Rischio idrogeologico e infrastrutture

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RISCHIO IDROGEOLOGICO E INFRASTRUTTURE

UNA METODOLOGIA INTEGRATA PER LA MAPPATURA DI PERICOLOSITÀ/RISCHIO IDROGEOLOGICO LUNGO INFRASTRUTTURE A SVILUPPO LINEARE

Acausa del loro elevato sviluppo lineare, le infrastrutture a rete (strade, autostrade, ferrovie, flow lines, ecc.) intercettano frequentemente aree caratterizzate da fenomeni di dissesto idrogeologico. Non si tratta solo di fenomeni di grandi dimensioni, che in genere sono cartografati e studiati, ma anche dissesti superficiali di piccolo volume, solitamente ignorati dalle cartografie ufficiali, che possono compromettere la sicurezza delle infrastrutture di trasporto. Un’idea dell’entità del problema è fornita da una recente analisi da noi effettuata esaminando la letteratura scientifica disponibile sul territorio italiano, nell’ambito della quale sono stati catalogati più di 400 eventi di dissesto idrogeologico che hanno danneggiato le linee ferroviarie italiane negli ultimi 60 anni. Si tratta solo degli eventi di maggiore entità, che per varie ragioni hanno stimolato l’interesse del mondo scientifico, ai quali andrebbero aggiunti tutti gli eventi minori, che in genere vengono riportati solo dai Media. A questo proposito, una recente ricerca effettuata dall’Università di Losanna utilizzando il servizio di Google Alert ha catalogato nel solo intervallo 2012-2016 più di 800 eventi “minori” riportati solo nelle cronache giornalistiche, che hanno interessato le infrastrutture di trasporto in territorio svizzero generando danni di varia entità.

1. Esempio di sovrapposizione di layer tematici georeferenziati in ambiente GIS

Per poter ottenere un quadro sinottico delle problematiche idrogeologiche che intersecano un’infrastruttura lineare sono necessari dati di dettaglio come la geometria del pendio, le proprietà geotecniche e geomeccaniche dei materiali, le caratteristiche idrologico-idrauliche ed idrogeologiche del territorio, ecc., ad una scala in genere inedita ed integrare tali dati in un sistema di analisi che consenta di calcolare un indicatore il più possibile oggettivo della propensione al dissesto lungo l’infrastruttura considerata. Imageo ha sviluppato una procedura originale (ScadaGeo) basata su un approccio di tipo geomatico, che consente di utilizzare dati tematici georeferenziati integrati in un Sistema Informativo Territoriale (GIS) al fine di valutare la pericolosità e/o il rischio da frana lungo infrastrutture a sviluppo lineare, a supporto della pianificazione di interventi di protezione nel breve e medio periodo. Dall’elaborazione di dati sia telerilevati sia acquisiti a terra è possibile ottenere una vasta gamma di parametri lungo il corridoio attraversato dall’infrastruttura, dalla geometria del pendio alla classificazione dell’ammasso roccioso. Un’analisi multicriteri spaziale (SMCA) viene quindi utilizzata per creare un indice composto e spazialmente distribuito, basato su una procedura il più possibile oggettiva e riproducibile, della pericolosità e/o del rischio da frana, basato su valori normalizzati di quelli che vengono riconosciuti come i fattori scatenanti. Tale indice viene utilizzato per costruire un quadro sinottico della propensione al dissesto dell’infrastruttura analizzata, volto a supportare i Gestori di infrastrutture lineari nella definizione delle misure di mitigazione più appropriate e nella pianificazione della loro attuazione. Inoltre, se integrato con dati generati da sistemi di monitoraggio e/o modelli previsionali, ScadaGeo può fornire il quadro evolutivo, periodicamente aggiornato, dell’infrastruttura studiata supportando attività di In-Line Inspection oltre alla pianificazione di interventi di mitigazione di eventuali fenomeni interferenti con l’infrastruttura stessa. Tale metodo è stato finora applicato con successo a centinaia di km di linee ferroviarie e autostrade in Italia ed all’estero. Un approccio di questo tipo può generare, oltre a un significativo risparmio economico, anche una prova indiscutibile dell’impegno del gestore stesso nel critico settore della salvaguardia e sicurezza delle proprie infrastrutture.

