UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l’ambiente ed il territorio
CORSO DI FRANE
Anno 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)
DOCENTE:
Prof. Ing. Michele Calvelllo
STUDENTE:
Anna Sara Amabile
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 TERRITORIALE
FRANE 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 AMBIENTALE
Il 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 nordappenninica (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 STRATIGRAFICA
Il 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 3
Profondità [m]
Descrizione stratigrafica
Fino a 5.30
Argilla limosa grigio
nocciola con ghiaia e ciottoli
di natura calcarea
Fino a 12
Argilla debolmente limosa
grigia con trovanti
decimetrici di natura calcarea
Profondità [m]
Descrizione stratigrafica
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
MONITORAGGIO
Al 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
• 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 NEUTRE
Le misure piezometriche condotte nello
stesso periodo individuano la presenza del
piano di falda in prossimità della superficie
topografica.
FOTOGRAMMETRIA AEREA
Risultato 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
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)
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)
MISURE GPS
I 2 rilievi cinematici,
effettuati
sull’intera
• Movimenti
planimetrici
(Nord-Est)
edarea di
frana, hanno
passarepoints
da unoe studio
altimetrici
perpermesso
differentidiMarked
puntuale,
riferito
cioè aiinvertici
GPS
Pegged
points,
ottenuti
seguito
aglidistribuiti
lungo profili prestabiliti,
ad uno areale
più
aggiustamenti
dei dati osservati.
Quadrati,
completo.
La densità
elevata delle
misure, 1
triangoli
e cerchi
rappresentano
rispettivamente
per metro
è sufficiente
per
lepunto
componenti
deglicirca,
spostamenti
in direzione
l’interpolazione
su griglia regolare e per la
Nord,
Est e verticale.
determinazione di un DEM.
• Vettori
di spostamento totale dei punti
monitorati ottenuti da osservazioni GPS
Rapido-statiche (coordinate UTM), ottobre
2000-luglio 2001
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 subcentimetriche 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
CONSOLIDAMENTO
Partendo 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 SPONDALE
Al 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.
Filter Unit
Massi ciclopici
Massi ciclopici e gabbionate
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.
Grate vive
Fascinata viva con ramaglia
Plificate vive
Gabbionate
Gradiate vive
Palizzata semplice
Viminata viva
Briglia
GRAZIE PER L’ATTENZIONE