Metodi innovativi per il controllo

e la gestione dei fenomeni franosi

Matteo Berti Dipartimento BIGEA - Università di Bologna

Saie Built Academy: scienze e tecnologie per costruire città e territorio

Bologna | 22 Ottobre 2014

Contenuti

1. Definizione del problema

2. Il contributo della ricerca scientifica:

• Soglie pluviometriche

3. Sviluppi futuri

- frana di Ronco - frana di Silla

• Monitoraggio radar da terra

- frana di Romanoro - frana di Renzuno - frana di San Leo

Lo sforzo della ricerca

Articoli scientifici sul tema «frane» pubblicati dal 1994

Vent’anni e non sentirli

Perché è così difficile?

• Frane pre-esistenti

• Attività geomorfologica recente

• Uso del suolo e sua variazione nel tempo

• Presenza di infrastrutture ed edifici

• Reti di drenaggio e irrigazione

• Scavi

Geomorfologia

Uso del suolo e fattori antropici

• Precipitazione

• Neve e temperatura

• Sismicità

Clima e sismi

• Tipo di materiale

• Alterazione

• Discontinuità

• Alterazione

• Proprietà geotecniche

• Proprietà idrologiche

Geologia

• Posizione e forma della falda

• Componenti idrologiche

• Rete di drenaggio superficiale

Idrologia

• Dislivello (elevazione)

• Pendenza

• Forma (curvatura, lunghezza..)

Topografia

Corominas et al. (2013)

Mitigazione del rischio da frana

Mitigare il rischio da frana

• Soglie pluviometriche

• Monitoraggio satellitare

• Carte di suscettività • Monitoraggio radar da terra

• Wireless Sensor Network

• Tecnologia laser e GPS

Prevedere dove e quando avverrà un fenomeno franoso

Controllare in modo più efficace l’evoluzione di un

fenomeno franoso

prima durante

Soglie pluviometriche

Confronto tra 52 soglie pluviometriche pubblicate dal 1980

Soglia pluviometrica «globale» per l’Europa centro-meridionale (Guzzetti et al., 2007)

Prototipo di sistema di allertamento nazionale (SANF)

• falsi allarmi

• mancati allarmi

Incertezza

sanf.irpi.cnr.it

Rossi et al. (2012)

• 1950 pluviometri • dati aggiornati ogni 6 ore • previsioni (LAMI) su 3 giorni • soglia pluviometrica globale • risultati ogni 24 ore

comunicati alla Protezione Civile Nazionale

Sistema di allertamento di Hong Kong

Cheung et al. (2006)

• 110 pluviometri • previsioni sulle 24 ore • soglia pluviometrica locale • risultati ogni 24 ore diffusi alla

popolazione e ai media

Incertezza nella definizione della soglia

Il caso dell’Emilia-Romagna

4141 Frane storiche Anni: 1939-2009 Eventi franosi la cui data di attivazione è nota con «precisione» giornaliera

176 Pluviometri Anni: 1931-Presente

Incertezza nella definizione della soglia

Piogge che hanno dato frane Piogge che NON hanno dato frane

Falsi allarmi

Mancati allarmi

Una possibile soluzione: approccio probabilistico

La probabilità di frana è data dal rapporto tra il numero di piogge che hanno dato frane e il numero totale di piogge.

Teorema di Bayes

Il modello BART (Bayesian Analysis of Rainfall Threshold)

tempo

piog

gia

Incertezze legate all’uso delle soglie pluviometriche

Nell’uso operativo delle soglie pluviometriche è necessario considerare che:

• La stessa pioggia può causare effetti molto diversi nell’area di allertamento

• L’evoluzione post-rottura di una frana rimane difficilmente prevedibile

La frana di Silla-Montecchi

Estensimetri a filo a cavallo della corona di distacco

La frana di Ronco-Puzzola

93 mm in 9 giorni Intensità media = 10 mm/giorno

Evento meteo di Aprile 2013

v=50 mm/giorno

Velocità

Aprile 2013: effetti sulla frana di Silla

Deformazione senza riattivazione

Aprile 2013: effetti sulla frana di Silla

Deformazione senza riattivazione

Aprile 2013: effetti sulla frana di Ronco-Puzzola

Frana di Ronco-Puzzola: Gennaio 2013

Sistema di monitoraggio tramite target ottici (Henesis, Parma)

