ESERCITAZIONE n° 6
Analisi di un caso di
studio
descritto in un
articolo scientifico
in lingua inglese
Docente:
Prof. Ing. Michele Calvello
Studente:
Giuliano Nicola Matr: 0622500174
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
Introduzione
Il seguente lavoro consiste in un’analisi critica di un caso studio
descritto nell’articolo intitolato :
Autori
Magda Čarman et al
“Le frane in un deposito di uranio
situato a Boršt (Slovenia) rilevate da
radar a interferometria”,
pubblicato nel 2014 sulla
rivista scientifica «Landslides»
Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola
Introduzione
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.
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Illustrazione del caso studio
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).
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Illustrazione del caso di
studio
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
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La frana del 1990
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.
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La frana del 1990
L’estensione della frana è visibile nella figura seguente
Volume
3 milioni di m3
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.
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Lavoro scientifico sviluppato
dagli autori
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.
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Illustrazione del caso di
studio – Metodo PSI
Grazie alla possibilità di misurare deformazioni con precisione
millimetrica, il metodo PSI è adatto per rilevare e indagare fenomeni
franosi a cinematica lenta.
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.
Per calcolare lo spostamento d viene utilizzata l’eq.
d = dLOS x S
dove:
• dLOS = spostamento lungo il
LOS (Line of Sight)
• S = l’effettivo rapporto di
spostamento rilevato
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Illustrazione del caso di
studio – Metodo PSI
La tabella seguente mostra come sono stati calcolati i valori di S per
ognuno dei tre PS attraverso la seguente equazione:
S = 1/(dT x u)
che rappresenta il prodotto scalare della pendenza vettoriale (dT) che
attraversa quella specifica PS e il versore di sensibilità (u).
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Illustrazione del caso di
studio – Metodi in situ
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.
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Illustrazione del caso di
studio – Metodi in situ
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.
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Illustrazione del caso di
studio – Metodi in situ
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.
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Illustrazione del caso di
studio – Metodi in situ
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.
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Illustrazione del caso di
studio – Metodi in situ
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.
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Analisi critica del lavoro
sviluppato dagli autori
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:
Caratterizzazione del fenomeno:
• Composizione stratigrafica sito;
• volume;
• Caratteristiche meccaniche del
pendio e del deposito;
• peso;
• 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.
• Profondità superficie di
scorrimento;
TIPOLOGIA ???
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Analisi critica del lavoro
sviluppato dagli autori
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;
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Analisi critica del lavoro
sviluppato dagli autori
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
• Data set Metodo in situ
1992-2001
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.
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Analisi critica del lavoro
sviluppato dagli autori
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.
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Conclusioni
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
Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-15; Docente: Prof. Ing. Michele Calvello; Studente: Giuliano Nicola