Il controllo cinematico dei movimenti franosi - Landslides monitoring

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INTRODUZIONE 
 
Le frane sono le più diffuse tra i rischi naturali. Ogni anno, solo all’interno dell’Unione 
Europea esse comportano un costo per la collettività di svariati miliardi di Euro. I fenomeni 
più pericolosi, in grado di devastare aree di decine di chilometri quadrati, e con volumi 
nell’ordine di 106 m3 o più, accadono in Europa due o tre volte ogni dieci anni e, sebbene 
piuttosto rare, comportano un rischio notevole per le comunità interessate. Molto più 
frequente sono i colamenti di detrito o di terra, di piccolo volume, ma molto dannosi per le 
infrastrutture e le attività economiche, nonché potenzialmente pericolosi per la vita umana 
quando interferiscono con le grandi arterie di comunicazione e gli edifici. 
La presente tesi contiene, nella sua parte iniziale, una rassegna introduttiva dello stato 
dell’arte della valutazione del rischio e della previsione dei movimenti franosi che contiene le 
definizioni delle tipologie di frane, le categorie di rischio e le classificazioni dell’intensità e 
pericolosità delle frane. Sono poi descritti in dettaglio i sistemi strumentali, compresi i sistemi 
di misura automatici “in situ” ed i sistemi remoti di controllo “real time”, nonché le nuove 
tecnologie per il controllo a distanza dei movimenti franosi basati sulle tecniche 
interferometriche radar, come i SAR (Synthetic Aperture Radar) satellitari e da terra, ed i 
laser, come il laser scanner (TLS). Quest’ultima tecnologia è stata applicata sperimentalmente 
su due movimenti franosi di diversa tipologia: uno che interessa un terreno detritico - 
morenico e l’altra una frana in roccia interessata nel corso degli ultimi anni da frane di crollo. 
Le due tipologie differenti di fenomeni franosi hanno consentito l’applicazione della tecnica 
di misura per la valutazione dei movimenti in seguito a scansioni multi temporali e per le 
valutazioni diagnostiche di stabilità dell’ammasso roccioso. Vengono, quindi, mostrati i 
risultati sperimentali di ricostruzione morfologica della frana. 
Tra gli sviluppi metodologici fondamentali nell’applicazione del TLS ai fenomeni franosi, 
vengono affrontate le tematiche derivate dalle nuove tecnologie d’integrazione e 
visualizzazione dei dati per ottenere modelli virtuali 3-D di rappresentazione della morfologia 
di frana. In tale ambito sono state sviluppate procedure per la definizione di modelli virtuali 
3D a differenti livelli di dettaglio, ottenuti decimando la “nuvola” originale di milioni di punti 
acquisiti, e  procedure per l’applicazione di tecniche avanzate di resa grafica (rendering), 
quali la sovrapposizione fra geometria e immagine fotografica (texture mapping). Tali 
tecniche nel caso di versanti rocciosi forniscono sicuramente un supporto visivo importante 
per una corretta interpretazione dei dati ai fini delle analisi di stabilità. 
Tra gli strumenti diagnostici innovativi è stato sviluppato nuovo software per l’analisi geo  
strutturale degli ammassi rocciosi fratturati. Il metodo applicato ad un caso concreto di studio
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ha permesso l’estrazione di dati geometrici dei piani di discontinuità di una frana in roccia 
seguita dall’analisi delle caratteristiche e dei cinematismi del corpo roccioso. Il metodo è stato 
verificato mediante un rilievo tradizionale che ha richiesto l’accesso diretto alla parete 
rocciosa. Generalmente il rilievo geo strutturale su pareti rocciose e frane di crollo è eseguito 
con attrezzatura alpinistica da personale specializzato ed è generalmente molto costoso, e a 
volte addirittura impossibile, a causa dell’elevata pericolosità dell’accesso ai luoghi di misura. 
La tecnica TLS in questo campo applicativo costituisce una valida alternativa e risolve i 
problemi logistici con una tecnica di misura indiretta, consentendo nel contempo il rilievo di 
un gran numero di giaciture di piani. 
È illustrata, infine, l’attività svolta riguardo alla possibilità di usare il laser scanner da 
postazione fissa per il monitoraggio della frana in situazioni critiche. E’ stata eseguita a 
questo scopo un’analisi di fattibilità per il controllo da remoto del laser scanner: sono state 
verificate le funzionalità di collegamento, configurazione ed acquisizione da remoto e definite 
le specifiche di ulteriori funzionalità necessarie all’automatizzazione ed alla programmazione 
temporale delle scansioni. Tale metodologia di utilizzo costituisce una modalità di utilizzo del 
laser scanner come strumento di controllo on-line del movimento della frana, soprattutto in 
situazioni di emergenza.
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Capitolo 1 - Valutazione del rischio e della previsione dei 
movimenti franosi. 
 
