ESERCITAZIONE n° 6 Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese Università degli Studi di Salerno Dipartimento di.

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1 ESERCITAZIONE n° 6 Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Ingegneria Civile Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio Corso di Frane A. ACCADEMICO 2014-2015 Docente: Prof. Ing. Michele Calvello Studente: Giuliano Nicola Matr: 0622500174

2 Introduzione Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il seguente lavoro consiste in un’analisi critica di un caso studio descritto nell’articolo intitolato : “Le frane in un deposito di uranio situato a Boršt (Slovenia) rilevate da radar a interferometria”, Autori Magda Čarman et al pubblicato nel 2014 sulla rivista scientifica «Landslides»

3 Introduzione Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il lavoro sviluppato dagli autori consiste in una comparazione dei risultati monitorati con due metodologie: il Diffusore d’Interferometria Persistente (PSI) misurazioni dello spostamento in sito dell’evento franoso che ha colpito il deposito dello stabilimento degli scarti industriali di uranio a Borst nel Novembre 1990 a seguito di un gravoso evento piovoso.

4 Illustrazione del caso studio Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il caso studio presentato nell’articolo oggetto di analisi è quello riguardante la riattivazione di una frana fossile, nei primi anni ’90, che interessò più della metà del deposito di scorie minerarie del sito di Borst, in Slovenia. Sebbene la frana non mettesse direttamente in pericolo le persone, vennero intrapresi dei lavori di bonifica per scongiurare i possibili conseguenti problemi ambientali. Il deposito venne chiuso nel 1992 mentre la frana venne stabilizzata nel 1996 dopo la costruzione di un tunnel di drenaggio avvenuta nell’anno precedente(1995).

5 Illustrazione del caso di studio Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola La collina di Borst era ed è attualmente, il luogo di deposito delle scorie di produzione di uranio della miniera di uranio Zirovski. L’area si estende per oltre 4.2 ettari e si posiziona tra i 520 e i 580 m sul livello del mare Il deposito ricopre il fondo dell’antica gola ricca di acqua ed è costituito da rocce clastiche Carniche del triassico superiore stratificate in letti di limo, sabbia e tufo, poco permeabili, tettonicamente fratturate Indagini geologiche scoprirono che l’intera area era molto danneggiata tettonicamente e incline a frane superficiali e profonde

6 La frana del 1990 Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Nel novembre del 1990, dopo forti piogge, ha avuto inizio una grande frana che ha interessato più della metà del deposito. 1° Problema preesistente I letti clastici tettonicamente fratturati di cui è geologicamente costituito il sito, sono estremamente sensibili agli agenti atmosferici. Infatti, le acque sotterranee penetrano attraverso le fratture e possono causare livelli di pressione interstiziale elevati che possono portare al collasso del pendio. 2° Problema preesistente Un ulteriore problema era rappresentato dalla stabilità del deposito: nei 20 anni di deposizione, le scorie avevano subito modifiche mineralogiche che avevano cambiato le caratteristiche geomeccaniche degli scarti stessi compromettendone la stabilità del deposito.

7 La frana del 1990 Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola L’estensione della frana è visibile nella figura seguente Volume 3 milioni di m 3 Peso 7 milioni di tonnellate Superficie di scorrimento 50m di profondità Nel periodo di attività della frana, dal 1990 al 1995, gli spostamenti avevano velocità medie che variavano da 17 a 24 mm/mese. Sulla base di questi risultati, venne proposta la costruzione del tunnel di drenaggio allo scopo di stabilizzare la frana.

8 Lavoro scientifico sviluppato dagli autori Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il lavoro scientifico sviluppato dagli autori consiste in monitoraggio degli spostamenti effettuato con due tecniche differenti: Diffusore d’Interferometria Persistente (PSI) Tradizionali metodi di misurazione in sito Infine è stato effettuato un confronto tra i risultati ottenuti Metodo PSI La PSI è una tecnica interferometrica basata sul confronto di fase di immagini SAR, raccolte in tempi diversi con angolazioni leggermente differenti. La tecnica PSI rappresenta una versione aggiornata della tecnica DInSAR.

