REALIZZAZIONE DI UN MONITORAGGIO DI UN VERSANTE FRANOSO CON UN SISTEMA ROBOTIZZATO

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1 REALIZZAZIONE DI UN MONITORAGGIO DI UN VERSANTE FRANOSO CON UN SISTEMA ROBOTIZZATO Marco BALDO (*), Franco GODONE (*), Giorgio LOLLINO (*) (*) CNR IRPI Str. Delle Cacce, 73, 10135, Torino, tel , fax RIASSUNTO A seguito dell evento alluvionale del 16 ottobre 2000, in Val Germanasca (comune di Salza) si è innescato un fenomeno franoso che ha provocato l interruzione di una strada provinciale e rischio di sbarramento per il corso d acqua sottostante. L IRPI (Istituto di Ricerca per la Protezione Idrogeologia nel bacino Padano) è stato coinvolto nelle operazioni per la mitigazione del rischio. Dopo una serie di misure giornaliere con metodi di rilievo topografico tradizionale, vista la notevole velocità dell ammasso in frana, si deciso di proseguire il monitoraggio mediante l istituzione di un sistema automatizzato. Tale sistema è composto da una stazione robotizzata TCA2003 della Leica, connesso tramite collegamento radiomodem ad un Pc posto nelle immediate vicinanze. Un apposito software di controllo ed elaborazione dati (APSWin), gestisce in remoto il funzionamento del sistema e la compensazione delle misure tramite procedura automatizzata. La rete dei punti di misura sul versante in frana è stata organizzata in modo da avere 4 capisaldi di riferimento posti su manufatti stabili ed esterni al fenomeno e 16 prismi ubicati sul corpo franoso che hanno permesso il controllo in tempo reale dei suoi movimenti. La gestione dei dati rilevati e il controllo globale del sistema viene effettuato al Reparto Sistemi Sperimentali per il Monitoraggio Ambientale situato presso il CNR IRPI di Torino tramite collegamento GSM. ABSTRACT Following the flooding event of 16 th October 2000, the Germanasca Valley (North West of Turin, Italy) was interested by a wide landslide phenomenon that made a main road interruption and it is now generating the risk of interruption of a minor river. The IRPI Institute was immediately involved in all operations to mitigate the situation and a daily topographic measures sampling was set up to monitor the event. Considering the high speed of the landslide, it was then decided to pass to an automating monitoring adopting an automatic theodolite (a Leica TCA2003) connecting to a portable PC via modem. An ad hoc software was then improved to elaborate all data coming from the sampling and to control and adjust the measures. The grid on the interested area is organised in 4 points fixed on stable buildings not involved by the phenomenon and in 16 prisms on the landslide body. The control and monitoring of data coming from the grid is made at the main IRPI laboratory situated in Torino using a GSM connection. DESCRIZIONE DEL FENOMENO FRANOSO A seguito delle intense precipitazioni e delle particolari condizioni meteoclimatiche verificatesi tra il 13 e il 16 ottobre 2000, i bacini del Piemonte nord-occidentali sono stati interessati da fenomeni diffusi di piena fluviale, torrentizia e di franamento. In particolare, tale evento alluvionale ha provocato l attivazione di un fenomeno franoso lungo il versante sinistro della Val Germanasca, nel

