Sistema integrato per il monitoraggio di frane ad alto rischio

Sistema integrato innovativo per il monitoraggio e la stima di frane ad alto rischio (SIMLAND)

smiland_fig_intestazione-evidenza

Background

Una delle principali sfide nel campo della geologia applicata all’ingegneria è la comprensione dei meccanismi di innesco di frane e la previsione dei possibili scenari evolutivi al fine di valutare le più corrette misure di mitigazione. Le frane possono essere iniziate da una varietà di fenomeni di innesco: dai terremoti agli eventi meteorologici, tra cui precipitazioni intense o prolungate, il rapido scioglimento della neve, e le variazioni delle condizioni di temperatura superficiale. Inoltre, il cambiamento climatico influenza il numero e la magnitudo dei rsichi naturali connessi al clima e agli eventi meteorologici, tra cui frane. Ciò vale anche in caso delle instabilità di versanti in roccia, che sono uno dei fenomeni più pericolosi, per la difficoltà di una previsione temporale e l’alta energia e velocità associate al processo. Nel caso di pareti rocciose, l’analisi della deformazione e l’accumulo di energia rilasciata durante la formazione di micro-fratture prima del  collasso può fornire utili informazioni sulle condizioni di stabilità della massa rocciosa stessa.

Scopo

Lo scopo principale del progetto SMILAND è quello di testare e sviluppare una tecnica di monitoraggio per la caratterizzazione di modelli di precursori  ultrasonici da pendii rocciosi instabili, basato su sensori a fibra ottica.

Metodi

La metodologia ha previsto, tra le altre, le seguenti operazioni:

  1. sviluppo di modelli teorici adeguati e precisi per essere utilizzato nella progettazione di sistemi di rilevamento, prototipi sensori e algoritmi di analisi dei dati;
  2. vasta attività di laboratorio per lo sviluppo e la progettazione di sensori, la caratterizzazione dei sensori fisici nudi e la sperimentazione degli stessi; algoritmi di analisi dati su modelli fisici (ad esempio, campioni di rocce);
  3. test sul campo in una cava situata in Colli Euganei finalizzati alla definizione di possibili problemi di scala e alla caratterizzazione dei sistemi di rilevamento di nuova concezione;

Risultati

I principali risultati raggiunti sono i seguenti:

  • Sviluppo di una modello numerico per la massa rocciosa, per l’evoluzione della frattura e la propagazione di onde acustiche indotte dalla frattura.
  • Sviluppo di modelli numerici e teorici per simulare il comportamento dei sensori ottici.
  • Progettazione de trasduttori per misurare movimenti roccia mediante sensori a fibra.
  • Caratterizzazione di campioni di roccia per le prove di laboratorio.
  • Confronto sperimentale in ambiente controllato di FOS con strumentazioni tradizionali.
  • Definizione di una metodologia standard per le indagini di campo e sua verifica.

Prodotti

Sono stati sviluppate due tipologie di sensori in fibra ottica ottimizzate per una semplice individuazione di emissioni acustiche da roccia e per la loro caratterizzazione; articoli scientifici su testate e congressi internazionali; linee guida per l’applicazione dei sensori in fibra ottica in parallelo a strumentazioni tradizionali.

Conclusioni

Il sistema innovativo di monitoraggio che è stato sviluppato nell’ambito del progetto prevede l’integrazione di sensori standard, come trasduttori ed estensimetri piezoelettrici, con i sensori in fibra ottica interferometrici sviluppati. Le tecniche convenzionali per identificare i blocchi di roccia inclini a cadere sono tuttavia necessarie. Pertanto, si raccomanda di monitorare l’area con strumenti standard sia (estensimetri, Lidar, GPS, ecc).