Monitoraggio di una frana appenninica

Monitoraggio di una frana appenninica

Tecnopenta progetta e realizza impianti di monitoraggio frane. Ecco un esempio recente, ancora in funzione su un tratto di strada provinciale Toscano interessato da un movimento franoso.

Ci troviamo in zona collinare a circa 370 m di altitudine.

Posizione monitoraggio frana
Posizione impianto di monitoraggio frana.

La porzione di strada interessata è lunga circa 60 m e delimitata da due fratture gemelle convergenti verso monte. La frana agisce inoltre anche sulla parte boschiva a lato della strada caratterizzata dalla presenza di diverse fratture e scivolamenti. In questo impianto di monitoraggio frane si è quindi deciso di installare due punti di misura sulla strada e due punti nella zona boschiva a monte delle due carreggiate.

Posizione sensori frana
Posizione scelta per i punti di misura

Sensori di monitoraggio frane

Il monitoraggio del movimento in attoviene affidato a due coppie di sensori estensimetrici: i primi due posizionati a cavallo delle due fratture che attraversano la strada e i secondi locati invece sulle fratture in bosco.

Gli strumenti montati sulle fratture in strada sono estensimetri a filo modello G1-EST CPL, montati su plinti in cemento costruiti appositamente. La parte sensibile dello strumento è un potenziometro rotativo con corsa 100 cm tensionato a molla il quale misura lo spostamento attraverso un cavo d’acciaio agganciato ai lati opposti della frattura. Il corpo principale dello strumento viene ospitato in una scatola Palazzoli IP68 (10x10x10), costituita da materiale plastico e ancorata al plinto posto sul lato della frattura considerato stabile.

Sono stati commissionati all’impresa costruttrice 3 plinti per ogni stazione di misura: uno sul lato considerato non in movimento e due nella parte in frana. Una coppia di lati dei due plinti giace su una linea ideale perpendicolare alla direzione della fratturazione in modo che il monitoraggio vada ad indagare la risultante principale del movimento in atto e che l’installazione risulti precisa.

Plinti sensori strada

L’immagine soprastante mostra la posizione dei plinti rispetto alla frattura. Il terzo plinto, posto ad una distanza maggiore da quello considerato fermo, servirà per il montaggio di un sistema d’allarme di tipo on/off. I plinti sono in calcestruzzo, a base quadrata di lato 40 cm e sono ancorati con barre d’acciaio ad aderenza migliorata fino a 1 m di profondità. Le sommità dei plinti cadono sullo stesso piano quindi essi sono di altezze diverse visto che la frana ha causato la dislocazione del lato della frattura verso valle. I plinti costruiti per l’aggancio dell’estensimetro a filo sono a distanza di circa 250 cm.

Gli strumenti montati sulle fratture in bosco sono invece estensimetri di superficie a filo modello G1-EST S. In questo caso il sistema di tensionamento è costituito da un peso di 8 Kg e la parte sensibile è un potenziometro multigiro con corsa 130 cm. Il filo in acciaio inossidabile che ha il compito di trasferire il movimento al potenziometro scorre su una puleggia in alluminio opportunamente dimensionata. Il corpo principale dello strumento viene montato su palo infisso nel terreno, sul lato della frattura verso monte, mentre il cavo d’acciaio che fa da base di misura viene ancorato dall’altro lato della crepa. Il cavo d’acciaio inossidabile viene mantenuto in posizione da dei guidafili in ottone anch’essi infissi nel terreno, la cui altezza è regolabile. Le scatole utilizzate per la costruzione di tali sensori sono delle Rittal (20 x 11 x 30 cm) in metallo verniciato.

Estensimetro filo supeficie
Schema dell’ estensimetro a  filo superficiale

Acquisizione dati

In ambedue le stazioni di misura, l’acquisizione dati viene affidata ad un data logger modello FlexLog. Il FlexLog è un logger multicanale (il numero di canali viene scelto in base ai sensori), a bassissimo consumo e che può essere dotato di un modulo GPRS per l’invio dati su server remoto. Inoltre i dati vengono memorizzati anche in situ su scheda di memoria SD, estraibile e leggibile con qualsiasi PC senza software particolari.

Il logger assegnato alla stazione in bosco viene ospitato in una scatola Bocchiotti fatta di vetroresina e dotata di serratura a chiave. L’alimentazione viene fornita al logger da una batteria agli ioni di litio da 4.2 V tenuta in tampone da una batteria al piombo da 7 Ah. In aggiunta la stazione è dotata di un modulo fotovoltaico da 5 watt il quale ricarica la batteria al piombo e assicura così una maggiore indipendenza al logger.

