MONITORAGGIO DELLE CONDIZIONI DI STABILITA'

Il monitoraggio effettuato è consistito essenzialmente nel controllo dell'apertura -chiusura delle discontinuità più evidentemente aperte all'interno della struttura rocciosa. Questo tipo di controllo può assumere un'importanza significativa quando si protrae per più di un anno in modo che si possano isolare i fenomeni dovuti alla temperatura da quelli dovuti ad un eventuale evoluzione di fenomeni franosi. E' chiaro che anche all'interno di un periodo di tempo più breve è possibile rendersi conto di un eventuale pericolo dovuto a possibili crolli isolati.

Il monitoraggio svolto nell'ambito di questo lavoro non è da collegarsi alle verifiche di stabilità globali che riguardano una scala più grande del problema.

E' infine importante che anche una volta verificata la stabilità globale questo monitoraggio rimanga attivo per alcuni anni in modo da garantire un eventuale futuro esercizio di questi vuoti sotterranei.

L'effettuazione di studi e controlli dei movimenti di strutture rocciose abbandonate necessita di campagne di misura con ripetute acquisizioni di dati dalle strumentazioni installate. Per consentire l'effettuazione di misure, anche in continuo, si può ricorrere all'installazione di un sistema automatico di monitoraggio, alimentato dalla rete elettrica, da batterie interne o addirittura con pannelli solari.

Con il termine monitoraggio si intende un'attività di controllo effettuata con diverse tecnologie, eseguita su una porzione di territorio e finalizzata allo studio dell'evoluzione di un determinato fenomeno naturale; ciò permette una migliore conoscenza del territorio atta a minimizzare l'impatto di eventi calamitosi e la riduzione così del danno atteso.

Nel caso di studi effettuati per approfondire le conoscenze su una particolare situazione in sito, in relazione agli interventi di sistemazione e consolidamento, il sistema di monitoraggio può essere costituito da una centralina di acquisizione dati, a cui vengono collegati, via cavo, i vari sensori installati. Questi sensori, nel caso dei movimenti in ammassi rocciosi potenzialmente instabili, sono rappresentati generalmente da trasduttori, fessurimetri, distometri, estensimetri o altra strumentazione. La centralina remota può essere dotata di memoria fissa, che consente lo scarico periodico dei dati; questo tipo di operazione viene effettuata soprattutto nel caso di studio del fenomeno, non come sistema di controllo con eventuali soglie di allarme.

La stessa centralina può anche essere collegata, via cavo, via radio o tramite modulo GSM ad una sede di riferimento, come uno studio tecnico o un qualsiasi edificio in grado di ricevere il segnale; qui i dati vengono ricevuti e anche visualizzati su schermo, e da questa sede possono essere anche trasmessi, via modem e telefono, a tutte le altre sedi interessate.

I risultati di questi studi permettono di conoscere lo stato e le modalità di attività del dissesto e di ricavare delle indicazioni utili per gli interventi.

L'acquisizione in continuo di dati, applicata allo studio e controllo dei movimenti in ammassi rocciosi instabili, permette quindi di dare importanti cenni verso cui indirizzare gli interventi di consolidamento. Tuttavia, per una buona qualità dei dati misurati, sono necessari studi e indagini preliminari per poter ubicare e installare i sensori.

Nel controllo degli ammassi rocciosi potenzialmente instabili, infatti, si deve accuratamente definire la scelta del tipo e il punto di installazione dei sensori. E' importante inoltre effettuare, soprattutto nella messa a punto del sistema, degli assidui e ripetuti controlli durante il monitoraggio iniziale; questo permette di impostare la cadenza oraria di interrogazione per la misura dei sensori e anche di verificare la corrispondenza del dato reale con quello misurato dal sensore stesso.

Nel corso del seguente capitolo vengono illustrati gli studi svolti per la progettazione del sistema automatico di monitoraggio delle cave Danzi e Beltrami descrivendo le caratteristiche tecniche degli strumenti utilizzati e la loro funzionalità.

