Validazione di un sistema di sensori di spostamenti per il monitoraggio delle frane

La presenza registrata lungo il territorio italiano di rilievi potenzialmente franosi, che insistono su centri abitati, insediamenti industriali e infrastrutture, richiede un monitoraggio efficiente a mezzo di un sistema che consenta di individuare in tempo utile l’eventuale instaurarsi di situazioni di criticità o di allarme, al fine salvaguardare l’incolumità della popolazione, oltre che l’integrità delle opere. In un sistema di monitoraggio ambientale la combinazione di opere difensive atte a combattere il dissesto e di un adeguato sistema di monitoraggio costituisce la soluzione ottimale per affrontare il rischio frane. Il sistema di monitoraggio rappresenta, inoltre, uno strumento essenziale per la comprensione dei meccanismi d’innesco-riattivazione e, più in generale, della dinamica evolutiva di un versante instabile. Oltre alla misura di parametri ambientali significativamente influenti sulle condizioni di stabilità dei pendii (precipitazioni, velocità e intensità del vento, temperatura, pressione atmosferica, spessore strato di neve, ecc.), un sistema di monitoraggio deve essere rivolto, soprattutto, al controllo strumentale dei parametri specifici e delle grandezze fisiche associate ai terreni in frana, quali spostamenti superficiali e profondi, accelerazioni sismiche, contenuto d’acqua del sottosuolo, ecc. Tra queste grandezze il monitoraggio degli spostamenti è particolarmente significativo e frequente nei casi di frane attive, ma può fornire informazioni molto utili anche in condizioni precedenti la rottura, se si sviluppano spostamenti di natura deformante apprezzabili a livello strumentale. La misura degli spostamenti consente di limitare superficie e volume del corpo di frana, gestire il territorio a rischio di frana, assumere provvedimenti di emergenza. Nel caso di spostamenti e rotazioni superficiali vengono impiegati sistemi basati su metodi di rilevamento geodetico che impiegano stazioni totali, GPS, fotogrammetria aerea, immagini satellitari. Nel rilevamento geodetico negli ultimi anni si sono sviluppati i sensori inerziali a basso costo. L’impiego di sensori inerziali all’interno di veicoli aerei o terrestri è ad oggi una risorsa largamente utilizzata in molte applicazioni della Geomatica: in campo fotogrammetrico, e in particolar modo per scopi di direct georeferencing o di mobile mapping, nella tecnica del laser-scanning aereo (LIDAR) e, più in generale nel campo del rilevamento geodetico.
Di particolare interesse risulta essere l’integrazione di questi sensori con i sistemi di posizionamento satellitare GNSS. Tali sensori di navigazione, ad esempio GPS, accelerometri, giroscopi consentono, attraverso la misura delle grandezze riconducibili ad una o più variabili della navigazione, di determinare la posizione e l’assetto di un oggetto in moto, tipicamente in un sistema di riferimento predeterminato. Per fornire tali grandezze ad ogni istante di tempo occorre che i dati di misura consentano di calcolare quelli che, in linguaggio scientifico, si chiamano “stati della navigazione”, ovvero posizione, velocità e assetto negli istanti di campionamento, ed ,eventualmente, di prevederli negli istanti successivi. Nella tesi presentata viene illustrata la realizzazione di un sistema di monitoraggio degli spostamenti superficiali di un rilievo franoso costituito da sensori accelerometrici a tecnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) ad alta risoluzione, un’unità di elaborazione e un sistema di trasmissione dati. I movimenti franosi oggetto del monitoraggio possono interessare solo la coltre superficiale, ossia uno spessore non superiore a un metro. Da un punto di vista della tipologia della frana, la cinematica del movimento franoso deve essere non estremamente lenta, altrimenti la strumentazione impiegata non è in grado di rilevare il movimento. Sotto queste ipotesi, un elemento rigido immesso nel terreno del rilievo franoso alla profondità massima di un metro, viene trascinato dal movimento franoso eseguendo un moto rototraslatorio. In conseguenza di questa particolare configurazione dinamica che caratterizza la coltre superficiale del rilievo franoso, diviene significativo, dunque, monitorare l’inclinazione della testa dell’elemento rigido, in quanto la variazione nel tempo di questa grandezza è rappresentativa dello stato cinematico della porzione di versante franoso in cui è infisso.
Per quanto sopra esposto, il sistema di monitoraggio impiegato consiste in una rete di inclinometri fissati sulla testa di un elemento rigido infisso nel terreno e distribuiti sulla superficie. A tal fine i sensori accelerometrici triassiali possono fungere da inclinometri dato che sono in grado di misurare anche accelerazioni statiche, quale quella di gravità.