Il FlexLog associato alla stazione sulla strada è ospitato in una scatola Bocchiotti simile a quella in bosco ma di dimensioni maggiori perché in essa alloggia anche l’elettronica che gestisce i segnali di allarme provenienti dai contatti on/off di cui parleremo in seguito. Anche questa scatola è dotata di serratura a chiave. L’alimentazione di questo sistema è simile a quella descritta precedentemente, con la differenza però che la batteria al piombo è da 17 Ah e che il modulo fotovoltaico è da 40 Watt (questo perché devono essere alimentate anche le centraline d’allarme).

Sensori di allarme per monitoraggio frane               

Oltre al monitoraggio l’area in frana viene dotata anche di un sistema d’allarme che pilota due semafori posizionati lungo la strada ai lati dell’area interessata dal movimento franoso. I sensori in questione vengono posizionati in strada e agganciati ai plinti costruiti in prossimità della frattura. Per questa installazione si utilizza il plinto sul lato considerato stabile e il terzo plinto fin ora inutilizzato per il monitoraggio. Il sensore è costituito essenzialmente da una barra d’acciaio telescopica riposizionabile che collega i due plinti a cui è collegato un contatto elettrico che viene aperto dallo spostamento relativo fra i due punti di ancoraggio.

Inclinometro per la misura dell’abbasamento

Sulla barra d’acciaio che fa da base di misura per i contatti on – off viene inoltre montato un sensore inclinometrico MEMS modello G1-CLIN. Esso riesce a rilevare le variazioni di inclinazione della barra agganciata ai due lati della frattura consentendo di indagare in modo più preciso la componente verticale del movimento. I dati inviati dall’inclinometro vengono raccolti anch’essi dal data logger della stazione stradale.

Clinometro su barra
Misura dell’abbassamento con clinometro su barra

Conoscendo la variazione di inclinazione relativa (dovuta al movimento franoso) e la lunghezza della barra d’acciaio, è possibile calcolare l’abbassamento del blocco in movimento rispetto alla zona considerata stabile.

Semafori

Vengono installati due semafori a tre luci, su ciascun lato del’area in frana. Essi sono pilotatiti dalla centralina posizionata lateralmente nella piazzola di sosta situata circa 30 m prima della frana sul lato rivolto verso Nord. Per normativa i semafori devono essere alloggiati su palo ad un altezza compresa fra 200 e 300 cm. Il palo standard utilizzato ha un diametro di 10.2 cm ed è lungo 360 cm, viene perciò infisso nel terreno e poi cementato per 60 cm.

I semafori devono regolare il traffico in un tratto di strada a senso unico alternato, sono quindi impostati dei tempi opportunamente scelti, ma modificabili, di accensione delle varie luci semaforiche. I tempi sono così divisi: 30 s verde, 15 s giallo (tempo di sgombero), 60 s di rosso.

In caso di segnale d’allarme da parte dei sensori, scatta il rosso fisso simultaneamente su entrambi i semafori. Nell’ultimo caso descritto viene avvisato anche il tecnico addetto alla verifica dell’area che decide, dopo le valutazioni del caso, se disattivare l’allarme e riaprire il traffico sulla strada.

posizione semafori
posizione semafori

Centralina allarmi per monitoraggio frane

La centralina di gestioni degli allarmi per monitoraggio frane si basa su un microcontrollore che ad intervalli regolari di 25 millisecondi controlla lo stato dei sensori installati. Il contatto da essi fornito è un normalmente chiuso, in tal modo si assicura la sicurezza intrinseca dell’impianto.

In caso di attivazione di uno o di entrambi i sensori o di rottura del cavo, il sistema provvede immediatamente ad attivare la lanterna rossa dei due semafori in modo da bloccare la circolazione stradale. Analogo comportamento si avrà se il microcontrollore della scheda di gestione si rompe o il programma va in crash.

Dopo l’attivazione dei semafori la centralina provvede ad accendere il combinatore telefonico (normalmente spento) e quando viene rilevata la rete GSM, provvede ad attivare le chiamate vocali previste ai numeri inseriti nella rubrica del combinatore.

Il sistema resterà quindi in questa situazione, fino all’arrivo del personale preposto alle operazioni di controllo della situazione della frana.