Il sistema di monitoraggio progettato deve essere in grado di definire nel tempo:

lo stato e le modalità di attività dei movimenti, ricavando indicazioni utili per gli interventi;

i movimenti in atto e la loro variazione spazio-temporale;

l'influenza di fattori esterni;

la dipendenza dei movimenti al mutare delle condizioni meteorologiche e idrauliche;

le variazioni di apertura delle fessure presenti sulle pareti rocciose per stabilire poi l'efficienza di eventuali opere di stabilizzazione e/o consolidamento;

il controllo strumentale di eventuali opere di stabilizzazione e/o consolidamento nel tempo.

Come affermato precedentemente, per una buona qualità e affidabilità dei dati misurati, è indispensabile eseguire a monte della progettazione studi e indagini preliminari per stabilire correttamente il luogo e il tipo di sensore da installare. Nel caso in esame, pertanto, è stata analizzata la documentazione esistente sull'area oggetto di indagine e fornita dalla Provincia di Varese, focalizzando l'attenzione sui rilievi geologici e geologico-tecnici effettuati, nel periodo compreso tra Settembre 2003 e Aprile 2004, dal Politecnico di Milano - Dipartimento di Ingegneria Idraulica, Ambientale, Infrastrutture Viarie, Rilevamento - in collaborazione con lo Studio Geologico Associato ABM.

In seguito a questo studio preliminare, è stato previsto un sistema automatico di controllo a lungo termine di spostamenti, costituito da 3 centraline a cui sono collegati i 15 trasduttori posizionati a cavallo delle fratture opportunamente selezionate.

Individuazione e selezione delle fratture

Al fine di definire il corretto posizionamento della strumentazione di indagine, sono state condotte delle analisi qualitative su ogni singola discontinuità rilevata.

La scelta delle fratture più significative è avvenuta seguendo alcuni criteri:

sono state prese in considerazione le discontinuità appartenenti sia al sistema principale a direzione media variante da NNW-SSE a NNE-SSW sia a quello a direzione media E-W;

si è posta maggiore attenzione alle zone situate in prossimità degli imbocchi, andando ad individuare le fratture "fresche", quelle caratterizzate da una buona apertura e capaci di svincolare dalle solette rocciose diedri di dimensioni non del tutto esigue;

per avere una visione globale del problema sono state scelte fratture distanti anche circa 50 m dall'imbocco, carsificate, non carsificate, parzialmente carsificate, ramificate e terminanti su pilastri. Per ognuna delle discontinuità significative selezionate è stata compilata una apposita scheda descrittiva che ne riassume tutte le caratteristiche principali

tipo di discontinuità;

apertura della discontinuità di cui viene fornito anche un valore numerico, misurato o stimato nel caso in cui la discontinuità non è risultata accessibile per una misurazione diretta;

rugosità basata su osservazioni a scala dell'"affioramento" e di dettaglio;

materiale di riempimento e condizioni di umidità della discontinuità in funzione della presenza o meno di materiale di riempimento

grado di alterazione della superficie di discontinuità;

considerazioni sulla presenza di acqua lungo la discontinuità;

descrizione qualitativa della discontinuità;

documentazione fotografica. 

2 Strumentazione  installata

Per il monitoraggio è stato previsto nel complesso l'utilizzo di 15 trasduttori (modello Sls 190 della Penny & Giles Controls), montati in situ in direzione ortogonale alla frattura e capaci di misurare spostamenti rettilinei, collegati via cavo a tre centraline (il sistema di acquisizione dati utilizzato è il GeoNet plus) ognuna delle quali a quattro canali, ma potenzialmente espandibili mediante l'aggiunta di moduli (si può giungere fino a 12 moduli aggiuntivi per un totale massimo di 16 uscite per centralina).

