CGT. Relatore: Dott. Riccardo Salvini Correlatori: Dott. Filippo Bonciani Dott. Ivan Callegari Dott. Mirko Francioni

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1 Analisi di stabilità del versante prospiciente la linea ferroviaria Domodossola Iselle (tratto compreso tra i Km 7.3 e 7.8): integrazione tra rilievo geologico strutturale, geomeccanico, fotogrammetrico e laser scanner Relatore: Dott. Riccardo Salvini Correlatori: Dott. Filippo Bonciani Dott. Ivan Callegari Dott. Mirko Francioni Tesi di Laurea di: Fabrizio Ortolano Anno Accademico

2 Inquadramento Geografico

3 Contenuto della presentazione Rilevamento geologico, geomorfologico e geomeccanico Fotogrammetria digitale e laser scanning per il rilevamento geometrico e geo-strutturale del sistema di fratture e dei volumi di roccia potenzialmente instabili Verifica della stabilità Analisi di runout,, con le valutazione delle possibili traiettorie di caduta dei blocchi potenzialmente instabili individuati in parete Sistemi di Geomonitoraggio

4 CGTInquadramento Geologico La Val Divedro (Argand, 1911)

5 CGT Inquadramento Geologico la Val Divedro Composizione mineralogica data da Quarzo, K-Feldspato, K Plagioclasio (An 25-30%), Biotite, Muscovite ed Allanite Deriva dal metamorfismo mesoalpino (Eocene-Oligocene) in facies anfibolitica di intrusioni granitiche tardo-paleozoiche

6 Inquadramento Geomorfologico Caratteristiche: versanti assai ripidi; tipici solchi, strie e lisciature da esarazione ; rocce montonate ed alcuni blocchi isolati riconducibili a massi erratici.

7 CGT Allegato n 1: Carta Geologica Geomorfologica 1: m

8 Il rilevamento Geomeccanico Classificazione ammassi rocciosi Sistema RMR (Rock Mass Rating - Bieniawski, 1989) Sistema SMR (Slope Mass Rating - Romana, 1985) Calcolo del parametro Q della Classificazione del Norwegian Geotechnical Institute (Q-Barton, 1974) Calcolo dei parametri Coesione (C, KPa), Angolo di attrito (φ ), Modulo di deformazione (E, GPa), Joint Coefficient Strenght (JCS).

9 RMR Bieniawsky,, 1989 Geomeccanica RMR Il metodo analitico RMR (Rock( Mass Rating) ) di Bieniawski (1989) consiste nella definizione di 5 parametri, che derivano dalle misure raccolte lungo gli stendimenti RMRb = A1 + A2 + A3 + A4 + A5 A1 - Dipende dalla resistenza a compressione monoassiale della roccia A2 - Dipende dal valore di R.Q.D. (Rock Quality Designation) A3 - Dipende dalla spaziatura media (s) delle discontinuità misurate lungo lo stendimento A4 - Deriva a sua volta dalla somma di alcuni termini che risultano dalla parametrizzazione delle misure di persistenza, apertura, rugosità, alterazione e riempimento relative alle superfici di discontinuità rilevate A5 - Deriva dalle condizioni idrauliche dei giunti

10 CGT Geomeccanica RMR Bieniawsky, )= o t t u i c as ( 51 so s = a ) o m t m na a g b a R b ( RM so s a m m a b R RM

11 Geomeccanica SRM- Romana, 1985 SMR = RMRb + (F1xF2xF3) + F4 dove: F1 - Dipende dalla differenza tra le direzioni di immersione delle discontinuità e del fronte del pendio; F2 F2 - È riferito al caso di scivolamento planare (vale sempre 1 per il toppling) e dipende dall inclinazione della discontinuità (potenziale superficie di scorrimento); F3 - Dipende dall inclinazione relativa tra discontinuità e pendio; F4 - Fattore di correzione legato al metodo di scavo (fissato empiricamente pari a 15 - scarpata naturale). F4

12 Barton,, 1974 Geomeccanica Q - Barton Q = (RQD/Jn Jn) ) x (Jr/Ja Ja) ) x (Jw( Jw/SRF) RQD: Indice di qualità della roccia; Jn : Numero di famiglie di giunti; Jr : Rugosità del giunto; Ja : Condizioni di alterazione della superficie del giunto; Jw: Fattore di riduzione per la presenza di acqua nei giunti; SRF: Fattore di riduzione per lo stato tensionale. Risultato (Q=4) CLASSIFICAZIONE DI BARTON RQD Jn Jr Ja Jw SRF dove:

