Monitoraggio dei movimenti di terreno

Perché monitorare un movimento di terreno?

I movimenti di terreno sono uno dei fenomeni geotecnici più complessi da analizzare e anticipare. Ogni anno causano danni considerevoli alle infrastrutture stradali, ferroviarie, alle reti, agli edifici e alle opere di sostegno.

La maggior parte dei movimenti non si verifica in modo istantaneo, ma è generalmente il risultato di un'evoluzione progressiva, caratterizzata da fasi di deformazione più o meno lunghe prima dell'apparizione di una rottura.

Il monitoraggio dei movimenti di terreno si basa sull'uso di diverse tecniche e strumenti che permettono di osservare continuamente il comportamento dei versanti e di rilevare i primi segni di instabilità.

Il monitoraggio della stabilità delle pendenze si basa su un' strumentazione geotecnica composta in particolare dainclinometri, piezometri e sensori di umidità del suolo, destinati a seguire continuamente i movimenti, le deformazioni del terreno e le condizioni idrogeologiche che influenzano la stabilità della pendenza.

Comprendere la stabilità di una pendenza

La stabilità di una pendenza dipende dall'equilibrio tra i fattori che favoriscono i movimenti di terreno e quelli che permettono al suolo di rimanere in posizione.

Tra i principali fattori che possono destabilizzare un versante:

• l'aumento delle pressioni interstiziali ;

• gli episodi di pioggia prolungati ;

• le variazioni del livello della falda ;

• l'erosione alla base del pendio ;

• i terremoti ;

• i cicli di gelo-disgelo ;

• i lavori di scavo ;

• le sovraccariche in cima al pendio.

In molti casi, l'aumento della pressione dell'acqua nei pori del suolo riduce le tensioni effettive secondo il principio di Terzaghi. Quando il suolo perde resistenza, il rischio di frane aumenta progressivamente.

I movimenti : un indicatore essenziale ma insufficiente

La misurazione dei movimenti costituisce generalmente il primo parametro monitorato su una frana.

Tuttavia, il valore assoluto del movimento non è spesso l'informazione più pertinente.

I geotecnici si interessano principalmente :

• alla velocità di movimento ;

• alle accelerazioni ;

• ai movimenti differenziali ;

• alla localizzazione delle zone attive.

L'analisi delle velocità consente in particolare di identificare le diverse fasi di evoluzione di una frana :

Schéma explicatif simplifié

L'identificazione precoce di questi cambiamenti di comportamento costituisce uno dei principali obiettivi di un sistema di monitoraggio strumentato.

Pressioni interstiziali: uno dei principali fattori che contribuiscono all'innesco delle frane

Nei terreni fini e nei materiali alterati, le variazioni di pressione interstiziale giocano un ruolo determinante nell'innesco delle instabilità.

Un aumento della pressione dell'acqua riduce direttamente le tensioni effettive e quindi la resistenza meccanica del terreno.

È per questo che i piezometri occupano un posto centrale nell'strumentazione geotecnica dei versanti instabili.

L'analisi congiunta dei dati piezometrici e delle misure di spostamento consente spesso di identificare correlazioni molto forti tra gli episodi di ricarica idraulica e le accelerazioni osservate sul campo.

In alcuni contesti, le variazioni piezometriche possono persino costituire un indicatore precursore diversi giorni prima dell'apparizione di movimenti significativi.

Pluviometria 

Deformazioni e monitoraggio dell'apertura delle fessure

L'apparizione di crepe in cima al pendio o nelle strutture situate nelle vicinanze di un movimento di massa costituisce spesso uno dei primi segni visibili di una destabilizzazione. La loro evoluzione può rivelare un movimento progressivo del terreno e consentire di identificare le fasi di accelerazione del fenomeno. Il monitoraggio continuo dell'apertura delle crepe mediante fissurometri consente di quantificare gli spostamenti e di anticipare un'eventuale aggravamento dell'instabilità.

Inclinazione e rotazione delle opere civili

I movimenti del terreno generano frequentemente rotazioni progressive delle strutture impiantate sul versante.

Muri di sostegno, edifici o opere d'arte possono presentare variazioni angolari molto deboli ma rivelatrici di un'evoluzione del fenomeno.

I sensori di inclinazione registrano variazioni angolari, (e/o informative in mm) e consentono di apportare una dimensione geometrica alle misure di spostamento lineare.

L'importanza di un approccio multi-parametrico

Uno degli errori più frequenti consiste nel monitorare un movimento di massa utilizzando un solo tipo di sensore.

L'esperienza dimostra che la comprensione di un fenomeno geotecnico si basa prima di tutto sulla correlazione di più parametri :

• spostamenti ;

• aperture delle fessure ;

• inclinazioni ;

• pressioni interstiziali ;

• livelli della falda ;

• umidità del suolo ;

• precipitazioni ;

• temperatura.

Questo approccio multi-parametrico consente non solo di rilevare le anomalie ma anche di mirare al meglio ai meccanismi responsabili dei movimenti osservati.

Dal monitoraggio all'allerta precoce

L'obiettivo di un sistema di monitoraggio è fornire informazioni affidabili che consentano di comprendere l'evoluzione di un fenomeno e di aiutare nella presa di decisione.

L'analisi delle tendenze, delle accelerazioni e delle correlazioni tra i diversi parametri consente di definire soglie di allerta adatte al comportamento specifico del sito monitorato.

Questi sistemi di allerta precoce svolgono oggi un ruolo fondamentale nella protezione delle infrastrutture, dei beni e delle persone esposte ai rischi naturali.

Le soluzioni FEELBAT per la sorveglianza delle frane

FEELBAT sviluppa una gamma di sensori connessi dedicati al monitoraggio geotecnico e alla sorveglianza dei movimenti del terreno. L'obiettivo è fornire ai gestori delle infrastrutture, agli studi tecnici e agli esperti dati affidabili per seguire l'evoluzione dei versanti instabili e comprendere meglio i meccanismi alla base delle frane.

A seconda delle problematiche del sito e dei fenomeni da monitorare, possono essere impiegate diverse tecnologie :

DELTA L+: monitoraggio dell'evoluzione delle fessure e degli spostamenti relativi;

DELTA R: monitoraggio delle inclinazioni e dei movimenti di rotazione;

DELTA X-P: misurazione del livello della falda freatica;

DELTA X-Hs: monitoraggio dell'umidità del suolo;

DELTA X-Ra: misurazione delle precipitazioni.

Tutti i sensori integrano inoltre una misura della temperatura, consentendo di correlare le osservazioni alle condizioni ambientali.

I dati vengono trasmessi automaticamente a una piattaforma centralizzata che offre la visualizzazione in tempo reale, l'analisi dell'evoluzione delle misure, la generazione di report automatici e la configurazione di avvisi personalizzati.

Grazie al loro design wireless, i sensori FEELBAT possono essere installati rapidamente sul campo con una manutenzione minima. La loro autonomia, che può raggiungere diversi anni a seconda della configurazione scelta, garantisce un monitoraggio continuo nel lungo periodo.

Sono disponibili diversi protocolli di comunicazione per adattarsi alle condizioni di copertura del sito: Sigfox, LoRaWAN, LTE-M e 4G.

I sensori possono essere installati singolarmente o a rete per coprire aree estese e incrociare diversi indicatori di monitoraggio. Questo approccio multi-sensore consente di ottenere una visione più completa del comportamento del versante e di identificare meglio i fattori che possono influenzare la sua stabilità.

Il monitoraggio connesso rappresenta oggi uno strumento essenziale per rilevare evoluzioni significative, seguire l'attività di un movimento franoso e anticipare i rischi.

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