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:
Prof. Ing. Michele Calvello
Studente:
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)
a) Componenti verticali e(b) orizzontali (E-W) da ERS; (c)
Componenti verticali e (d) orizzontali (E-W) da ENVISAT
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 OvestSud Ovest.
Gli spostamenti verticali più rilevanti sono
stati registrati dal satellite ERS (tra il 1992 e il
2002), nella parte alta del pendio.
- 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.
FONTI DAL WEB
• [1]http://www.miaria.regione.lombardia.it/shared/ccurl/962/590/Tencologia%20GBInSA
R_LiSALab.pdf
• [2]http://www.cartografiarl.regione.liguria.it/img/Remover/Commenti_Siti/GE013_com
mento_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/onmulti/ridefadbpo/Home/Pianificazione/PianostralcioperlAssettoIdrogeologicoPAI.html
GRAZIE PER L’ATTENZIONE