13 Parametri Geomeccanici Dai valori di RMR di base conseguiti dal rilievo strutturale (59 al momento dell'indagine svolta in campagna e 51 ipotizzando le condizioni più sfavorevoli) Per determinare la resistenza al taglio τ da utilizzare nell'analisi di stabilità è stato calcolato il coefficiente di resistenza del giunto (Joint( Coefficient Strenght (JCS) secondo la formula di Miller (1965) per ogni singola famiglia di discontinuità e per tutto l ammasso l roccioso. Log (JCS)= 0,00088.γ.R.R dove R è l indice di rimbalzo misurato con lo sclerometro direttamente sulla a superficie di discontinuità, γ è la densità della roccia ricavata da bibliografia (26,40 KN/m3 da Regione Piemonte, 2000).

14 Rilievo Laser Scanner Nuvola di punti con risoluzione spaziale pari a 5 cm Digital Dense Surface Model (DDSM) Laser Scanner (RIEGL( RIEGL Z420i) Distanze misurabili fino a 1000 m - Precisione nella misura +/- 10 mm (a 500m) Area di ripresa fino a 90 verticale e 360 orizzontale

15 CGT Rilievo fotogrammetrico Strisciate stereoscopiche di sviluppo verticale

16 Attrezzatura fotogrammetrica Telaio in alluminio di larghezza 5m portante 2 fotocamere digitali (Nikon D80; 10Mpix). Sistema di scatto per gestire l acquisizione delle foto direttamente dall elicottero.

17 Rilievo topografico e triangolazione aerea Stazione Totale Leica TCRP 1200 R Leica GPS System1200 Orientamento assoluto del blocco

18 Fotointerpretazione Stereoscopica Restituzione tridimensionale dei blocchi e cunei Ricavando informazioni geometriche importanti: Volume e le Coordinate volumetriche del Centroide

19 Restituzione tridimensionale delle superfici di discontinuità Slope = 59 Aspect = N253 K1a

20 CGT Individuazione sistemi di discontinuità Sistemi Geomeccanica Fotogrammetria K1a 222 / /75 K1b 38 /74 42 /77 K2 146 / /36 K3 301 / /64 K1a K3 K2 Fotogrammetria

21 Analisi Cinematica Statistica GIACITURE PIANI DI DISCONTINUITA MEDI GIACITURE VERSANTI ANGOLO DI ATTRITO SUPERFICIALE MEDIO TEST DI MARKLAND Permette di: determinare se il rapporto geometrico tra la giacitura delle discontinuità e quella del fronte può indurre condizioni di instabilità; prevedere i modi di cedimento cinematicamente possibili senza tener conto delle forze che determinano il movimento.

22 CGT TEST DI MARKLAND (angolo di attrito superficiale medio ) K1a Versante 260(85) K1a\k3 - Piano di discontinuità inclinato che viene a giorno lungo il pendio - l inclinazione del piano di scivolamento è maggiore dell angolo di attrito su questo piano - La linea di intersezione viene a giorno lungo il pendio - l inclinazione della linea di intersezione è maggiore dell angolo di attrito su questo piano

23 Sistma dip dip/dir Sistema Probabilità scivolamento planare Slope K1a Alta K1a K1b Nessuna K1b K2 Nessuna K K3 Media K Sistema K1a-K1b K1a-K2 K1a-K3 K1b-K2 K1b-K3 K2-K3 Probabilità scivolamento su cuneo Nessuna Nessuna Alta Nessuna Media Nessuna

24 Analisi di stabilità APPROCCIO DETERMINISTICO Per ogni volume potenzialmente instabile disponendo di: JCS τ = σ la giacitura locale del versante n tan JRC log10 + ϕ σ n la giacitura dei piani di fratturazione del blocco individuato il valore della resistenza al taglio lungo le discontinuità ANALISI CINEMATICA DETERMINISTICA ANALISI DINAMICA ALL EQUILIBRIO LIMITE Verificare se è cinematicamente instabile Forze in gioco F Sciv, planare - Rocplane Rocscience tm Inc, Sciv, cuneo - Swedge 5,0, Rocscience tm Inc,

25 Analisi di stabilità Calcolo effettuato su 117 blocchi soggetti a scivolamento su piano o su cuneo Allegato 4 - PROBABILITA' DI CEDIMENTO DEI BLOCCHI Classificazione di stabilità basata sulla presenza del coefficiente sismico (0.056) e sulle percentuali di acqua variabili secondo il seguente schema: % saturazione 0-20 Alta probabilità di cedimento % saturazione Media probabilità di cedimento % saturazione Bassa probabilità di cedimento Considerando anche i 63 blocchi soggetti a fenomeni di crollo, risultanor 122 blocchi con alta probabilità di cedimento, 40 con media e 24 con bassa.

