PREMESSA IL PROGETTO DI MONITORAGGIO Generalità Gallerie: grandezze di interesse e grandezze da misurare...

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2 I N D I C E PREMESSA IL PROGETTO DI MONITORAGGIO Generalità Gallerie: grandezze di interesse e grandezze da misurare Strumenti e tecniche di installazione Monitoraggio degli spostamenti superficiali...8 2

3 PREMESSA Nella Relazione Geologica e Geoidrologica (GL-R1) sono state segnalate due deformazioni gravitative profonde di versante (di seguito, DGPV), ovvero movimenti gravitativi di versante coinvolgenti grandi masse rocciose, caratterizzati da scala e velocità di movimento intermedie tra quelle proprie dei fenomeni franosi s.s. e quelle dei fenomeni tettonici propriamente detti. Nella suddetta Relazione si evidenzia che la prima delle due DGPV coincide con il versante meridionale del rilievo Il Casino Canalone, mente la seconda è ubicata sul versante meridionale della collina che culmina con il Castello Arechi (Fig. 1). Figura 1. Ubicazione delle DGPV. In azzurro, il tracciato del opera in progetto. È da osservare che la prima DGPV è stata riportata anche nella cartografia dell Autorità di Bacino Destra Sele, mentre la seconda è stata ipotizzata in via cautelativa, sulla base di analogie litostutturali con il primo fenomeno. In tutti e due i casi, non sono noti movimenti in atto. Le gallerie Cernicchiara-San Leo e Poseidon-Ligea attraversano i due rilievi nei quali sono state riconosciute le evidenze riconducibili a DGPV. Trattandosi di fenomeni che si 3

4 caratterizzano per le bassissime velocità di spostamento e per le ingenti masse coinvolte, essi non possono essere affrontati con le usuali tecniche d intervento destinate alla bonifica dei versanti instabili. Si deve piuttosto prevedere un adeguato controllo strumentale, in fase non solo di scavo, ma anche di esercizio delle due gallerie. Il monitoraggio, superficiale e profondo, dovrà essere pianificato per un intorno significativo a cavallo della fascia di intersezione tra gallerie ed ipotetico piano di scorrimento delle DGPV, integrando tecniche tradizionali ed innovative. 4

5 1. IL PROGETTO DI MONITORAGGIO 1.1 Generalità Il monitoraggio dell opera che si intende realizzare ha lo scopo di fornire informazioni circa gli effetti di interazione tra le gallerie e i movimenti gravitativi profondi identificati lungo il tracciato. A tal fine, il monitoraggio sarà eseguito in una o più sezioni delle gallerie, nella zona di transizione tra la parte di ammasso roccioso potenzialmente in movimento e quella stabile, in quanto è proprio in questa zona che si manifesterebbero con più evidenza sulle strutture gli effetti del movimento. Per sua natura, questo monitoraggio è concepito per essere di lungo termine, e possibilmente il più automatizzato possibile. La manutenzione e la verifica manuale periodica dell installazione devono comunque essere garantiti nel tempo. Il monitoraggio dell opera dovrà essere integrato dal controllo di possibili spostamenti superficiali, per il quale si propone il ricorso congiunto a misure satellitari e di campo. 1.2 Gallerie: grandezze di interesse e grandezze da misurare Per quanto detto, si può ritenere che nel caso in esame le grandezze di interesse siano essenzialmente i carichi sul rivestimento e/o le sollecitazioni interne negli elementi strutturali del rivestimento. Maggiori dettagli sull utilizzo e sul ruolo della strumentazione nel campo delle opere in sotterraneo sono forniti da Cording et al. (1975), Schmidt (1976), FHWA (1980), Dunnicliff et al. (1981), Kovari (1983), ASCE (1984), Dunnicliff (1988), Tunnelling 94 (1994). Gli strumenti per la misura delle grandezze di interesse sono numerosi così come numerose sono le tecniche di installazione riportate nella letteratura tecnica sull argomento. D altronde, è ben noto che il monitoraggio delle gallerie non è operazione semplice, come testimoniano numerosi casi documentati di insuccessi. In generale, buone misure si ottengono non solo utilizzando strumenti affidabili e robusti, ma anche e soprattutto scegliendo un opportuna ed adatta tecnica di installazione. Di fatto, nella maggior parte dei casi gli insuccessi sono causati dalla mancanza di cura nella scelta di piccoli dettagli di installazione piuttosto che nella scelta degli strumenti. In letteratura esistono diversi esempi di monitoraggi eseguiti con misure dirette o indirette delle sollecitazioni nei rivestimenti, oppure con misure delle sollecitazioni a tergo del rivestimento, da cui dedurre le sollecitazioni nei rivestimenti. 5