Le centraline sono state poste in prossimità degli imbocchi relativi ad ogni cava in posizione possibilmente inaccessibile al fine di evitare manomissioni, danneggiamenti e/o perdite di strumentazione.

2.1. Sistema di acquisizione dati: GeoNet plus

Descrizione funzionale

GeoNet plus è un sistema progettato per l'acquisizione remota di dati, capace di interfacciarsi ai principali trasduttori disponibili sul mercato. Il sistema di base è composto dalla centralina di acquisizione dati GN16+ e da due chiavi per la scrittura dei parametri di configurazione e per la lettura dei dati. Vengono inoltre forniti un software per l'elaborazione dei dati sviluppato in ambiente Windows 95/98/ME/NT/2000/XP ed un cavo di interfaccia chiave-PC che funge anche da chiave hardware. Il funzionamento esclusivamente a batteria interna elimina connessioni esterne alla rete. I parametri attraverso i quali l'acquisitore memorizza i dati, quali tipologia di misura, periodo di campionamento, data di inizio, codice identificativo acquisitore ecc. sono impostati dall'operatore in fase di inizializzazione del sistema per mezzo di un programma semplice ed intuitivo, che non richiede alcuna conoscenza specifica di informatica. Il programma permette all'operatore di memorizzare i parametri di configurazione del sistema di acquisizione all'interno della chiave. Inserendo la chiave, opportunamente programmata, nell'apposito connettore presente sulla centralina GeoNet plus, viene fornita automaticamente tensione al sistema, il quale memorizza i parametri presenti sulla chiave, si auto-configura ed automaticamente inizia un ciclo di misure secondo i parametri voluti. Una segnalazione visiva, per mezzo del led verde lampeggiante, comunica all'operatore che la procedura di configurazione è andata a buon fine.

L'operazione di recupero dei dati è concepita rispecchiando le esigenze degli operatori. La maggior parte degli impianti di monitoraggio viene realizzata in luoghi ove risulta poco agevole effettuare operazioni tecniche con PC. Per questo motivo l'acquisitore GN16+ salva i risultati delle misure sulla chiave che è stata innestata per l'apertura della corrente sessione di misure. L'operatore che deve recuperare i dati si limita a sfilare dal connettore dell'acquisitore la chiave con i dati memorizzati (questa procedura toglie automaticamente l'alimentazione allo strumento, chiudendo così la sessione di misura); se si intende proseguire le misure si apre una nuova sessione inserendo la seconda chiave precedentemente configurata. Il recupero effettivo su PC e la conversione dei dati in formato Excel possono essere così comodamente realizzati in ufficio piuttosto che in situ o in automobile.

Il sistema è inoltre integrato da un modulo GSM che permette il recupero dei dati in remoto, senza doversi recare fisicamente sul luogo dell'installazione. Tale impostazione abilita il sistema, dotato di apposito modulo GSM, all'invio di un SMS ad un modulo GSM ricevente, opportunamente connesso ad un PC, su cui è installato il software Sms Manager in grado di codificare i dati e di trasferirli su un foglio Excel. L'operazione di invio dell'SMS viene visualizzata dall'acquisitore attraverso l'accensione del led rosso. Il sistema GeoNet mantiene comunque una copia di backup dei dati inviati, memorizzata sulla chiave innestata nell'acquisitore. Ciò permette di fugare eventuali dubbi sulla coerenza dei dati ricevuti, sopperire ad  eventuali guasti della rete GSM od errate cancellazioni di mail importanti. Predisponendo inoltre di un modulo radio aggiuntivo, risulta possibile la connessione di più GN16+ ad un PC creando così una vera e propria rete di strumenti in configurazione a stella fino ad un massimo di 4096 differenti trasduttori. La rete, opportunamente interfacciata ad un PC appositamente progettato e dotato del software per la gestione dati, permette la visualizzazione e la restituzione grafica su foglio Excel, in tempo reale, dei valori acquisiti dai singoli trasduttori.

