IMPIEGO DEI DATI PSINSAR PER L ANALISI DEI CEDIMENTI DI EDIFICI IN AREA URBANA: UN CASO DI STUDIO

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1 IMPIEGO DEI DATI PSINSAR PER L ANALISI DEI CEDIMENTI DI EDIFICI IN AREA URBANA: UN CASO DI STUDIO Dario Peduto, Leonardo Cascini, Livia Arena, Giuseppe Sorbino Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Salerno e-mai: dpeduto@unisa.it; l.cascini@unisa.it; liarena@unisa.it; g.sorbino@unisa.it Sommario La presente comunicazione illustra l impiego dei dati di interferometria differenziale PSInSAR per l analisi di un area del Comune di Baronissi in Provincia di Salerno all interno della quale alcuni fabbricati destinati ad edilizia residenziale hanno subito danni di diversa severità. L elaborazione dei dati telerilevati, a scala comunale e del singolo edificio, unitamente alle conoscenze disponibili sul sottosuolo dell area di interesse, ha fornito utili indicazioni per la comprensione dei fenomeni osservati, avendo consentito di individuare le aree a maggiore criticità e di delineare, al loro interno, le possibili cause cui riferire i danni registrati agli edifici Introduzione Lo studio dei fenomeni di subsidenza in area urbana richiede la disponibilità di informazioni su molteplici aspetti, che riguardano: l assetto stratigrafico del sottosuolo, le proprietà fisicomeccaniche dei terreni, il regime delle acque sotterranee, la tipologia fondale e strutturale, la misura dei cedimenti, etc. Con riferimento a quest ultimo aspetto si osserva che, negli ultimi anni, i dati acquisiti con le tecniche di interferometria differenziale DInSAR hanno dimostrato di poter fornire misure affidabili di spostamenti della superficie topografica anche su aree di rilevante estensione, con impegni economici e di tempo ridotti rispetto alle tecniche tradizionali. In considerazione delle grandi potenzialità della tecnica in questione, l Italia ed alcune regioni hanno investito molto in questo settore attraverso il finanziamento di progetti nazionali (Piano Straordinario di Telerilevamento, PST) e regionali (Progetto PODIS-Tellus in Campania e i progetti dell ARPA Piemonte, dell ARPA Emilia-Romagna, della Regione Lombardia, della Regione Liguria). Ed è proprio la lungimiranza di tali azioni che rende oggi disponibile a ricercatori, tecnici ed Enti preposti alla salvaguardia del territorio un dataset di rilievi DInSAR di grande significato tecnico che copre circa un ventennio di tempo con ricadute di sicuro interesse nel campo dell Ingegneria Civile (Cascini et al., 2006; 2007; 2011; etc). Un tipico esempio in tal senso è fornito dal caso di studio del Comune di Baronissi (SA) per il quale la elaborazione dei dati satellitari ha consentito, da una parte, di delineare le cause di un complesso caso di subsidenza che ha sede in una porzione del territorio comunale e, dall altra, di trarre elementi di valutazione di sicuro interesse per quanto concerne i danni occorsi alla scala del singolo edificio. Alcuni dei dati salienti messi in luce dallo studio svolto sono qui di seguito illustrati e discussi. L area di studio L area oggetto di studio è ubicata in località Cariti del Comune di Baronissi (Figg.1a-b), in Provincia di Salerno (Fig.1a), e si sviluppa all interno di una pianura alluvionale, immediatamente a ridosso delle ultime propaggini dei rilievi dolomitici costituenti l ossatura