6 Le prime sono di esecuzione più semplice rispetto alle seconde, come dimostrato dal fatto che i casi di monitoraggi ben riusciti riportati nella letteratura tecnica sono per esse in numero decisamente maggiore. La misura delle sollecitazioni nei rivestimenti può avvalersi di tecniche e strumenti diversi in funzione della tecnologia esecutiva e dei materiali utilizzati per il rivestimento stesso. In linea di principio si possono misurare direttamente le sollecitazioni oppure, dalla misura delle deformazioni, dedurre opportunamente il valore delle sollecitazioni. Questo passaggio in genere non è molto complicato. D altro canto, la misura dei carichi agenti sul rivestimento richiede generalmente installazioni più complesse e strumenti più sofisticati rispetto a quelli necessari per effettuare le misure riportate al punto precedente. Tale misura è quanto mai complicata perché è estremamente probabile che la grandezza da misurare sia molto influenzata inizialmente dalla procedura di installazione degli strumenti e successivamente dalla semplice presenza degli strumenti. A tale riguardo si può certamente sostenere che in letteratura i tentativi di misure con celle di pressione a tergo del rivestimento che non hanno dato buon esito sono sicuramente più frequenti e numerosi di quelli che hanno riportato buoni risultati. Sulla base di quanto detto, nel caso in esame si ritiene opportuno installare strumenti in grado di misurare le deformazioni degli elementi strutturali che costituiscono il rivestimento, al fine di risalire alle sollecitazioni agenti Strumenti e tecniche di installazione Monitoraggio automatico La misura delle deformazioni nel rivestimento definitivo dovrà riguardare l intera sezione con continuità. Per tale rivestimento si suggerisce l utilizzo di estensimetri a corda vibrante, adeguatamente confezionati per essere annegati nel getto di calcestruzzo. Tali estensimetri dovranno essere opportunamente installati prima del getto e tenuti in posizione con accorgimenti da stabilire sulla base della tecnica e delle fasi previste nel getto. Si prevede la necessità di utilizzare almeno due estensimetri per ogni punto di misura, da fissare in prossimità sia dell estradosso, sia dell intradosso del rivestimento. Per ciascuna sezione si suggerisce di prevedere almeno sei punti di misura, di cui uno in chiave, due in posizione opposta rispetto all asse della galleria ed in corrispondenza di 6

7 quelli predisposti sulle centine del rivestimento provvisorio, due in corrispondenza della zona bassa dei piedritti, ed uno al centro dell arco rovescio. Tutti gli estensimetri saranno installati, ovviamente, con il segmento rappresentativo della base di misura disposto nel piano della sezione trasversale della galleria, in modo, cioè, da misurare esclusivamente le deformazioni che si sviluppano in tale piano. In ogni sezione sarebbe utile prevedere almeno un estensimetro da montare ortogonalmente agli altri, ossia con base di misura orientata in senso longitudinale. In tal caso i dati raccolti da tale estensimetro ( dammy gauge ) saranno utilizzati in modo opportuno per valutare l influenza di vari fattori ambientali (temperatura, umidità, ritiro del calcestruzzo, ecc.) sulle misure degli estensimetri. La scelta dei trasduttori estensimetrici a corda vibrante è dovuta al fatto che tali trasduttori sono quelli che meglio si prestano ad essere utilizzati in queste applicazioni, e garantiscono le più elevate percentuali di corretto funzionamento a lungo termine. A tale proposito bisogna evidenziare che nelle sezioni strumentate le operazioni di getto dovranno essere eseguite con la massima cautela, e che anche in questo caso sono state riportate piuttosto frequentemente osservazioni di cattivo funzionamento di una percentuale non esigua di strumenti (dell ordine del %). La strumentazione descritta può essere facilmente asservita ad un sistema automatico di acquisizione programmabile costituito da unità multicanale ( multiplexer ) e da unità di acquisizione ed alimentazione ( data logger ). Monitoraggio manuale Un controllo che è quasi sempre eseguito per accertare le condizioni di stabilità del rivestimento è quello delle misure di convergenza. Anche nella letteratura più recente tali misure sono piuttosto frequenti e la loro esecuzione è generalmente affidata a sistemi manuali che richiedono la presenza di operatori. I sistemi più utilizzati sono di tipo ottico o meccanico. Nel primo caso, le applicazioni più recenti mostrano come sia possibile utilizzare con pieno successo stazioni totali in grado di fornire con buona accuratezza le convergenze della galleria, ossia variazioni della lunghezza di corde scelte opportunamente a congiunzione di determinati punti del rivestimento. Il costo di una stazione totale è elevato e la spesa per l acquisto non risulta giustificata se non nel caso di opere di una certa importanza. Inoltre, in 7