E' possibile inoltre effettuare acquisizioni forzate in remoto dalla postazione. Installando gli opportuni software è possibile infine il telecontrollo via internet di tutto il sistema, con la possibilità di recuperare i dati, ma anche di forzare singole letture e modificare i parametri di acquisizione.

GEONET PLUS

SISTEMA MODULARE PER L'ACQUISIZIONE DATI GEONET PLUS

Figura 1. Centralina acquisizione dati.

Caratteristiche tecniche

N° Canali. Fino a

Tipologie di misura 4-20mA, V, mV, mV/V, Pt100.

Alimentazione 12V dc a batteria.

Risoluzione della misura 16 Bit.

Temperatura di funzionamento -20 +70 °C.

Stabilità in temperatura +15ppm/°C max.

Tolleranza valore assoluto della misura 0,1% min.

Periodo di campionamento impostabile 2,10,30Min. 1,2,3,4,6,8,12h 1,2,3,4,5,10gg.

Numero diversi eventi memorizzabili. Min. 4080 (16 Canali) Max. 65280 (1 Canale).

Frequenza lettura/scrittura dati 400KHz

Durata della batteria. 1 anno Min.

Tensione di alimentazione dei sensori +24, +20V, +12V, -12V, +5V, Iconst.

Protezione IP65.

Dimensioni 340X260X105 mm.

Peso 1200Gr + Batt.

Metodologia di recupero dati remota a chiave

Modulo GSM opzionale per il recupero dati automatico a mezzo SMS, via e-mail

Modulo radio opzionale per la connessione di più GEONET ad un PC centrale in configurazione a stella, con la possibilità di gestire i dati via Internet.

Acquisizione dinamica

Figure 2.a-b-c-d. Schemi delle caratteristiche della centralina di acquisizione dati.

Parametri di configurazione del sistema (System Configuration):

- Sampling Rate: Periodo di campionamento da un minimo di 4 minuti ad un massimo di 10 giorni (nel sistema di monitoraggio oggetto del nostro studio è stato impostato un periodo di campionamento pari a 3 ore);

- Channels Num.: Numero di canali fra 1 e 16 che si intende utilizzare;

- Warming Time: Tempo di preriscaldamento dei trasduttori impostabile fra 0 e 255. 30 unità temporali corrispondono ad 1 sec. permettendo quindi un intervallo di preriscaldamento da 0 a 8,5 sec;

- Logger identity: Codice identificativo associato all'acquisitore, impostabile fra 0 e 255;

- Time of install.: Ora nella quale si intende aprire la nuova sessione di misure inserendo la chiave nell'acquisitore GN16+. -;

- Date of install.: Data nella quale si intende aprire la nuova sessione di misure inserendo la chiave nell'acquisitore GN16+. Data e ora di installazione verranno riportata sul rapporto finale, in formato Excel, a lato del valore relativo alla misura. L'aggiornamento delle date viene realizzato automaticamente sulla base del valore del periodo di campionamento;

- GSM:            modulo GSM per il recupero dei dati;

- Radio:           configurazione di rete a stella per la gestione dei dati;

Per ogni singolo canale devono essere selezionate le caratteristiche e la tipologia del trasduttore cablato:

+20V: Alimentazione al trasduttore pari a +20V rispetto a massa;

+12V: Alimentazione al trasduttore pari a +12V rispetto a massa;

+12V e -12V: Alimentazione al trasduttore pari a +-12V rispetto a massa;

IC.: Corrente costante per trasduttori passivi di tipo resistivo;

mV/V: Alimentazione al trasduttore pari a +5V rispetto a massa. Il valore di lettura viene fornito normalizzato ad 1 (mV/V);

Vref.: Se selezionato, abilita la lettura di tensioni duali in ingresso;

4-20: Abilita la lettura di trasduttori in corrente secondo lo standard 4-20mA.