2 dell Appennino Campano (Santoro, 2001). Nel sottosuolo si rinvengono, in prevalenza, sia terreni detritici derivanti dal degradamento e dilavamento dei rilievi circostanti e sia terreni di natura piroclastica la cui origine è da attribuire al vulcanismo del Somma-Vesuvio e di apparati vulcanici campani più antichi (Santoro, 2001). Un assetto stratigrafico tipico nell area di interesse, unitamente all indicazione dei livelli di falda (Di Rosario, 2002), è fornito in Figura 1c. Nell area di studio (Fig.1c), sono stati realizzati, tra il 2002 e il 2005, 14 edifici nell ambito di un area destinata a P.E.E.P. dal comune di Baronissi. La tipologia strutturale ricorrente consta di un piano interrato, adibito ad autorimessa, un piano terra porticato, che in alcuni casi ospita attività commerciali, e da un numero di piani fuori terra, variabile tra tre e quattro, per civile abitazione (Ascione et al., 2011). Tutti gli edifici sono realizzati con struttura intelaiata in calcestruzzo armato, con pilastri e travi a sezione rettangolare e solai latero-cementizi. Le fondazioni sono di tipo superficiale, prevalentemente costituite da travi rovesce e, in alcuni casi, da platee nervate (Ascione et al., 2011) Nell area di studio, a partire dal maggio 2011, si sono registrati danni evidenti agli edifici che, in alcuni casi, hanno pregiudicato la funzionalità delle aree adibite a box auto interrati (come nel caso del Lotto 9, bordato in rosso in Figura 1b) e, in altri, hanno compromesso l estetica dei fabbricati per l apertura di consistenti lesioni in corrispondenza dei giunti tra corpi di fabbrica contigui (come nel caso del Lotto 11, bordato in blu in Figura1b). a) b) Lotto 11 Lotto 9 c) Figura 1. a) area di studio; b) ubicazione dei sondaggi e dei pozzi; c) stralcio di una sezione stratigrafica tipo. I dati PSInSAR e loro distribuzione nell area La Regione Campania, attraverso il progetto PODIS TELLUS, si è dotata di dati di interferometria differenziale SAR e, in particolare, PSInSAR (Ferretti et al., 2001), a copertura totale del territorio di propria competenza. La tecnica in questione consente il riconoscimento nelle immagini di singoli punti di riferimento (denominati Permanent Scatterers, PS) praticamente immuni da effetti di decorrelazione geometrica e temporale. I punti PS corrispondono principalmente ad elementi antropici (quali edifici, antenne, etc.) o naturali (per es. blocchi di roccia esposti). I valori medi di accuratezza che è possibile ricavare in corrispondenza di ogni singolo PS è di 1mm/anno sulle velocità medie e di alcune decine di millimetri sulla singola misura di spostamento (Cascini et al., 2006). Per l area di studio sono stati utilizzati, per il periodo giugno dicembre 2000, i dati PSInSAR (Fig.2 a-b) relativi ad immagini acquisite dai satelliti ERS 1 ed ERS 2 dell Agenzia Spaziale Europea (Fig. 2a) su orbite ascendenti e discendenti; per il periodo marzo agosto 2007 sono stati, invece, acquisiti i dati RADARSAT1 dell Agenzia Spaziale Canadese,

3 su orbite ascendenti e discendenti (Fig.2b). L analisi preliminare dell insieme dei dati acquisiti ha evidenziato che nell area investigata ricadono: con riferimento al sensore ERS 1-2, 465 PS su orbita ascendente e 614 PS su orbita discendente; con riferimento al sensore RADARSAT1, 346 PS su orbita ascendente e 348 PS su orbita discendente. Vale la pena evidenziare che il dataset di immagini ERS è relativo ad un intervallo temporale ( ) precedente la realizzazione dei fabbricati nell area di studio; il dataset RADARSAT1 ( ) è, invece, rappresentativo di un periodo che, per la maggior parte degli edifici, è successivo alla data di completamento dei lavori. a) b) Lotto 9 Lotto 11 Figura 2. Distribuzione dei dati PSInSAR sull area di studio: a) ERS1 ed ERS2 su orbita ascendente e discendente; b) RADASAT1 su orbita ascendente e discendente. Nel seguito vengono descritte le analisi condotte con l ausilio dei dati PSInSAR relativamente ai due diversi periodi di osservazione. In particolare, seguendo