Università degli Studi di Salerno Dipartimento di Ingegneria Civile Laurea Magistrale in Ingegneria per l’Ambiente ed il Territorio Corso di Frane ANNO ACCADEMICO 2014-2015 ESERCITAZIONE n° 6 Analisi di un caso di studio descritto in un articolo scientifico in lingua inglese Docente: Prof. Ing. Michele Calvello Studente: Romeo Marco Matr: 0622500170 Risk analysis for the Ancona landslide—I: characterization of landslide kinematics Lo scopo degli autori è quello di stimare l’analisi del rischio per una serie di 39 edifici situati sulla frana di Ancona, la stima si basa sulla simulazione probabilistica della mediana delle velocità verticale annua e la mediana della velocità orizzontale annua. Analizzando le distribuzioni campionarie e definendo la frequenza della velocità in uscita dai relativi istogrammi Gli autori M. Uzielli et all APPROFONDIMENTO Un po’ di storia…… LA FRANA DI ANCONA DEL 1982 Inquadramento Geografico Notte del 12 Dicembre 1982 la collina “Montagnolo” inizia a dimensioni scivolare verso il mare Mattino del 13 Dicembre 1982 Si consumò il disastro Estensione circa 220 ettari (circa 11% dell’area urbana della città di Ancona); Profondità massima dell’ammasso coinvolto dal dissesto: 100 metri APPROFONDIMENTO Un po’ di storia…… 3.661 persone evacuate; 1562 persone furono alloggiati in albergo o in residenze messe a disposizione dagli Enti preposti; 500 persone persero il proprio lavoro; 280 edifici distrutti o danneggiati (per un totale di 865 abitazioni); Linea Ferroviaria Milano Lecce (Adriatica) e la strada regionale Flaminia danneggiate ed impraticabili APPROFONDIMENTO Un po’ di storia…… Le indagini geologiche e geotecniche portarono alla conclusione che il consolidamento risultava inaccettabile, sia per le ingenti somme da stanziare che per il forte impatto ambientale che tali opere avrebbero generato stravolgendo lo stato dei luoghi in modo sostanziale (rilevato a valle di più di 30 m). Matura così nell’Amministrazione Comunale la convinzione di doversi rapportare al fenomeno franoso con un atteggiamento di possibile “convivenza leggera”, ovvero orientato non ad un’eliminazione del rischio, risultato peraltro impossibile anche a fronte di ingenti opere di consolidamento, ma ad una riduzione dello stesso. Realizzando Early warning system APPROFONDIMENTO Early warning system Sistema di Monitoraggio INTEGRATO costituito da: APPROFONDIMENTO Early warning system Centro di Controllo: Ubicato presso gli Uffici del Comune di Ancona in connessione “CONTINUA” con i sensori in campo APPROFONDIMENTO Early warning system Organizzazione LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI La stima del rischio, attraverso l’ analisi della velocità media annua causata dalla cinematica della frana è stata fatta attraverso 2 step 1) Per la componente della velocità media orizzontale annua, sono stati interpolati e sviluppati i dati di riferimento catturati degli inclinometri nelle varie misurazioni negli anni, ed è stata definita la velocità attraverso metodi probabilistici con una funzione di distribuzione cumulativa empirica associata. 2) Per la componente della velocità media verticale annua, sono stati presi a riferimento i dati PSInSAR dai satelliti ERS-1, ERS-2 e ENVISAT, successivamente la velocità media è stata ottenuta attraverso una stima che si basa ,sulla simulazione probabilistica delle distribuzioni campionarie, definite dalla uscita degli istogrammi relativi alla frequenza dei dai in input. LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Orizzontale/annua I dati sono stati ottenuti attraverso 58 inclinometri con almeno 5 serie di misurazioni effettuate tra 2002 e il 2008. La velocità md/gg incrementale (ξ INd) (mm/gg) è data dallo spostamento incrementale tra 2 letture diviso il n. dei gg che si verificano tra le 2 letture, moltiplicando per 365 otteniamo quella annua (ξIN )(mm/anno) Dall’analisi di tutti gli inclinometri si è osservato che i fenomeni di scorrimento sono quasi continui, rafforzando così l'ipotesi fatta di stazionarietà temporale di scorrimento. Per ottenere le funzioni di distribuzione cumulativa, dai dati inclinometri sono stati presi a riferimento 12 profondità, considerate significative (D01, D03, D05, D10, D20, D30, D40, D50, D60, D70, D80, e D90). La funzione di distribuzione cumulativa empirica associata e la velocità media annua, sono stati calcolati per ogni inclinometro e per ogni riferimento di profondità LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Orizzontale/annua esempio del valore ξINmd stimato alla profondità D01 per gli inclinometri situati all'interno o vicino al perimetro della frana La variabilità spaziale dello spostamento misurato dall’inclinometro all'interno del perimetro della frana è stata valutata attraverso la gerarchica clustering. Successivamente,sono stati generati alberi di cluster gerarchici, applicando ogni singolo algoritmo e collegandolo allo specifico approfondimento della coppia distanza della matrice euclidea. Nel contesto specifico di questa caso studio il clustering gerarchico fornisce uno strumento utile per la selezione di una tecnica appropriata per la spazializzazione di velocità orizzontale Il Clustering o analisi dei gruppi è un insieme di tecniche di analisi multivariata dei dati volte alla selezione e raggruppamento di elementi omogenei in un insieme di dati. Le tecniche di clustering si basano su misure relative alla somiglianza tra gli elementi. In molti approcci questa similarità, o meglio, dissimilarità, è concepita in termini di distanza in uno spazio multidimensionale. LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Orizzontale/annua L'analisi dendrogramma è utile perchè permette una valutazione quantitativa del grado di dispersione delle grandezze di velocità orizzontale all'interno della frana, I dendrogrammi hanno provato che per tutta l’area della frana i movimenti sono lenti, ad eccezione della zona Barducci Ai fini del rischio dei 39 edifici, lo spostamento di terra è preso come parametro di riferimento per la caratterizzazione dell’ intensità della frana, ovviamente si deve stimare lo spostamento a terra nella posizione degli edifici stessi, però poiché queste posizioni non sono coincidenti con quelle degli inclinometri, può essere conveniente spazializzare la velocità media annua (successivamente utilizzato nel calcolo di spostamento) dalle stime puntuali disponibili tramite interpolazione algoritmi. I 39 edifici si trovano nelle sottozone I, II, e III, le altre sottozone IV, V, VI, e VII sono incluse allo scopo di caratterizzare la cinematica della frana. "estremamente lento" LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Orizzontale/annua la tecnica PS-InSAR essa si basa sull’osservazione che un piccolo sottoinsieme di bersagli radar (Permanent Scatterers, PS), identificabili con strutture antropiche o riflettori naturali stabili, è praticamente immune da effetti di decorrelazione geometrica e temporale, rendendo i segnali di fase dei PS stabili nel tempo. Le misure di spostamento e di velocità dei PS riguardano solo la componente dello spostamento e della velocità lungo la linea di vista del sensore (LOS) e sono di tipo relativo sia nel tempo (rispetto all’acquisizione di riferimento, immagine master) sia nello spazio (rispetto a un punto di riferimento considerato stabile, reference point) che consentono di ricavare informazioni solo su fenomeni da estremamente lenti a molto lenti (Cruden e Varnes, 1996) Come per il caso in esame LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Verticale/annua (orbita ascendente) I dati radar interferometrici sono stati utilizzati per stimare la componente verticale della velocità di scorrimento superficiale. Tale componente verrà utilizzata congiuntamente con la componente orizzontale ottenuta dai dati degli inclinometri per la quantificazione del rischio. Per il sito Ancona, i dati PSInSAR dai satelliti ERS-1 ed ERS-2 dell'Agenzia spaziale europea (ESA) erano disponibili per 42 ascendente immagini (dal 1992/08/23 al 2000/12/13) e 66 in discesa immagini (dal 11 giugno 1992 to 10 dicembre 2000); dati da ENVISAT (ENV) erano disponibili per 36 immagini ascendenti (dal 26 Feb 2003 per 22 ottobre 2008) (orbita discendente) LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Stima componete V. Verticale/annua A seguito della valutazione di stazionarietà temporale, la velocità verticale annua ξVTwas calcolata moltiplicando per 365 i dati del test è stata presa di riferimento per la caratterizzazione della componente verticale di scorrimento. Confronto tra i dati ERS e dati ENV gli istogrammi rappresentano la frequenza relativa di valori mediani e caratteristici di ξVT calcolati da ERS e dati ENV per il set completo di pseudo-localizzazione. Le differenze significative ξVT tra i campioni di Dati ERS e ENV suggeriscono un esame più approfondito sulla pertinenza dei dati per