Università degli Studi di Salerno Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio Corso di Frane A.A. 2014-2015 Esercitazione n. 6 CARATTERIZZAZIONE E MONITORAGGIO DELLA FRANA DI SANTO STEFANO D’AVETO CON TECNICHE PSI Docente: Studente: Prof. Ing. Michele Calvello Salvatore Del Monte

Persistent Scatterer Interferometry (PSI) Technique for Landslide Characterization and Monitoring Il presente studio è stato condotto dal dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Firenze. Gli autori: Veronica Tofani , Federico Raspini, Filippo Catani e Nicola Casagli Lo studio è finalizzato al monitoraggio ed alla caratterizzazione della frana di Santo Stefano d’Aveto (GE), nella parte settentrionale degli Appennini. Viene eseguito un confronto tra i risultati ottenuti con tecniche convenzionali di monitoraggio degli spostamenti e tecniche PSI (Persistent Scatterer Interferometry)

Inquadramento territoriale e descrizione della frana La frana interessa gran parte del territorio su cui sorge il paese di Santo Stefano d’Aveto. L’area è individuata all’interno del PAI dell’Autorità di bacino del fiume Po come area ad alto rischio idrogeologico. Il fenomeno interessa una superfice di circa 1,3 km2 e il volume stimato è di circa 10x106 m3 . L’inclinazione media del pendio è di 8°, ed oscilla tra 0° e 60°. Lo stato della frana al momento dello studio è composito: Attiva nella parte sommitale, in zona Rocca d’Aveto; Inattiva e quiescente nelle restanti parti. Si riscontrano danni alle abitazioni soprattutto nella parte più a valle del pendio.

Il fenomeno è classificato tra molto lento ed estremamente lento, secondo la classificazione di Cruden e Varnes del 1996. Il cinematismo della frana è composito ed è definito come un complesso, combinazione di scorrimenti e flussi di terreno, secondo la classificazione di Varnes del 1978. Nella parte sommitale del pendio è presente uno scorrimento rotazionale che diventa traslazionale verso valle. Nella parte bassa, lo scorrimento si converte in flusso, con perdita di consistenza del terreno.

Stratigrafia del sottosuolo ed indagini in sito 1° strato: debris grossolano in una matrice limo-sabbiosa con un sottile strato di argilla e grandi blocchi di rocce ofiolitiche. Spessore tra 25 e 40 metri. 2° strato: bedrock alterato. Spessore tra 5 e 20 metri. 3° strato: bedrock di arenarie. Tra il 2000 ed il 2006, sono stati istallati 6 inclinometri ed 11 piezometri all’interno del perimetro della frana. La frana coinvolge lo strato superficiale. La profondità della superfice di rottura aumenta nel verso discendente del pendio: Circa 8 metri nella parte sommitale. - Circa 20 metri nella parte bassa.

I dati piezometrici, acquisiti mensilmente, hanno rilevato la presenza di una falda nello strato superiore del pendio. Il regime di falda presenta una variabilità stagionale, legata alle condizioni climatiche. Il livello della falda varia da una profondità di pochi metri nella parte sommitale (piezometri P1;P5), ad una profondità di circa 20 metri nella parte bassa della frana (piezometro P8).

Telerilevamento con SAR (Synthetic Aperture Radar) Tecnica che sfrutta l’utilizzo di un radar montato su una piattaforma in movimento. Trasmessa l’onda, essa viene riflessa dalla superfice terrestre; il radar capta l’onda riflessa e misura la distanza con gli oggetti riflettenti in base al ritardo temporale tra l’istante di trasmissione e quello di ricezione dell’onda.

Elaborazione delle immagini SAR: multi – inteferograms SAR Interferometry(PSInSAR) Le tecnica PSInSAR si basa sull’utilizzo di una lunga serie di immagini, registrate contemporaneamente, acquisite in tempi diversi mediante SAR. Consente di identificare bersagli naturali o artificiali (PS) già presenti sul terreno e di fornire informazioni sul loro spostamento nel tempo lungo la linea di osservazione del satellite (LOS) relativamente ad un punto considerato stabile nell'ambito dell'areale di osservazione del satellite.

Lavoro scientifico degli autori: acquisizione dei dati SAR 2 database dal satellite ERS1/2, relativi ad un arco di tempo che va dal 1992 al 2001. 2 database dal satellite ENVISAT, relativi ad un arco di tempo che va dal 2002 al 2008. Ogni dataset è composto da un certo numero di immagini dell’area di studio riprese dal satellite, con orbite ascendenti e discendenti. Combinando i dati di acquisizioni ascendenti e discendenti e proiettando gli spostamenti, rilevati lungo la LOS, nelle direzioni verticali ed orizzontali (Est-Ovest), è possibile stimare gli spostamenti reali della massa in frana. Θ = Inclinazione della LOS rispetto alla verticale alla superficie.

Lavoro scientifico degli autori: elaborazione dei dati In tabella si riportano il numero di obiettivi radar (PS), riguardanti l’area della frana, e le velocità di spostamento rilevate dai satelliti nelle fasi ascendenti e discendenti. Misurazioni ERS a) ascendenti, b) discendenti; Misurazioni ENVISAT c) ascendenti, d) discendenti. Le velocità più elevate sono state generalmente rilevate nella zona superiore della frana. Le velocità diminuiscono lungo il pendio fino ai valori minimi nella parte bassa. Segno (+): spostamento di avvicinamento al satellite (lungo la LOS). Segno (-): spostamento di allontanamento dal satellite (lungo la LOS)

Segno (+): spostamento verso l’alto e verso est. Combinando i dati delle acquisizioni ascendenti e discendenti per i vari PS e proiettando i dati delle velocità di deformazione (lungo la LOS) lungo le direzioni verticali ed orizzontali, si rileva che la frana è caratterizzata prevalentemente da movimenti orizzontali, in direzione Ovest-Sud Ovest. Gli spostamenti verticali più rilevanti sono stati registrati dal satellite ERS (tra il 1992 e il 2002), nella parte alta del pendio. a) Componenti verticali e(b) orizzontali (E-W) da ERS; (c) Componenti verticali e (d) orizzontali (E-W) da ENVISAT Segno (+): spostamento verso l’alto e verso est. Segno (-): spostamento verso il basso e verso ovest.