la procedura descritta in Cascini et al. (2007) i dati PSInSAR sono stati elaborati preliminarmente a scala comunale per l individuazione di aree critiche; all interno di queste ultime si sono, quindi, condotte analisi di maggior dettaglio alla scala del singolo edificio. Analisi dei dati PSInSAR Analisi multitemporale a scala comunale Al fine di investigare l estensione dell area interessata da spostamenti della superficie topografica, nonché la direzione prevalente di tali movimenti, si è proceduto alla generazione di una cartografia rappresentativa della velocità media di spostamento lungo le due direzioni verticale e orizzontale (Figg.3 a-d). A tal fine è stata adottata la procedura descritta in Manzo et al. (2006) e Cascini et al.(2011) che si avvale dell utilizzo dei dati PSInSAR relativi ad entrambe le orbite. Come si può osservare nelle Figure 3a e 3b nell area di studio, nel periodo , si raggiungono valori di velocità media sia in direzione orizzontale e sia in direzione verticale - che superano la soglia di movimento pari a 2mm/anno (Cascini et al., 2009) solo in porzioni molto limitate del territorio. Con riferimento al periodo (Figg. 3c-d) che, come detto in precedenza, inizia con la conclusione dei lavori di costruzione della quasi totalità degli edifici nell area di interesse, i valori di velocità media registrati dai dati PS aumentano sensibilmente, attingendo valori fino ad oltre 5mm/anno in corrispondenza di una porzione ristretta di territorio in cui ricadono anche i Lotti 9, 11 (Figg.3c 3d). Nello

4 Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica IARG 2012 stesso periodo si osserva, tuttavia, una generale espansione delle aree sede di un qualche cedimento già nel periodo precedente, con significativo aumento al loro interno dei valori delle velocità medie. a) b) Est Ovest d) c) Lotto 9 Lotto 9 Lotto 11 Lotto 11 Est Ovest Figura 3. Velocità derivate dalla combinazione di dati PSInSAR lungo la direzione orizzontale e verticale nei periodi (a, b) e (c, d). Analisi multi temporale alla scala dell edificio Le analisi di maggiore dettaglio hanno riguardato il Lotto 11 (Figg.4 a-f) ed il Lotto 9 (Figg.5 a-e) vale a dire le strutture in corrispondenza delle quali sono stati attinti i maggiori valori di velocità e, quindi, di spostamento medio nel tempo. In particolare, per l edificio del Lotto 11 le analisi a scala comunale hanno evidenziato che il moto è prevalentemente verticale (Fig.3c e 3d) e, in accordo con tale evidenza, le misure PS disponibili sono state dapprima divise per il coseno dell angolo di vista del sensore (35 nel caso di RADARSAT) e, quindi, interpolate sull edificio a diverse date ricavando sia gli andamenti dei cedimenti cumulati in direzione verticale (Fig.4b) e sia le corrispondenti rotazioni relative β (Fig.4c) lungo la sezione longitudinale di mezzeria del fabbricato. Da tali profili è possibile notare che i cedimenti aumentano nel tempo a partire dal 2003 e raggiungono i massimi valori (circa 6 cm) in corrispondenza del limite nord del fabbricato, risultando di minore entità sull estremità posta a sud. I valori delle rotazioni relative, sebbene molto modesti, attingono anch essi i valori massimi nelle sezioni prossime al limite nord del fabbricato. I sopralluoghi effettuati successivamente alla elaborazione dei dati satellitari hanno rivelato un quadro fessurativo in totale sintonia con quest ultimi, essendo state riscontrate lesioni diffuse alla pavimentazione esterna (Figg. 4 d-e), lesioni ai tompagni di bordo (Fig.4f) e ai coprigiunti di collegamento con l edificio del Lotto 12, mentre non si sono osservate lesioni degne di menzione in corrispondenza di altre sezioni dell edificio.