Intervallo temporale: 16-21 Gennaio 2013

L’evento meteo di Febbraio 2014

211 mm in 15 giorni Intensità media = 14 mm/giorno

Velocità

v=8 mm/giorno

v=25 mm/giorno

Riattivazione

v=225

Riattivazione del corpo di frana

Febbraio 2014: effetti sulla frana di Silla

Riattivazione del corpo di frana

Febbraio 2014: effetti sulla frana di Silla

Riattivazione del corpo di frana

Febbraio 2014: effetti sulla frana di Silla

Febbraio 2014: effetti sulla frana di Ronco-Puzzola

Frana di Ronco-Puzzola: Febbraio 2014

Frana di Ronco-Puzzola: Febbraio 2014

Radar Interferometrico Terrestre

∆ϕ=(4π/λ)d Misura dello spostamento di fase ∆ϕ ∆ϕ=∆ϕDISP+∆ϕNOISE+∆ϕATM

Caratteristiche

• Distanza max=4 km • Accuratezza<1 mm • Operativo giorno/notte • Temperatura =-20°/+55° • Consumo=100 W • Peso=250 kg

da www.idscorporation.com

Risultati di letteratura

Fronte di cava (Takahashi et al., 2013) Frana di Santa Trada (Del Ventisette et al., 2011)

Il caso dell’Emilia-Romagna

Condizioni sfavorevoli

• Versanti vegetati, pochi affioramenti

• Aree riflettive a cluster

• Movimenti molto lenti (mm/anno)

Tutti i punti Punti coerenti

Esempio 1: la frana di Romanoro (Frassinoro, MO)

• argille scagliose

• colata in terra

• ultima riattivazione: Gennaio 2010

• GB-INSAR survey: 12-19 Aprile 2010

Esempio 1: la frana di Romanoro (Frassinoro, MO)

Spostamento (mm)

Esempio 2: la frana di Renzuno (Casola Valsenio, RA)

24 mm in 15 mesi

Esempio 2: la frana di Renzuno (Casola Valsenio, RA)

• Marnoso-Arenacea

• scorrimento traslativo in roccia

• attivazione parziale: Marzo 2010

• GB-INSAR survey: 7-21 Maggio 2010

Frana di Roncosole

Esempio 2: la frana di Renzuno (Casola Valsenio, RA)

Punti riflettenti Radar

Corona di distacco

Esempio 2: la frana di Renzuno (Casola Valsenio, RA)

• assenza di movimenti rilevanti • versante tornato all’equilibrio • comportamento «impulsivo»

Serie temporale di due punti significativi

Esempio 3: la frana di San Leo

• F.ne di San Marino

• crollo in roccia

• innesco: 27 Febbraio 2014

• volume 500.000 mc

• GB-INSAR: Marzo 2014 - presente

Esempio 3: la frana di San Leo

Spostamenti radar misurati al 7 Marzo 2014 al 21 Ottobre 2014, proiettati sul modello 3D della scarpata

Sviluppi futuri

Monitoraggio satellitare

Reti di sensori

Mobile monitoring

Maggiore afflusso di dati dall’ambiente

Migliore capacità di controllo dei fenomeni franosi

Prepariamoci

• Omogenizzazione dei dati

• Interpretazione dei dati

• Condivisione dei dati con strutture operative (STB, unioni di comuni..)

• Identificazione di dati anomali/guasti

• Supporto alla definizione degli scenari di evento

• Comunicazione al pubblico

Una bella sfida:

?

Le prime esperienze internazionali

Norwegian Water Resources and Energy Directorate

Warning systems for flood and landslide

• Rischio alluvioni: 12 idrologi • Rischio frane: 10 idrologi/geologi/idrogeologi • Rischio valanghe: 20 esperti neve • Misure in tempo reale: pioggia, neve, livello

fiumi, livello di falda • Previsioni piene: modello numerico • Previsioni frane: soglie pluviometriche

Organizzazione

1) Allertare le autorità locali 2) Fornire dati in tempo reale sull’andamento

dei fenomeni 3) Aumentare la consapevolezza del rischio

Finalità

Conclusioni

• Le frane sono fenomeni naturali complessi, ancora largamente imprevedibili

• Negli ultimi decenni, la nostra capacità di capire questi fenomeni e di osservarli è molto migliorata

• I recenti sviluppi in campo tecnologico hanno reso disponibili nuovi strumenti e nuovi apparati di comunicazione utili per il controllo dei fenomeni franosi

• Gli enti preposti alla sicurezza del territorio devono cogliere questa sfida e preparsi a gestire il rischio idrogeologico con strumenti nuovi