Lavoro scientifico degli autori: confronto risultati PSI e dati del monitoraggio in sito Confronto fra le serie di dati di monitoraggio acquisiti dal satellite ENVISAT con le misurazioni effettuate dagli inclinometri prendendo a riferimento un periodo che va dal 06/07/2003 al 29/06/2008. Per il confronto sono state utilizzate solo le acquisizioni delle orbite discendenti, per il maggior numero d’immagini disponibili e di obiettivi radar rilevati. Si osserva che le velocità medie degli inclinometri sono più alte di quelle rilevate dai PS. Proiettando gli spostamenti degli inclinometri lungo la LOS, la differenza rimane sostanziale.

Osservando l’andamento stagionale del livello di falda (sopra), e le variazioni nel tempo degli spostamenti di determinati PS (sotto) si rileva che: Nei mesi umidi sale il livello di falda e aumenta la velocità degli spostamenti rilevati dal PSI. Nei mesi caldi scende il livello di falda e diminuisce la velocità degli spostamenti rilevati dal PSI.

Considerazioni finali dello studio Dallo studio emergono i limiti dell’approccio PSI: Limiti legati alle caratteristiche topografiche dell’area, in relazione all’orbita seguita dal satellite. Imprescindibilità dalle analisi di monitoraggio in sito. Emergono però anche una serie di aspetti positivi che rendono il monitoraggio congiunto con PSI e tecniche convenzionali in sito, un ottimo mezzo per la caratterizzazione ed il monitoraggio di fenomeni franosi su vasta scala. Conferma della velocità del fenomeno, classificato tra molto lento ed estremamente lento. Riscontro, dall’elaborazione dei dati, del complesso cinematismo della frana. Rilevazione di spostamenti in zone della frana precedentemente considerate inattive. Ridefinizione dello stato di attività per quelle parti della frana considerate inattive e quiescenti. Possibilità di correlare l’entità degli spostamenti con i fattori predisponenti (regime di falda).

Analisi critica: alternative al PSI Fattori limitanti per il monitoraggio dei fenomeni franosi: Tempo di rivisitazione del satellite: per ERS ed ENVISAT è pari a 35 giorni. Caratteristiche topografiche dell’area: es. fenomeni in valli strette e situati su pendii eccessivamente acclivi non riescono ad essere opportunamente monitorati. Individuabilità degli obiettivi radar (PS) in entrambe le acquisizioni ascendenti e discendenti. Una valida alternativa potrebbe essere costituita dal GBInSAR (Ground Based Interferometric SAR)[1]. Il radar è montato su un supporto che ricrea il movimento permettendo l’apertura sintetica. PRO Analisi più dettagliata, che prescinde dai fattori topografici. Eliminato il limite legato all’individuabilità dei PS. CONTRO Necessità di più apparecchiature per la ricostruzione degli spostamenti effettivi. Non adatto al monitoraggio di fenomeni molto estesi.

Analisi critica: considerazioni emerse da monitoraggi più recenti [2] Tra il 2007 e il 2008 sono state effettuate nuove misurazioni con 3 inclinometri e 3 piezometri, nella zona dove il fenomeno assume le fattezze di colata. Se si fa riferimento al monitoraggio citato nello studio in esame, condotto tra il 2000 e il 2006, si nota che in tale zona non fu disposto nessun inclinometro. Si rileva una movimento sconnesso, tipico delle colate. I nuovi inclinometri non hanno raggiunto la superficie di rottura, mettendo in dubbio la presenza di un’unica superficie di scorrimento tra la parte di monte e di valle della frana, e determinando delle incertezze sulle effettive volumetrie della frana. SONO NECESSARIE MISURE PIU APPROFONDITE

Analisi critica: strumenti alternativi per la misura degli spostamenti profondi[3] Estensimetro multi-base Vengono posti degli ancoraggi a diverse profondità, all’ interno di un foro, collegati tra loro mediante un’asta. Gli spostamenti sono misurati rispetto ad una testa di riferimento e vengono valutati mediante appositi trasduttori elettrici. TDR (Time Domain Reflectometer) Si basa sulla tecnica dell’ecometria applicata ai cavi. Un impulso elettrico è inviato all’interno di un cavo mediante una centralina che successivamente provvede ad analizzarne la riflessione. Il segnale riflesso contiene informazioni sulla variazione della geometria del cavo, dovuta ai movimenti del terreno.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE FONTI DAL WEB [1]http://www.miaria.regione.lombardia.it/shared/ccurl/962/590/Tencologia%20GBInSAR_LiSALab.pdf   [2]http://www.cartografiarl.regione.liguria.it/img/Remover/Commenti_Siti/GE013_commento_tot.pdf [3] http://www.afs.enea.it/protprev/www/lineeguida4/fascicolo4_4.htm http://www.pcn.minambiente.it/GN/progetto_psi.php?lan=it http://www.adbpo.it/on-multi/ridefadbpo/Home/Pianificazione/PianostralcioperlAssettoIdrogeologicoPAI.html GRAZIE PER L’ATTENZIONE