2 territorio comunale di Salza di Pinerolo, tra le progressive Km e Km (Piemonte occidentale). Dai rilievi volti alla ricognizione dello stato dei luoghi risultava l effettiva presenza di inequivocabili indizi (fessure sulla superficie stradale, erosione alla base del versante in sponda sinistra del torrente Germanasca; rigonfiamento del muro a secco di sottoscarpa della rampa di accesso al tornante, scollamento della copertura detritica dal muro di sottoscarpa tirantato) dell innesco di un movimento franoso che coinvolgeva e metteva a rischio la struttura viaria. Contestualmente il rilevamento metteva in risalto l esistenza di un ampia area di frana coinvolgente sia il tratto di strada citato sia i settori di versante immediatamente più a ovest e più ad est. In particolare il settore nord-orientale si rivelava coinvolto in un fenomeno di instabilità di forte riattivazione. La morfologia e le dimensioni dell area instabile potevano infatti portare allo stato delle informazioni a disposizione, in caso di collasso, allo sbarramento del fondovalle. Si manifestava quindi, l urgenza di controllare l evoluzione del fenomeno per individuare le possibili azioni per la mitigazione del rischio. La zona di studio è costituita da depositi eluvio-colluviali che ricoprono il substrato roccioso costituito da micascisti appartenenti al Complesso Dora-Maira. Le evidenze di frana sono rintracciabili da una quota di 1300m s.l.m. circa, dove una serie di fessure segna, in modo discontinuo ma evidente, la sommità del corpo instabile, fino al torrente Germanasca dove la base dell accumulo sopravanza l alveo di magra del corso d acqua. Il fianco destro dell area instabile si situa in corrispondenza di una debole incisione che corre immediatamente all esterno del tornante della S.P. 169, mentre il fianco sinistro è delimitato da un incisione ricca d acqua e da un costone 200 m a N-E; la superficie di frana si estende per un totale di circa mq. In corrispondenza dell area in oggetto, la valle si presenta particolarmente incassata, con una larghezza di circa 30 m, in corrispondenza del ponte Corsetto (1200m s.l.m.) e circa 50 m in corrispondenza della passerella di legno. A S-O della frana e a monte del tornante (1271 m s.l.m.) sorgono alcune costruzioni di proprietà della Miniera di Talco Luzenac e l imbocco della galleria di miniera Paola; immediatamente prima della rampa di accesso al tornante si ubicano gli attuali uffici della Miniera di Talco e l imbocco della galleria Gianna. Tale situazione evidenziata in una riunione operativa avvenuta presso la Prefettura di Torino, ha messo in evidenza la necessità di approfondire le conoscenze sulla zona in frana e in tale sede sono stati pianificati una serie di interventi fra i quali l installazione di un sistema di monitoraggio topografico. DESCRIZIONE DEL SISTEMA DI MONITORAGGIO Sul versante opposto a quello oggetto di studio si è provveduto ad installare su pilastrino in calcestruzzo (basamento GDF21 con due viti calanti ed una fissa per altezza strumentale costante) una stazione totale servoassistita di precisione LEICA TPS system 1000 Modello TCA2003 con dispositivo ATR1 (Sistema automatico di collimazione), il tutto alloggiato in un abitacolo di protezione autonomo. L alimentazione del sistema è garantita dall allacciamento alla linea elettrica convenzionale. Tale sistema è suddiviso in tre livelli: 1. Strumentazione meccanica installata sul versante opposto a quello oggetto di studio; 2. Sistema di controllo e gestione della strumentazione robotizzata; 3. Sistema di comunicazione remoto per la gestione dei dati forniti dal sistema di monitoraggio.

3 -Caratteristiche tecniche dello strumento: Lo strumento garantisce precisioni sulle letture angolari Orizzontali e Verticali = 0.1 /0.1cc; Precisione angolare 0.5 (0,15 mgon = 1,5cc) Portata del distanziometro > 2500m con singolo prisma, Lettura 0,1mm. Precisione 1mm + 1ppm Precisione ATR1 < 1mm a 200m. Per motivi di sicurezza, il computer con il software di gestione APSWIN è stato installato nella foresteria degli impianti delle miniere di talco Luzenac ed è collegato al teodolite tramite radiomodem ed antenna direttiva. Il software si occupa della gestione delle misure secondo uno schema spazio-temporale progettato e realizzato dai tecnici del reparto sperimentale di monitoraggio ambientale del CNR IRPI. La trasmissione dei dati avviene tramite collegamento GSM tra computer portatile e stazione remota mediante software PC ANYWHERE. La rete di monitoraggio è composta da due serie di prismi: - 4 prismi fissi di controllo che definiscono la geometria di compensazione delle misure; - 16 prismi mobili consolidali al corpo franoso. I prismi di controllo sono stati installati su manufatti artificiali stabili ed esterni al fenomeno franoso (spigoli di case, tralicci dell alta tensione, ecc.), mentre i prismi mobili sono stati installati su tondini d acciaio infilati nel terreno per una profondità di circa 1 m, e sporgenti dal piano di campagna per altrettanti. Tutti i prismi sono stati equipaggiati con uno speciale tettuccio ribaltabile paraneve per evitarne, durante l inverno, l intasamento dovuto alla precipitazione. Il sistema è programmato per eseguire le misure (cicli) ad intervalli di tre ore, che vengono scaricate per l elaborazione finale dai tecnici del monitoraggio del C.N.R. IRPI con cadenza giornaliera. ELABORAZIONE E COMPENSAZIONE DEI DATI Il teodolite è stato configurato in modo da effettuare a monte delle misure sui prismi in area instabile, un controllo sulla rete dei punti fissi. Tali punti sono stati posizionati in modo da assumere una geometria regolare di contorno alla zona oggetto di studio, riassumibile in un quadrilatero con lati di dimensione grosso modo regolare. Dopo aver accertato la collimabilità dei prismi di controllo (situazione fortemente influenzabile dalle condizioni atmosferiche particolarmente rigide e variabili durante il periodo invernale), il teodolite procede alla ricerca dei prismi mobili effettuando per ciascuno di essi 6 misure, di cui tre in dritto e capovolto (regola di Bessel) fornendo la Standard Deviation della misura. Successivamente il programma di elaborazione e compensazione fornisce per ciascun punto un valore corretto secondo un ppm atmosferico, coefficiente dedotto da una routine speciale del software in base alla variazione del set di misure di controllo (cycle comparison) sui capisaldi fissi :