UN APPROCCIO MULTISCALA

Un approccio multiscala consente al Gestore dell’infrastruttura di identificare le aree potenzialmente più critiche attraverso livelli di analisi progressivamente più dettagliati. Con tale approccio, le indagini di maggior dettaglio più costose in termini di tempo e risorse, vengono applicate solo alle tratte che sono state evidenziate come critiche durante l’analisi ad un livello di scala maggiore, generando un sensibile risparmio economico. L’approccio metodologico prevede tre scale di lavoro distinte: • scala regionale (1:50.000-1:100.000); • scala locale (1:5.000-1:10.000); • scala di dettaglio o monografica (1:200-1:1.000).

LA SCALA REGIONALE (1:50.000-1:100.000)

A questa scala di lavoro vengono in genere elaborati dati per lo più già disponibili sull’area di studio, quali inventari frane (PAI, IFFI, altri), dati geologici e geomorfologici di letteratura, risultati di analisi geomorfometriche effettuate sui DEM scaricabili da portali cartografici regionali, dati di spostamento superficiale forniti da analisi interferometriche satellitari su immagini satellitari acquisite da satelliti operanti in banda C (solitamente gratuiti come quelli dei satelliti Sentinel dell’ESA) e l’integrazione di tutti i dati precedentemente raccolti lungo l’infrastruttura, inclusi dati rilevati da strumenti di monitoraggio operanti in tempo reale o post-elaborati (inclinometri, piezometri, stazioni GNSS, ecc.) e risultati di modellazione dei fattori scatenanti, quali ad esempio le precipitazioni. Il risultato è una mappa delle priorità con scala colori semaforica nella quale l’infrastruttura in esame è suddivisa in tratti di lunghezza chilometrica, evidenziando le sezioni che richiedono indagini più approfondite (Figura 2).

LA SCALA LOCALE (1:5.000-1:10.000)

Questo secondo livello di analisi sfrutta prodotti cartografici di dettaglio rilevati ad hoc (DEM, ortoimmagini, nuvole di punti) oltre ai risultati di rilievi a terra appositamente effettuati. A questo scopo vengono effettuati voli LIDAR lungo tutto il corridoio infrastrutturale, e rilievi eseguiti con tecniche ad alto rendimento che impiegano sistemi di Mobile Mapping montati su veicoli. Il sistema presentato in Figura 3 è un sistema componibile che integra una coppia di teste laser scanner, un sistema inerziale (IMU + 2 GNSS + odometro) e due camere fotografiche ad alta risoluzione. Questo sistema può essere facilmente movimentato ed installato su qualunque veicolo e consente di ottenere una nuvola di punti densa di precisione centimetrica dei tratti di infrastruttura in trincea, integrando così i rilievi LIDAR da aereo o elicottero. L’analisi dei modelli digitali tridimensionali ottenuti dai rilievi

DISSESTO

2. Esempio di classificazione a scala regionale di un’importante via di comunicazione stradale in Nepal: la strada è stata suddivisa in tratte da 3 km di lunghezza ciascuna, utilizzando diversi criteri di analisi (analisi geomorfologiche e geomorfometriche, modelli di runout, database di fenomeni franosi, interferometria satellitare, ecc.) per produrre una classificazione in quattro classi di rischio

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sopra citati consente di ottenere innumerevoli informazioni di dettaglio sul corridoio percorso dall’infrastruttura studiata, quali: • carte geomorfologiche di dettaglio; • parametri geomorfometrici dei versanti (naturali e antropici), quali inclinazione, esposizione, connettività idrologica e del sedimento, ecc.; • aree di potenziale espansione di colate detritiche e frane superficiali ed eventuali interferenze tra queste e l’infrastruttura (Figura 4); • aree di propagazione in caso di crolli di roccia ed eventuali interferenze con l’infrastruttura.

Da un’analisi delle nuvole di punti dense della superficie dell’ammasso roccioso è inoltre possibile estrarre parametri descrittivi delle caratteristiche geomeccaniche dell’ammasso roccioso, fino a ottenere una distribuzione delle classi di qualità dell’ammasso secondo le classificazioni più comuni (per esempio, SMR). I risultati delle analisi geomatiche vengono integrati con quelli ottenuti dall’elaborazione dei rilievi e delle indagini dirette eseguite su aree campione rappresentative delle problematiche principali individuate lungo l’infrastruttura ed estrapolabili all’intero tracciato. Il flusso di lavoro dipende sia dalle caratteristiche geologico3A, 3B, 3C e 3D. In senso orario: il sistema Mobile Mapping montato su carrello ferroviario (3A) geomorfologiche dell’area di e su veicolo stradale (3B), lo schema della strumentazione (3C) e una nuvola di punti prodotta in output dal sistema (3D) studio che dal tipo di infrastruttura e pertanto, pur partendo da una base di lavoro standard, può essere personalizzato in funzione del caso esaminato. L’output a questa scala di lavoro è una mappa spesso denominata delle “priorità di intervento”, nella quale le unità geografiche elementari hanno in genere un significato geomorfologico. Un esempio è mostrato nella Figura 5.