1.1 Analisi del rischio 
 
Il rischio di dissesti di versanti, indicato con il termine di “rischio geomorfologico”, è 
insieme al rischio inondazione, indicato con il termine di rischio idraulico, la categoria di 
rischio interessata dal Piano Straordinario per l’Assetto Idrogeologico previsto con il 
dispositivo del D.L. 11/6/1998, n. 180, convertito con L. 267/98 e successive modificazioni, 
che riguarda le "Misure urgenti per la prevenzione del rischio idrogeologico" e si articola in 
tre fasi che prevedono:  
- 1 fase: l’individuazione delle aree a soggette a rischio e pericolosità idrogeologica; 
- 2 fase: la perimetrazione e valutazione dei livelli di rischio e pericolosità e definizione delle 
conseguenti misure di salvaguardia; 
- 3 fase: la programmazione straordinaria per la mitigazione dei rischi più elevati. 
 
1.1.1 Definizione del “rischio” : 
A fondamento di ogni valutazione di rischio occorre distinguere tra pericolosità, detta anche 
“hazard”, intesa come il potenziale capace di causare danni, e rischio, noto anche come 
“risk”, il quale rappresenta la probabilità che il potenziale sopra indicato diventi effettivo
1
. 
Tale premessa è intesa a focalizzare l’attenzione sul fatto che spesso i due termini, anche nella 
loro espressione in lingua inglese, possono essere confusi e sembrare sinonimi, cosa che, in 
realtà non lo sono. 
Di conseguenza il rischio totale R può essere definito come: “il valore totale atteso delle 
perdite umane, feriti, danni a proprietà, infrastrutture, in conseguenza di un particolare 
fenomeno naturale o antropico”. 
Per quanto riguarda altri tipi di catastrofi naturali, quali gli eventi meteorologici estremi, le 
piene o i terremoti, la definizione dell'intensità di un evento è immediata in quanto può essere 
fatta corrispondere rispettivamente all'altezza di precipitazione, alla portata al colmo di piena 
o alla magnitudo del sisma. Per i fenomeni franosi, invece, la definizione dell'intensità è più 
problematica, infatti, la severità di una frana dipende da una serie di fattori di difficile 
valutazione. Spesso l'intensità delle frane è valutata secondo scale che forniscono una 
previsione delle possibili conseguenze.  
                                                           
1
 Pearce, 1998.
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Tale approccio, analogo a quello utilizzato in sismologia con la scala Mercalli per esprimere 
l'intensità dei terremoti appare, tuttavia, sconsigliabile, in quanto presuppone già nella 
definizione dell'intensità del fenomeno una valutazione delle possibili conseguenze, ovvero 
del rischio. Sarebbe preferibile, invece, definire la severità del fenomeno a priori rispetto alle 
conseguenze attese in base alle sole caratteristiche geometriche, cinematiche e meccaniche. In 
questo caso, potranno essere considerate scale di intensità diverse a seconda che siano basate 
sulla velocità, sul volume o sull’energia. Per ogni tipologia di frana sono individuate delle 
classi differenziate in base all'intensità del fenomeno (velocità, volume, energia, ecc.). 
 
1.1.2 Categorie di rischio 
Nel decreto legge 180/98 e nell’atto d’indirizzo e coordinamento per l'individuazione dei 
criteri relativi agli adempimenti (DPCM 29/9/1998), sono distinte quattro categorie di rischio, 
definito in base al tipo di danno prodotto: 
- R1 - rischio moderato: per il quale i danni sociali, economici e al patrimonio ambientale 
sono marginali; 
- R2 - rischio medio: per il quale sono possibili danni minori agli edifici, alle infrastrutture 
ed al patrimonio ambientale che non pregiudicano l’incolumità del personale, l’agibilità degli 
edifici e la funzionalità delle attività economiche; 
- R3 - rischio elevato: per il quale sono possibili problemi per l’incolumità delle persone, 
danni funzionali agli edifici ed alle infrastrutture con conseguente inagibilità degli stessi, 
l’interruzione di funzionalità delle attività socioeconomiche e danni rilevanti al patrimonio 
ambientale. 
- R4 - rischio molto elevato: per il quale sono possibili la perdita di vite umane e lesioni 
gravi alle persone, danni gravi agli edifici, alle infrastrutture ed al patrimonio ambientale, la 
distruzione di attività socioeconomiche. 
Non compare in modo esplicito, all’interno di queste definizioni, il termine di probabilità che 
i danni indicati vengano prodotti e quindi la frequenza con cui ci si può aspettare che l’evento 
calamitoso abbia luogo. E’ tuttavia opportuno chiarire i termini di pericolosità e rischio. 
 