26 Analisi di runout Blocco 3 blocco volume (m 3 ) probabilità di cedimento alta RocFall 2D Rocscience tm Inc

27 Analisi di runout Allegato 7 Circa 30 blocchi in caduta, omogeneamente distribuiti tra l imbocco Gabbiomollo a Nord, l imbocco San Giovanni a Sud e la zona centrale della tratta, interessano la sede ferroviaria. Gli altri blocchi possono esaurire il loro moto lungo il versante, nelle zone vegetate e meno acclivi quale il cono di detrito presente nella fascia centrale, ed altri ancora possono venire assorbiti dalle presenti strutture protettive.

28 Analisi di runout - Se l energia massima di sopportazione delle barriere è pari a 900 KJ, 23 blocchi interessano la sede ferroviaria, 20 con una probabilità di cedimento alta e 3 media. - Se l energia massima di sopportazione delle barriere è pari a 630 KJ (efficacia 70%) i blocchi che possono interessare la sede ferroviaria sono 29 di cui 23 con probabilità di cedimento alta, 5 media e 1 bassa.

29 Sistema Informativo Geografico (GIS)

30 CGT Proposta di Geomonitoraggio 1/2 Sistemi a controllo remoto PERMANENTE, REAL TIME, AUTOMATICO STAZIONE TOTALE AUTOMATICA Reference Station

31 CGT Proposta di Geomonitoraggio 1/2

32 Proposta di Geomonitoraggio 2/2 Interferometro SAR, denominato LISA (Linear Synthetic Aperture Radar, ideato e realizzato dal CCR (Centro Comune di Ricerca) di Ispra, un centro di ricerca della Commissione Europea con sede in Italia, Il sistema di monitoraggio è basato sulla tecnologia dell interferometria radar ad apertura sintetica, ben nota nelle applicazioni satellitari, ma in questo caso sviluppata utilizzando sensori posizionati a terra, La tecnica DInSAR interpreta le differenze di fase tra immagini differenti connesse a piccoli movimenti della superficie avvenuti nell intervallo di tempo tra le due acquisizioni.

33 Conclusioni E presente un complesso sistema di fratture variamente intersecatesi e riconducibili a 3 principali famiglie con giaciture medie (immersione/inclinazione): 222/81; 38/74; 301/53. Il rischio geomorfologico riguarda fenomeni di crollo e scivolamento planare e lungo cunei, per il sommarsi di fattori predisponenti di varia natura quali l energia del rilevo, la presenza di importanti sistemi di fratturazione (di natura tettonica e da glacio-pressione), l esposizione ad un regime climatico caratterizzato da frequenti cicli stagionali di gelo/disgelo e la presenza di blocchi relitti di deposito glaciale in posizioni precarie. La geomeccanica ha evidenziato la qualità mediocre del materiale La fotogrammetria digitale mediante l uso dell elicottero ha permesso di implementare le informazioni sulla stabilità del versante con dati geometrici e strutturali misurati in aree inaccessibili al rilievo geomeccanico. Considerando anche i 63 blocchi soggetti a fenomeni di crollo, il risultato finale ha mostrato 122 blocchi con alta probabilità di cedimento, 40 con media e 24 con bassa. L analisi di Runout, effettuata a partire dal DDSM derivante dal rilievo laser scanner, ha dimostrato che circa 30 blocchi in caduta, omogeneamente distribuiti sul versante, interessano la sede ferroviaria. Considerata l importanza delle linea ferroviaria ed il rispetto delle vigenti norme di sicurezza, tenuto conto anche della copertura vegetale ed alle opere di protezione presenti, mostra la necessità di intervenire con ulteriori e certificate opere di messa in sicurezza in parete e direttamente sulla linea ferroviaria.

34 CGT GRAZIE PER L ATTENZIONE