariamente verticale). La ricerca sta anche sviluppando tecniche basate sull’uso di fibre ottiche per la valutazione degli spostamenti profondi. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Indicatori di movimento Utilizzati per localizzare eventuali superfici di scorrimento entro l’ammasso e segnalare il verificarsi di uno scorrimento superiore ad un valore critico. Tra i requisiti di questi strumenti sono da evidenziare la notevole robustezza e il costo notevolmente più basso di un inclinometro fisso. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

l’inclinazione nel piano del massimo spostamento (), Sonda inclinometrica La sonda inclinometrica è costituita da un tubo di acciaio all’interno del quale alloggiano due servo-accelerometri montati ortogonalmente l’uno all’altro. I servo-accelerometri contengono ciascuno un pendolo che si dispone lungo la verticale, consentendo la misura dell’inclinazione della sonda (rispetto alla verticale) nel piano di oscillazione di ciascun pendolo. Si ottengono così due angoli, misurati in due piani ortogonali (x e y) con la precisione di ± 0.05 mm/m, che consentono di definire lo spostamento spaziale della sonda attraverso: l’inclinazione nel piano del massimo spostamento (), l’azimut (), ovvero l’angolo fra il vettore del max spostamento ed un punto cardinale. N x y x y N Max spostamento   Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Attrezzatura per misure inclinometriche cavo falsa sonda centralina cavo sonda falsa sonda Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

ammorsamento in formazione stabile; Schema installazione Occorre verificare: ammorsamento in formazione stabile; posizione delle guide in funzione dell’opera da monitorare; cementazione del foro in maniera da solidarizzate tubazione e terreno. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

La canna inclinometrica è cementata alle pareti del foro. I tubi inclinometrici La sonda viene calata all’interno di un foro attrezzato con una canna inclinometrica, ovvero un tubo di alluminio o pvc in cui sono ricavate due coppie di guide verticali che consentono alla sonda, dotata di apposite ruote che si innestano nelle guide, di essere agevolmente movimentata lungo il tubo. La canna inclinometrica è cementata alle pareti del foro. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

La sonda si dispone secondo l’asse del foro e ne misura l’inclinazione  e l’azimut . Tale misura deve essere eseguita a varie profondità nel corpo di frana ed al di sotto di esso, in modo da ottenere il profilo degli spostamenti inclinometrici. Usualmente le misure vengono eseguite con passo pari a 1.0 o 0.5 m. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Tecniche di misura La sonda misura l’inclinazione del tubo inclinometrico rispetto alla verticale, ma il tubo potrebbe essere non del tutto verticale per difetto di installazione, pertanto la rotazione va riferita alla prima misura detta “lettura di zero”. Per ottenere la rotazione impressa alla tubazione dallo spostamento del corpo di frana ad ogni misura va sottratta la lettura di zero. Ciò premesso, considerata l’elevata precisione dello strumento, è importante che la sonda venga posizionata ogni volta nella maniera più prossima possibile a quella che fu utilizzata durante la lettura di zero. A tal fine durante le operazioni di misura si usa collocare alla testa della canna inclinometrica uno spezzone di tubo di diametro leggermente maggiore di quello installato in sito in modo che si incastri in una posizione fissa. Tale spezzone regge la puleggia che regola la discesa della sonda inclinometrica. La sonda va calata sempre all’interno della stessa guida e tenuta per circa 15’ a fondo foro in modo che la sua temperatura si equalizzi con quella del foro; quindi si eseguono le letture man mano che la sonda viene estratta. Prima di ogni lettura bisogna attendere che si esauriscano le oscillazioni della sonda, dovute al sollevamento della stessa. Le misure si ripetono dopo aver ruotato la sonda di 180° ed averla reinserita nella stessa guida. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Elaborazione delle misure La centralina fornisce i due angoli di rotazione x e y del tubo alle varie profondità a cui è stata eseguita la misura. Moltiplicando i seni di tali angoli per il passo con cui è stata eseguita la misura si ottengono gli spostamenti parziali dei vari tratti del tubo; questi si sommano a partire dalla base del tubo inclinometrico, ottenendo gli spostamenti sx ed sy rispettivamente nei due piani x ed y. Ad ogni profondità i due spostamenti sx ed sy vengono composti vettorialmente, otte-nendo il modulo dello spostamento ed il suo azimut. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