9 Illustrazione del caso di studio – Metodo PSI Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Grazie alla possibilità di misurare deformazioni con precisione millimetrica, il metodo PSI è adatto per rilevare e indagare fenomeni franosi a cinematica lenta. Per calcolare lo spostamento d viene utilizzata l’eq. d = d LOS x S Sono state acquisite 67 immagini dal satellite ERS, tra il Giugno 1992 e il Dicembre 2000, lungo orbite discendenti nell’area circostante all’area studio sono state utilizzate per l’analisi interferometrica. Tra gli oltre 2000 PS individuati (affioramenti di rocce, edifici, pali e antenne) solo tre PS erano posizionati vicini alla frana. dove: d LOS = spostamento lungo il LOS (Line of Sight) S = l’effettivo rapporto di spostamento rilevato

10 Illustrazione del caso di studio – Metodo PSI Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola La tabella seguente mostra come sono stati calcolati i valori di S per ognuno dei tre PS attraverso la seguente equazione: S = 1/(d T x u) che rappresenta il prodotto scalare della pendenza vettoriale (dT) che attraversa quella specifica PS e il versore di sensibilità (u).

11 Illustrazione del caso di studio – Metodi in situ Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Metodo in situ Le misure sono iniziate nell’agosto 1988 e sono proseguite fino al 2012, utilizzando diverse tecniche, tra le quali quelle che sfruttano strumenti come gli estensimetri e gli inclinometri. Utilizzando questi strumenti, sono state eseguite accurate misure di spostamento in quattro punti II/1, II/2, II3 e 1 visibili per un totale di 38 misure. Poiché non è stata rilevata nessuna componente di spostamento verticale si è assunto che lo spostamento della frana era sostanzialmente sub-orizzontale.

12 Illustrazione del caso di studio – Metodi in situ Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Per il confronto dei PSs e dei metodi in situ, sono stati usati test di correlazione sull’andamento degli spostamenti. Tutti i test di correlazione sono stati eseguiti utilizzando la formula del coefficiente di correlazione di Pearson, i cui valori, rappresentano dei coefficienti di correlazione lineari. Per l’andamento degli spostamenti, è stato utilizzato un modello di regressione lineare con un metodo dei minimi quadrati per il periodo di confronto 1992-2001.

13 Illustrazione del caso di studio – Metodi in situ Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il confronto tra i risultati ottenuti dagli autori è visibile nel grafico seguente che mostra gli spostamenti dei PS (A1MHI’, A1MHH’, e A1MHW’) rispetto ai 4 punti per il calcolo degli spostamenti in situ, entrambi in millimetri e per il periodo che va dal 1992 al 2001.

14 Illustrazione del caso di studio – Metodi in situ Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola In tabella vengono presentati i valori dei coefficienti di correlazione tra le serie temporali dei due set di dati. Tutti i coefficienti sono molto alti, indicando quindi un buon rapporto tra i due metodi di misura. L’informazione che si può estrapolare è che si nota un miglioramento della correlazione delle misure dopo la bonifica, con il minimo dei coefficienti di correlazione che passa da 0,86 (pre-bonifica) a 0,925(post-bonifica). Secondo gli autori, però questa è un’informazione che mente sulla realtà dei fatti; confrontando i dati in un grafico le tendenze di movimento (pendenze) dei punti di PS sono relativamente costanti, mentre quelle delle misurazioni in situ differiscono in particolare dopo i lavori di bonifica del 1995 con la costruzione dei tunnel di drenaggio.

15 Illustrazione del caso di studio – Metodi in situ Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Il confronto dei parametri statistici nella tabella seguente indica che prima della bonifica le velocità misurate nel punto II/1 sono simili alle velocità del PS A1MHW, mentre le velocità misurate nei punti II/2, II/3 e 1 sono fino a quattro volte superiori Dopo la bonifica, resta una differenza significativa di velocità tra il punto II/1 e gli altri tre punti. Gli autori hanno supposto, quindi, che l’effetto del drenaggio delle acque sotterranee da parte dei tunnel di drenaggio ha una incidenza molto più elevata nei punti II/2, II/3 e 1 di quanto non lo abbia nel punto II/1; Gli autori infine hanno stabilito che, assumendo le suddette velocità, i lavori di bonifica hanno efficacemente eliminato la causa del movimento franoso, riconducibile all’effetto delle acque sotterranee.