1.1.3 Pericolo di frana 
Il pericolo di frana e l’individuazione dell’area a rischio non possono prescindere da una 
classificazione delle frane. La frana è un fenomeno naturale, o indotto in alcuni casi, 
direttamente o indirettamente, dall’attività umana, controllato essenzialmente dalla gravità. 
Disloca, per gravità, materiale da una quota maggiore a una minore e la superficie di distacco
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può essere superficiale o profonda, interessare un intero versante o parte di esso. Il 
movimento può essere da lento a rapido. La genesi di una frana è riferita a cause molteplici ed 
interagenti, queste possono essere riassunte schematicamente in due gruppi:  
- 1 gruppo - cause predisponenti : sono intrinseche all’ammasso roccioso o più in generale al 
pendio;  
- 2 gruppo - cause scatenanti: agiscono da catalizzatori del movimento franoso su un pendio 
intrinsecamente indebolito. Il movimento accade quando le forze destabilizzanti superano per 
intensità quelle stabilizzanti. 
 
1.1.4 Classificazione 
La classificazione delle frane è spesso controversa. Il sistema di solito adottato è quello 
proposto da Varnes 
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, anche se, per completezza, riporto di seguito anche altre classificazioni 
meno diffuse e basate su parametri diversi. I parametri di cui tiene conto la classificazione di 
Varnes sono: 
 Tipo di materiale coinvolto: 
- Roccia; 
- Detrito; 
- Terra. 
 
Nel classificare il materiale coinvolto nel fenomeno franoso, si fa riferimento al materiale che 
costituiva il pendio prima del movimento. La suddivisione è fra rocce e terre, ove la 
differenziazione è basata su alcune caratteristiche, quali la presenza, nelle prime, di coesione 
per cementazione ed una resistenza a compressione semplice >25 MPa. Si parla di roccia 
quando l’evento ha coinvolto materiale lapideo, che, in precedenza, costituiva un ammasso 
roccioso. Detrito e terra sono termini relativi a materiali sciolti, un aggregato naturale di grani 
minerali che può essere facilmente disgregato per agitazione: il primo si riferisce ad un 
terreno prevalentemente grossolano, l’altro a materiale fine. In particolare, il detrito è un 
materiale contenente una percentuale di granuli con dimensioni > 2 mm compresa tra il 20% e 
l’80%, mentre la terra è un materiale costituito all’80% da particelle con dimensioni < 2mm. 
Inoltre, nella classificazione di Varnes, le classi fondamentali, in base alla tipologia di 
movimento, sono cinque: 
- Crollo; 
- Ribaltamento; 
                                                           
2
 Varnes, 1978 e Cruden & Varnes, 1996.
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- Scivolamento; 
- Espansione; 
- Colata. 
Nella figura sotto sono riportate illustrazioni schematiche delle diverse tipologie di frana: 
 
- CROLLO (FALL): è caratterizzato dallo spostamento di materiali in caduta libera e dal 
successivo movimento; il materiale si stacca da una parete verticale o sub-verticale. Il 
movimento è di caduta libera, rotolamento, rimbalzo, su una superficie non definita e la 
velocità del fenomeno risulta da molto rapida ad estremamente rapida. 
 
 
Esempio schematico di un generico crollo; Immagine tratta da: Strumenti e metodologie per il rilievo ed il 
monitoraggio di frane, www.monitoraggiodeimovimentifranosi.it. 
 
- RIBALTAMENTO (TOPLING): tale movimento, che interessa tipicamente materiali 
rocciosi, è caratterizzato dal ribaltamento frontale del materiale che ruota intorno ad un punto 
al di sotto del baricentro della massa interessata. Il fenomeno può evolvere in crollo o in 
scorrimento se non intervengono fattori frenanti. La velocità di un fenomeno di ribaltamento 
varia da estremamente lenta ad estremamente rapida e può subire delle variazioni, specie tra la 
fase iniziale e quella finale, durante il movimento. 
 
 
Esempio schematico di un generico ribaltamento; Immagine tratta da: Strumenti e metodologie per il rilievo ed il 
monitoraggio di frane, www.monitoraggiodeimovimentifranosi.it.