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Spostamenti profondi A seguito dei rilevamenti della sonda nei vari tratti del foro, ovvero a diverse profondità, relativamente alle inclinazioni del tubo rispetto alla verticale (conoscenza della posizione azimutale della sonda), vengono elaborati i diagrammi degli spostamenti lungo la verticale. Deformazioni estese a tutto il corpo di frana Superficie di scorrimento evidente Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Esempio di profili inclinometrici Un esempio di profilo inclinometrico che mette bene in evidenza la superficie di scorrimento. Si osservi l’evoluzione degli spostamenti nel tempo nell’arco di sette anni di misure. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Possibili errori Quando la canna inclinometrica viene posta in opera all’interno del foro bisogna porre particolare attenzione alla cementazione della stessa alle pareti del foro. Infatti il tubo deve essere assolutamente solidale al terreno circostante in modo da seguirne fedelmente gli spostamenti: in tal modo la misura restituisce gli spostamenti del corpo di frana. Contrariamente, se il complesso tubo – cementazione è molto più rigido del terreno asportato, il profilo degli spostamenti misurati può essere significativamente diverso da quello del terreno circostante. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Influenza del tipo di cementazione del foro Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Influenza del tipo di tubazione Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Influenza della resistenza del terreno Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Misura di spostamenti orizzontali profondi Monitoraggio di pendii in frana Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Estensimetri in foro Gli estensimetri collocati in foro consentono il rilievo degli spostamenti lungo l’asse del foro, all’interno del corpo di frana. Un tipo tradizionale di estensimetro da foro è quello a filo o a barra: gli spostamenti misurati meccanicamente sulla base di misura dell’estensimetro vengono riportati in superficie attraverso un filo o una barra; in superficie viene eseguita la misura di spostamento attraverso un trasduttore. Attualmente vengono utilizzati frequentemente gli estensimetri a corda vibrante, ovvero dei sensori applicati al tubo di rivestimento del foro tramite collanti, rivetti o saldature che misurano l’estensione del tratto di tubo e trasmettono in superficie un segnale di frequenza che viene registrato da una centralina. sensore centratori Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

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Misura di spostamenti verticali Misura concettualmente semplice E’ possibile utilizzare tecniche diverse Livello ottico con capisaldi di riferimento: si rileva il cedimento al piano campagna. Misura precisa ed affidabile, ma occorre una rete di picchetti a distanze non eccessive per non ricorrere a poligonali. Stazione totale (o rete GPS) con capisaldi di riferimento: misura come la precedente, ma meno precisa. Assestimetri: misura affidabile e precisa. Permette di rilevare il cedimento relativo di uno strato di terreno. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

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Misura di spostamenti verticali Assestimetro a piastra Di solito adoperati per rilevare l’assestamento dei terreni di fondazione dei rilevati Installati alla base del rilevato prima della sua realizzazione La mira F è vincolata alla piastra A, di dimensioni 60x60 cm Il tubo di rivestimento B isola la base dal corpo del rilevato Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Misura di spostamenti verticali Assestimetro magnetico Permette di misurare i cedimenti di una porzione di sottosuolo sia assoluti (riferendosi a capisaldi esterni) che relativi (tra vari strati) Vengono inseriti una serie di anelli magnetici all’esterno di un tubo corrugato durante la costruzione del rilevato ovvero in un apposito foro di sondaggio La localizzazione degli ancoraggi viene eseguita facendo scorrere nel tubo un’apposita sonda con interruttore a lamelle; questo, eccitato dal campo magnetico in corrispondenza degli anelli invia un segnale luminoso e/o sonoro in superficie Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