16 Analisi critica del lavoro sviluppato dagli autori Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Obiettivo del seguente elaborato consiste in un’analisi critica del lavoro sviluppato dagli autori, con particolare riferimento al monitoraggio. Dallo studio dell’articolo si può riscontrare che il lavoro degli autori, in generale, alterna fasi: Livello di approfondimento quasi eccessivo Trattazione abbastanza superficiale Caratterizzazione geologica: Composizione stratigrafica sito; Caratteristiche meccaniche del pendio e del deposito; Interazione tra i materiali di cui sono composti il pendio e il deposito e i fenomeni piovi, i fenomeni d’infiltrazione e di circolazione delle acque sotterranee. Caratterizzazione del fenomeno: volume; peso; Profondità superficie di scorrimento; TIPOLOGIA ???

17 Analisi critica del lavoro sviluppato dagli autori Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Solo nella fase di discussione dei risultati ottenuti tramite PSI vi è una sorta di classificazione: “ Slope mass ” (movimenti di massa) Vulliet (1999) Se si volesse utilizzare una classificazione riconosciuta e diffusa a livello internazionale come quella di Cruden e Varnes (1996) si potrebbe derivare dai valori di velocità forniti dagli autori la tipologia di fenomeno;

18 Analisi critica del lavoro sviluppato dagli autori Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Altro aspetto poco chiaro del lavoro svolto dagli autori è riferito al confronto per quanto riguarda l’arco temporale di acquisizione dei dati. Data set Metodo PSI 1992-2001 Data set Metodo in situ 1988-2006 Differenza netta tra i due archi temporali di acquisizione. Tralasciando le informazioni dal 1988 al 1992, non viene spiegato il perché non è fatto coincidere il termine finale di acquisizione dei dati. Si presume che ci si è fermati al 2001 perché è l’anno in cui i satelliti ERS hanno smesso di funzionare e quindi gli autori hanno deciso di non applicare la tecnica PSI a immagini fornite da satelliti diversi. Questa spiegazione, che risulta essere la più logica e plausibile, non viene fornita dagli autori.

19 Analisi critica del lavoro sviluppato dagli autori Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola La critica maggiore è però nella scelta dei punti in cui rilevare le misure di spostamenti con le due tecniche. Punti per il Metodo PSI esterni all’area di frana attiva Punti per il Metodo in situ interni all’area di frana attiva In prima lettura appare poco sensato confrontare due metodi di misura di spostamento che non si riferiscono a una stessa porzione di pendio ma a porzioni diverse; Si poteva pensare di posizionare dei diffusori permanenti a terra nell’aria della frana attiva nei pressi dei quattro delle rilevazioni in situ in modo da poter confrontare parametri ottenuti con metodologie diverse ma che si riferivano grossomodo alla stessa porzione di territorio.

20 Conclusioni Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola Solo leggendo la parte delle conclusioni del lavoro però si riesce a capire il perché di questa scelta; Il vero obiettivo del lavoro sviluppato dagli autori non era quello di confrontare le due metodologie per valutare e discutere quale fosse più appropriata o se vi era un riscontro tra i risultati ottenuti bensì era quello di valutare se l’intervento di bonifica, con la costruzione dei tunnel di drenaggio, era riuscito a rallentare o addirittura ad eliminare il movimento del complesso pendio-deposito di scorie. Ecco spiegato il fatto per il quale i punti dove applicare la tecnica PSI dovevano essere esterni all’area della frana attiva in modo da poter confrontare i valori di velocità con cui si muovevano rispetto ai valori di velocità con cui si muovevano i punti all’interno dell’area di frana attiva. Grazie per l’attenzione