la valutazione del cinematismo della pendenza attuali. I dati ERS sono stati acquisiti nel periodo 1992-2000, cioè, prima della bonifica e opere di consolidamento, mentre i dati ENV riferiscono alla postbonifica periodo (2002-2008). Spazializzazione è stata quindi eseguita soggettivamente esaminando i valori mediani e caratteristici ξVT per i dati ENV. ANALISI CRITICA DEL LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Nel momento in cui si decide di utilizzare un’ applicazione di tecniche statistiche per un reale e complesso studio come quello di Ancona, vi sono sempre delle forti approssimazioni che portano sempre ad una analisi quantitativa e non qualitativa. Di fondamentale importanza è il periodo discontinuo di monitoraggio e il periodo di riferimento considerato, infatti i dati presi a riferimento sono dati raccolti tra il 2002-2008, questo periodo non cattura gli scenari estremi come quelli avvenuti nel 1982 Criticità sulla analisi della velocità orizzontale altro punto fondamentale sono la mancanze di continuità nelle letture nel corso degli anni, con un conseguente succedersi di diversi operatori e attrezzature che comportano errori sistematici e accidentali, infatti l’accuratezza delle misure inclinometriche dipende sia dalla qualità della strumentazione sia dalla cura prestata in fase di esecuzione delle misure ANALISI CRITICA DEL LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI scarsa distribuzione dei PS nelle varie sottozone infatti si evince che nelle sottozone I e III vi sono quattro PS che, tuttavia, sono sostanzialmente sovrapposti, nella sottozona V comprende due obiettivi, mentre tutte le altre sottozone non vi sono PS Criticità sulla analisi della velocità orizzontale Influenza molto la stima anche la temporaneità dei dati acquisiti infatti i dati acquisiti, dati ERS sono stati acquisiti nel periodo 1992-2000, cioè, prima della bonifica e opere di consolidamento, mentre i dati ENV riferiscono alla postbonifica periodo (20022008). ANALISI CRITICA DEL LAVORO SCIENTIFICO SVILUPPATO DAGLI AUTORI Per quanto riguarda l’analisi statistica svolta dagli autori, Il punto su cui, invece, è bene attrarre l’attenzione, è l’indispensabilità di eseguire il clustering, solo dopo, naturalmente, aver filtrato statisticamente i risultati; costruendo una serie di gruppi attorno agli elementi della serie, per evitare di portarsi dietro, il più possibile, elementi con valori non affidabili; tutto ciò, al fine di diminuire il rischio di costruire cluster errati. Nonostante i limiti prima citati, la stima del rischio quantitativa dettagliata in Uzielli et al. (2014 è coerenza con le esperienze esistenti in materia con la frana di Ancona BIBLIOGRAFIA http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10346-014-0474-0, DOI 10.1007/s10346-014-0474-0 Georisk Engineering S.r.l. ; Florence, Italy ; e-mail: [email protected] http://it.wikipedia.org/wiki/Storia_di_Ancona http://it.wikipedia.org/wiki/Funzione_di_ripartizione http://it.wikipedia.org/wiki/Clustering [http://it.wikipedia.org/wiki/Clustering_gerarchico http://it.wikipedia.org/wiki/Dendrogramma Convivenza delle popolazioni con un'area a rischio frana: il Caso di Ancona (Stefano Cardellini) [4th Meeting 15-17 Giugno 2009 Cagli (PU)] http://www.ambienteinliguria.it/eco3/DTS_GENERALE/20100421/Manuale_tecnico_1.pdf ANALISI DI FRANE LENTE IN AREA URBANA CON IL CONTRIBUTO DEI DATI PS-INSAR: IL CASO DI CASTELPAGANO (BN) Livia Arena*, Leonardo Cascini*, Settimio Ferlisi*, Fiorella Galluccio**, Italo Giulivo**, Fabio Matano***, Dario Peduto* https://corsofraneunisa2014.wordpress.com/2014/11/21/seminario-analisi-ed-interpretazione-di-spostamenti-superficiali-conlausilio-di-immagini-satellitari-acquisite-da-sar/ https://www.youtube.com/watch?v=WBDXKXAfxDE (documentario invisibile minaccia) http://www.fedoa.unina.it/2869/1/Milone_Statistica.pdf https://books.google.it/books?id=YwNFQ52JtbgC&pg=PA219&lpg=PA219&dq=L%E2%80%99unica+criticit%C3%A0+sta+nel+fatto+che +tale+metodo+impone+ai+gruppi+una+struttura+globulare+%28Everitt+e+Dunn2001%29&source=bl&ots=M_q2ybuWA&sig=4WBTBFryPacwPB_vAZnXA_eitk&hl=it&sa=X&ei=MLrUVKbVKY20afC_gdgO&ved=0CCEQ6AEwAA#v=onepage&q=L%E2%80%99unica%20criticit %C3%A0%20sta%20nel%20fatto%20che%20tale%20metodo%20impone%20ai%20gruppi%20una%20struttura%20globulare%20(Everi tt%20e%20Dunn2001)&f=false http://www.isprambiente.gov.it/Media/carg/note_illustrative/282_Ancona.pdf GRAZIE PER L’ATTENZIONE