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Misura di spostamenti verticali Assestimetro INCREX Attrezzatura evoluta, che accoppia alla misura assestimetrica quella inclinometrica La sonda scorre in una tubazione scanalata come la inclinometrica, al cui esterno sono posti una serie di anelli di riferimento a distanza di 1 m Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Misura di spostamenti verticali Assestimetro INCREX Le misure sono eseguite mediante un sonda mobile che, introdotta nel foro, individua la distanza tra due riferimenti adiacenti secondo il principio dei trasduttori elettrici LVDT. Le misure eseguite con il sistema INCREX, sono estremamente accurate con una risoluzione di 0.001 mm. La sonda, resistente a pressioni dell'acqua fino a 15 bar, ha una lunghezza standard di 1550 mm e un diametro esterno di 46 mm. I riferimenti sono costituiti da anelli di ottone corrugati esternamente che sono resi solidali al terreno (con un sistema di membrane e molle) e sono liberi di muoversi lungo l'asse della colonna in ABS, rilevando quindi gli eventuali cedimenti dei diversi orizzonti di terreno. Associandola misura INCREX a letture inclinometriche effettuate nel medesimo tubo, è possibile ottenere sia letture di spostamento sull'asse verticale (sonda INCREX), che letture di spostamento nelle due direzioni ortogonali al piano orizzontale (sonda inclinometica). Mediante tali dati sarà quindi possibile tracciare in 3D la deformazione di ciascun punto monitorato lungo la verticale. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

e da un estensimetro LVDT la cui precisione è: 3m. Sonda Trivec La sonda Trivec consente la misura di spostamenti sia nella direzione del foro che in direzione ortogonale ad esso. E’ costituita da un inclinometro che può leggere angoli fino a 14°5’ sulla verticale con la precisione di: 0.05 mm/m e da un estensimetro LVDT la cui precisione è: 3m. I tubi di rivestimento del foro sono dotati di un sistema che consente l’aggancio della sonda ogni metro. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

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Misura della pressione neutra nei terreni saturi. Piezometri Le pressioni neutre nel sottosuolo, costituito da terreno o roccia, possono essere misurate in modo: - diretto, con trasduttori elettrici, - indiretto, rilevando la profondità del livello d’acqua all’interno di un tubo o di un foro, rispetto al piano campagna e quindi ricavando il battente d’acqua sulla presa (altezza piezometrica) e da esso la pressione dell’acqua nella presa, assunta pari alla pressione neutra nel terreno circostante. In entrambi i casi le attrezzature, che possono presentare schemi di funzionamento semplici o piuttosto sofisticati, prendono il nome di piezometri. trasduttore cavo elettrico centralina tubo altezza piezometrica profondità livello acqua Scelto opportunamente il tipo di piezometro, in relazione al terreno ed al problema in esame, la misura della pressione neutra può ritenersi sufficientemente accurata per la valutazione delle tensioni efficaci nel sottosuolo e quindi della resistenza dei terreni e della stabilità del pendio. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Frequenza e durata delle misure Le pressioni neutre nei pendii seguono un andamento stagionale ed attingono i massimi livelli durante o al termine dei periodi più piovosi, ovvero alla fine dell’inverno o all’inizio della primavera. Per questo motivo sarebbe opportuno rilevare almeno due inverni successivi; spesso le esigenze della progettazione impongono campagne di monitoraggio più brevi. E’ inutile eseguire misure con intervalli più brevi del tempo di risposta, per cui la frequenza delle misure dipende dal terreno e dal tipo di piezometro. In terreni a grana fine è consigliabile eseguire misure settimanali o quindicinali nel periodo che va dall’autunno all’inizio della primavera e quindicinali o mensili nel resto dell’anno. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

Regime della falda Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20

È importante verificare l’esistenza o meno di una precisa corrispondenza tra pressioni neutre e spostamenti. Si procede pertanto, in sede di indagini, al confronto tra gli spostamenti registrati alla testa degli inclinometri e le misure dei piezometri, disponendo se possibile di dati relativi alle altezze di pioggia: la relazione potrebbe sussistere o meno. Indagini e Monotoraggio Geotecnico Lezione 20