LA SCALA DI DETTAGLIO O MONOGRAFICA (1:200-1:1.000)

A questa scala di lavoro, lo studio monografico dell’area è fortemente personalizzato, in funzione delle problematiche da indagare e delle possibili interazione con l’infrastruttura o le opere d’arte eventualmente presenti lungo il percorso di questa. Tra i dati di input dello studio a questa scala di lavoro vi sono ad esempio: • rilievi con laser terrestre e rilievi fotogrammetrici UAV/elicottero, utilizzati per produrre nuvole di punti dense che vengono elaborate con procedure automatiche e iterative commerciali o appositamente sviluppate da Imageo, per ottenere valori spazialmente distribuiti dei principali parametri geomeccanici dell’ammasso roccioso come VRU, JV, P21, SMR, ecc.; • risultati di perforazioni geognostiche, prove geotecniche in sito, indagini geofisiche, prove di laboratorio su campioni, ecc.; • verifiche di stabilità all’equilibrio limite o analisi traiettogra4. La rappresentazione su una ortoimmagine del risultato della fiche 2D e 3D (Figura 6); modellizzazione di runout di fenomeni di colata detritica e frane superficiali. I colori rappresentano il parametro H/L (differenza di quota su distanza percorsa a terra) in base al quale viene definita la • analisi e modellazioni dell’interazione tra infrastruttura e fenomeni di instabilità di versante. distanza di arresto della colata. Le frecce sono state inserite per una Il risultato di questa fase di studio è un rapporto monografico migliore comprensione del flusso del materiale corredato da carte tematiche di dettaglio.

DISSESTO

5. La carta delle priorità di intervento su un tratto di linea ferroviaria: i colori dal verde al rosso rappresentano le classi di pericolosità o di priorità di intervento, secondo una classificazione semaforica di immediata lettura

6. Il risultato di analisi traiettografiche 3D e 2D su una parete a monte di un tratto stradale

ACCESSO AI RISULTATI

Per fornire all’utente finale uno strumento operativo che consenta di accedere ai risultati dello studio e interagire con essi, è stato implementato un servizio WebGIS che consente la visualizzazione dei dati rilevati, dei risultati e della loro interpretazione, senza che sia necessario disporre di software dedicati e competenze specialistiche. Il servizio WebGIS può essere personalizzato in base alle necessità dell’utente, consentendo a quest’ultimo l’inserimento diretto di immagini, annotazioni e altre informazioni georeferenziate direttamente da PC, tablet e smartphone, mantenendo così il sistema attivo e aggiornato. n

(1) Presidente di Imageo Srl

Ringraziamenti

Imageo desidera ringraziare ETS Engineering, Studio Geologico Epifani, ERRE.VI.A. e TRE-Altamira per la fiducia accordata e il supporto fornito nello sviluppo di questo progetto. Un ringraziamento particolare va a Codevintec Italiana Srl per il supporto fornito nella scelta e nell’assemblaggio dei sensori componenti il sistema di Mobile Mapping utilizzato nei rilievi da veicolo stradale e ferroviario, inclusa l’assistenza in fase di assemblaggio, messa in funzione e calibrazione delle apparecchiature.

IMAGEO Srl, fondata nel 2007 come spin-off dell’Università di Torino, opera nel campo della Geomatica e della Geologia, dalla fase di rilievo a quella di interpretazione dei dati.

Principali attività: • Integrazione tra tecniche di rilievo innovative (da terra e da remoto) e approccio geologico tradizionale • Mappatura del rischio idrogeologico e pro5-2019 STRADE & AUTOSTRADEgettazione di sistemi di gestione del rischio lungo infrastrutture lineari 161

• Rilievo, analisi, caratterizzazione e monitoraggio di versanti instabili • Supporto alla progettazione di grandi opere di ingegneria civile, in Italia ed all’estero • Monitoraggio spostamenti del suolo in aree di produzione e stoccaggio idrocarburi • Gestione dati geografici (GIS e WebGIS)