8 condizioni ambientali particolarmente difficili, l utilizzo di questo strumento non risulta sicuramente agevole. Nel secondo caso, si ricorre ad estensimetri del tipo a nastro. Questo strumento è costituito da un nastro realizzato con leghe metalliche piuttosto stabili alle variazioni termiche avvolto in un meccanismo dotato, nelle versioni più recenti, di dinamometri elettronici. Come nel caso precedente bisogna individuare preventivamente dei punti fissi sul rivestimento onde poter misurare le variazioni di lunghezza delle corde congiungenti (convergenze). La presenza del dinamometro consente di portare il nastro steso tra i due punti ripetutamente allo stesso livello di tensione (uguale sforzo di trazione) garantendo una buona ripetibilità della misura. L accuratezza di entrambi gli strumenti risulta piuttosto variabile in funzione sia del tipo di strumento sia delle condizioni di utilizzo. In entrambi i casi e con riferimento a corde lunghe circa 10 m variazioni dell ordine di 1 mm sono misurabili con affidabilità. Nella galleria in esame è auspicabile che le misure di convergenza siano effettuate almeno con frequenza mensile nella fase iniziale di vita dell opera. Dopo qualche mese di osservazione, l intervallo temporale tra una misura e l altra potrà essere aumentato a sei mesi. 1.3 Monitoraggio degli spostamenti superficiali Il recente sviluppo tecnologico nel campo della sensoristica e delle telecomunicazioni ha permesso di superare molte delle difficoltà e delle limitazioni associate ai tradizionali sistemi di monitoraggio dei versanti. L'integrazione delle diverse tecniche in ambiente GIS (es.: interferometria radar, scansione laser 3D, tecniche di telerilevamento iperspettrali o ad altissima risoluzione, reti di monitoraggio strumentale), permette di estrarre informazioni significative sia per analisi del territorio di area vasta che a scala di singolo sito. Tra le tecniche più recenti si annovera l interpretazione di immagini satellitari ad alta risoluzione riprese con sensori SAR (Synthetic Aperture Radar). Una tecnica di elaborazione delle immagini acquisite da un sensore SAR che sembra avere le potenzialità per fornire un utile contributo allo studio ed al monitoraggio di movimenti di versanti lenti intermittente è l Interferometria Differenziale (DInSAR), che si basa sull analisi delle differenze del valore di fase tra due acquisizioni effettuate in istanti temporali diversi. L obiettivo della DInSAR nel monitoraggio dei pendii instabili è quello di isolare il contributo di fase dovuto ad un eventuale movimento del bersaglio intercorso tra le due acquisizioni 8