5 Figura 4. Lotto 11: a) distribuzione dei dati PSInSAR; b) diagramma dei cedimenti e c) delle rotazioni relative misurati lungo la sezione longitudinale S-N; d) lesioni rilevate all edificio in corrispondenza di un gradino esterno, e) di un marciapiede e f) di un tompagno. Figura 5. Lotto 9: a) distribuzione dei dati PSInSAR sull edificio; andamento nel tempo della componente verticale (b) ed orizzontale (c) dello spostamento lungo il LOS; d) locale terraneo: i cedimenti differenziali di un corpo di fabbrica rispetto all altro hanno compromesso la funzionalità delle porte di accesso ai box auto; e) lesioni sui tompagni nel locale terraneo. Con riferimento al Lotto 9 (Fig. 5a), sono disponibili due PS, uno su orbita ascendente e uno su orbita discendente. Come si evince dalla mappa di Figura 3, le velocità orizzontali e verticali sull edificio sono tra loro confrontabili; pertanto, in Figura 5 sono riportate le componenti verticali (Fig.5b) ed orizzontali (Fig.5c) dei vettori di spostamento acquisiti lungo la LOS che mostrano la presenza di movimenti differenziali tra i due PS in entrambe le

6 direzioni. Circostanza questa ulteriormente confermata da un sopralluogo eseguito presso l edificio, che ha evidenziato come i danni di maggiore severità - che hanno in parte compromesso la funzionalità della struttura (i.e. difficoltà di accesso ai box auto, Fig.5d, e lesioni diffuse sui tompagni, Fig.5e) - si siano registrati proprio in corrispondenza della zona di contatto tra il corpo principale (PS rosso) e la struttura che ospita i box interrati (PS verde). Commenti sulle fenomenologie osservate Al fine di trarre ulteriori elementi di giudizio sulle fenomenologie osservate, è stata eseguita un analisi dei carichi per i Lotti 9 e 11 in modo da pervenire a una valutazione preliminare dei cedimenti con l ausilio degli elementi disponibili su: costituzione del sottosuolo; caratteristiche di deformabilità dei litotipi presenti; regime delle pressioni neutre (Ascione et al., 2011). Considerando che i risultati del calcolo indicano valori dei cedimenti in fondazione dell ordine di grandezza di quelli misurati ed osservando l andamento dei cedimenti al di fuori delle aree di impronta degli edifici, si può arguire che l area era sede dei fenomeni descritti già in tempi antecedenti alla realizzazione della lottizzazione e che tali fenomeni si sono aggravati nel tempo in seguito alla costruzione degli edifici, nonché per il persistere e, probabilmente, l aggravarsi delle cause che localmente avevano indotto cedimenti fin dai primi anni 90, anche se di entità ridotta e non riscontrabili in assenza di dati strumentali. Con la finalità di pervenire ad un quadro di conoscenze più dettagliato, è stata programmata una campagna geotecnica in sito e di laboratorio ad integrazione dei dati disponibili che, in ogni caso, sono risultati utili alle valutazioni riportate nella presente comunicazione. Ringraziamenti Le analisi presentate sono state in parte condotte nell ambito di una Convenzione stipulata tra il Comune di Baronissi e il Dipartimento di Ingegneria Civile dell Università di Salerno. Bibliografia Ascione L., Cascini L, Sorbino G., Peduto D., Arena L., Giordano A., Spadea S. (2011) Sull analisi geotecnica e strutturale degli edifici afferenti al Piano PEEP in località Cariti nel Comune di Baronissi. Relazione Tecnica. Cascini L., Ferlisi S., Fornaro G., Lanari R., Peduto D., Zeni G. (2006), Subsidence monitoring indinsarno urban area via multitemporal DInSAR technique. International Journal of Remote Sensing, 27 (8), Taylor and Francis. Cascini L., Ferlisi S., Peduto D., Fornaro G., Manunta M. (2007), Analysis of a subsidence phenomenon via DInSAR data and geotechnical criteria. Rivista Italiana di geotecnica, 4, Cascini, L., Ferlisi, S., Fornaro, G., Peduto, D., Manunta, M., Zeni, G. (2007b), A land subsidence study via DInSAR technique over large urbanized areas. Convegno Urban Urban Remote Sensing Joint Event URS 2007, Parigi, aprile Cascini L., Ferlisi S., Peduto D., Fornaro G., Arena L. (2011), Monitoraggio con tecniche satellitari di aree urbanizzate in subsidenza. Atti del XXIV Convegno Nazionale di Geotecnica Innovazione tecnologica nell ingegneria geotecnica, Napoli giugno 2011, Edizioni AGI, , ISBN Di Rosario A. (2002). Relazione geologica-tecnica Ferretti A., Prati C., Rocca F. (2001). Permanent scatterers in SAR interferometry. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 39 (1), 8 20 Manzo M., Ricciardi G.P., Casu F., Ventura G., Zeni G., Borgstrom S., Berardino P., Del Gaudio C., Lanari R. (2006). Surface deformation analysis in the Ischia Island (Italy) based on spaceborne radar interferometry. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 151, Santoro U. (2011). Relazione Geologica