4 Fig.1 Sistema di riferimento locale e distribuzione dei punti Di seguito (Fig.2 ) si propone un grafico in formato cartesiano dell andamento del prisma n 3 dal ciclo n 1570 (20/06/2001) al ciclo n 1601 (25/06/2001). L asse delle X rappresenta un intervallo temporale, mentre quella delle Y un oscillazione in [mm] delle tre componenti del prisma secondo il sistema di riferimento locale fissato a priori. Fig.2 Variazione nelle tre componenti della posizione del prisma 3 E inoltre possibile l analisi di un trend di spostamento (Fig.3) sul set di misure rispetto a due cicli consecutivi o temporalmente spaziati.

5 POINT_ID, DELTA_HZ, DELTA_V, DELTA_SD, DELTA_X, DELTA_Y, DELTA_Z,DELTA_TIME Ref20, , , , , , 0.000,3,days,20:17:57 ref330, , , , , 0.001, ,3,days,20:17:58 Ref40, , , , 0.001, , ,3,days,20:17:52 111, , , , , , ,3,days,20:17:52 16, , , , 0.004, 0.002, ,3,days,20:17:49 2, , , , , , 0.000,3,days,20:17:48 9, , , 0.001, , 0.001, 0.001,3,days,20:18:14 107, , , 0.001, , 0.001, ,3,days,20:18:15 4, , , 0.002, , 0.001, 0.002,3,days,20:18:12 8, , , 0.000, , , 0.001,3,days,20:18:16 6, , , 0.002, , 0.002, 0.001,3,days,20:18:13 3, , , 0.002, , 0.001, ,3,days,20:18:07 14, , , , , , 0.003,3,days,20:18:09 115, , , , , , ,3,days,20:18:09 10, , , 0.003, , 0.003, 0.003,3,days,20:18:13 Fig.3 Analisi dei trend di spostamento di due cicli ( ) L esigenza di un quadro di sviluppo più dettagliato ha reso comunque indispensabile sviluppare ad hoc un foglio di lavoro in formato Microsoft Excel che consentisse il calcolo ciclo per ciclo dei vettori di spostamento dei singoli prismi in prospettiva planimetrica (Fig.4) e plano-altimetrica, nonché, grafici mostranti le velocità e le correlazioni con i dati pluviometrici durante i periodi alluvione e post-alluvione. Fig.4 Grafico mostrante i vettori di spostamento nelle due direzioni planimetriche X-Y CONCLUSIONI

6 Dopo alcuni mesi di funzionamento, serviti anche a testare lo strumento per garantirne il funzionamento nelle condizioni climatiche più disparate, si può affermare che il sistema installato per il controllo dell area instabile in località Gardiola- Val Germanasca è risultato pienamente rispondente a detta funzione richiedendo interventi di manutenzione molto ridotti e sempre per il ripristino delle funzionalità dei prismi. Inoltre, sebbene la configurazione di tale sistema consenta precisioni intrinseche stimate nell ordine di 3-5 mm, fattori esterni quali condizioni atmosferiche estremamente variabili, oscillazione dei prismi dovuti al carico della neve o al transito di animali, alla caduta di frasche e alla stessa entità del movimento, stimato durante il periodo di forti precipitazione in 4-5 cm/giorno, non rendono necessari standard di precisioni così elevate. Il grafico di fig.4 mostra infatti come nell arco di 5 mesi si siano verificati movimenti differenziati compresi tra 60 e 180 cm.