9 successive ovvero alla variazione della distanza sensore-bersaglio a terra. Una tecnica che ha permesso di migliorare i risultati della Interferometria Differenziale classica è quella dei Diffusori Permanenti o Permanent Scatterers (PS), brevettata dal Politecnico di Milano nel I PS sono bersagli a terra che hanno la caratteristica di preservare l informazione di fase nel tempo ed al variare della geometria di acquisizione e quindi permettono, rispetto alla DInSAR convenzionale, di identificare più facilmente i diversi contributi di fase ed isolare la sola componente di deformazione del terreno. I PS sono parti di edifici, strutture di metallo, rocce esposte; di solito si tratta di elementi già presenti al suolo, ma in alternativa è possibile fare uso di riflettori artificiali (corner reflector), all uopo realizzati. La tecnica PS è applicabile se la densità dei PS nello spazio è superiore ai 5-10 PS/Km 2 ed i movimenti dei bersagli sono caratterizzati da velocità inferiori a 5-6 cm/anno. L accuratezza che è possibile raggiungere è elevata: 1-2 mm/anno sulla singola misura e mm/anno sul trend medio di deformazione su ciascun PS. In ambito geologico, la metodologia risulta particolarmente efficace nel monitoraggio di fenomeni di deformazioni a bassa velocità, quali ad esempio le frane da scivolamento lento, le deformazioni gravitative profonde di versante (DGPV), oppure per l individuazione di aree soggette a fenomeni di subsidenza. Il controllo di eventuali movimenti verticali, espressi in mm medi per anno, può essere a vasta scala (ad esempio a scala regionale o provinciale) o a scala locale (singoli edifici o singoli fenomeni franosi). L indagine, per quanto riguarda i movimenti di versante s.l., consente in particolare di aggiornare le conoscenze per quanto concerne lo stato di attività e la delimitazione geometrica. In Campania, il Settore Difesa del Suolo dell Ente Regione, con il Progetto TELLUS ha acquisito tecnologia e know-how nel campo dell interferometria applicata all analisi dei movimenti lenti del terreno, e dispone oggi, a copertura regionale, delle serie storiche di dati satellitari provenienti dai satelliti ERS1 e ERS2 per il periodo , elaborati dal PODIS Campania (Unità di Supporto Locale n. 6 del Progetto Operativo Difesa del Suolo del Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare, Mis. 1.2 PON ATAS ), e delle serie storiche di dati provenienti da Radarsat 1 per il periodo , elaborati dal MARSec a seguito dell Accordo Quadro Regione Campania - Provincia di Benevento (D.G.R. n. 155/07 s.m.i.). Grazie alle suddette attività è oggi possibile consultare il database regionale di PS disponibili sul territorio sul sito 9

10 In particolare, a fronte di una discreta densità di PS nelle aree circostanti, i settori di versante direttamente interessati dalle DGPV ospitano un solo PS (loc. Il Casino - Fig. 2), il che rende necessario il ricorso ad un adeguato numero di corner reflectors, per raggiungere quella densità minima di PS prima richiamata, utile alle osservazioni satellitari. Queste ultime, a partire dalla fase di scavo delle gallerie, dovranno essere commissionate ed acquistate da uno dei vari soggetti (es.: ESA) che, in ambito internazionale, gestiscono la costellazione di satelliti orbitanti intorno al nostro pianeta. Figura 2. Permament Scatterers disponibili, per l area d interesse, nel database della Regione Campania Settore Difesa del Suolo. Lo stato attuale delle conoscenze richiede però una validazione al suolo dei dati satellitari, attraverso misure di campo, che possono ottenersi mediante reti integrate di GPS, montati su capisaldi fissati ai corner reflectors, e/o misure di livellazione topografica mediante stazione integrale. Tali misure consentono di valutare la direzione di spostamento del fenomeno, a differenza della tecnica PS, che consente di misurare spostamenti nella sola direzione sensore-bersaglio. Inoltre, l utilizzo di tecniche alternative consente di validare i tassi di deformazione misurati mediante la tecnica interferometrica. 10

11 Il monitoraggio operato con tecniche GPS avrà lo scopo di studiare l evoluzione spazio temporale dei movimenti, mediante il posizionamento topografico di una serie di punti opportunamente scelti e controllandone gli spostamenti con precisione millimetrica rispetto ad uno o più capisaldi, posizionati nell'area esterna alla DGPV. La rete di misura sarà formata da una baseline con due ricevitori GPS che fungeranno da masters, posizionati in aree stabili esterne alla DGPV e da altri ricevitori, con funzioni di rover, che verranno montati su pilastrini ubicati nel corpo frana. Ad opportuni intervalli di tempo, si procederà al controllo delle direzioni di spostamento e di velocità, confrontando i dati di varie letture. I ricevitori che saranno utilizzati opereranno su doppia frequenza, al fine di assicurare una precisione di ordine millimetrico e le letture saranno effettuate sia in modalità statica (acquisendo con continuità per più ore i segnali trasmessi dalla costellazione di satelliti GPS) che in modalità statico veloce (acquisendo in modo statico ma per periodi dell ordine di soli 15 minuti i segnali trasmessi dai satelliti ed elaborandoli insieme a quelli provenienti da una rete di ricevitori che acquisiscono in sincrono). Tali tecniche permetteranno di ottenere risultati di maggiore precisione ed affidabilità, ad un costo inferiore rispetto ad altri metodi topografici tradizionali. 11