Funzionalità del sistema tramite Sms Manager

La centralina acquisisce i valori dai trasduttori con periodo di campionamento stabilito ( 3 ore), salva i dati acquisiti sulla memory card e su di un'eeprom interna.

Quando il numero di acquisizioni risulta sufficiente a riempire un sms (160 caratteri) il logger alimenta il modulo GSM ed invia un sms nel cui corpo sono contenute, in forma codificata, le informazioni relative alle acquisizioni effettuate. Il numero di acquisizioni per sms è funzione del numero di canali letti (32 canali/sms). Successivamente il logger toglie tensione al modulo GSM in modo da preservare la durata della batteria, cancella i dati dell'eeprom interna mentre preserva quelli contenuti sulla memory card, garantendo così la possibilità di scaricare manualmente tutti i dati acquisiti dal logger.

Il modulo GSM ricevente, opportunamente connesso ad un PC, riceve l'sms inviato dal logger.

Il software Sms Manager (figura in basso), installato sul medesimo PC, controlla ogni minuto se esistono nuovi sms nella sim del modulo GSM ricevente, discrimina ed elimina eventuali messaggi non inviati dal logger, mentre legge il corpo di quelli considerati validi, ne determina la provenienza per mezzo del numero di identificativo di logger (da 0 a 255), codifica i dati, apre un foglio di Excel risiedente nella cartella c:DocumentiGeiRadio il cui nome è legato all'identificativo, incolla i nuovi dati ricevuti e chiude il file.

L'utente si interfaccia al sistema esclusivamente tramite accesso diretto ai file Excel contenuti nella cartella c:DocumentiGeiRadio, all'interno dei quali sono contenuti tutti i dati prodotti, fino all'ultimo SMS inviato. Sullo stesso foglio, o su altri fogli dello stesso file, possono essere inserite macro, formule, grafici ecc. al fine di poter visualizzare direttamente le grandezze ingegneristiche desiderate.

Figura 3. Interfaccia grafica del software Sms Manager.

Figura Caratteristiche della tecnologia GSM.

2.2. Trasduttori

Si tratta di strumenti utilizzati nell'ambito delle indagini sulla stabilità di fenomeni di dissesto, quali il controllo di movimenti di ammassi o pareti rocciose, dove risulta fondamentale rilevare le variazioni di apertura delle fratture più significative.

Tali strumenti si compongono complessivamente di:

un corpo metallico, contenente un trasduttore elettrico di spostamento e montato su un supporto di ancoraggio;

un cavo elettrico di opportune caratteristiche che realizza il collegamento dello strumento all'unità di lettura;

un' astina in acciaio di lunghezza variabile, di congiunzione del trasduttore con un secondo ancoraggio a tassello.

Alle estremità dell' astina, due snodi multidirezionali consentono la compensazione di eventuali movimenti fuori asse.

Principio di funzionamento

Per mezzo degli ancoraggi, lo strumento risente delle stesse variazioni di assetto della fessura a partire dal momento dell'installazione; in conseguenza si modificherà la posizione dell'asta collegata al sensore che segue i movimenti della astina in acciaio, facendo così variare il valore elettrico del trasduttore.

L'impiego della seguente strumentazione va previsto quando lo spostamento relativo tra i due lembi della fessura avviene lungo una direzione prevalente, tale da poter orientare correttamente l'asse strumentale; eventuali movimenti fuori asse sono comunque compensati dai due snodi multidirezionali alle estremità della barretta.

I trasduttori vanno installati a parete, a cavallo della fessura di interesse. Effettuando una lettura di controllo, si può valutare l'opportunità di regolare la posizione iniziale dell'astina del trasduttore in modo da ottenere una misura di riferimento prestabilita.

La prima lettura è la "lettura di zero"; le successive sono "letture di esercizio".

Figura 5. Sensore lineare potenziometrico.

Nel sistema di monitoraggio oggetto del nostro studio è stato utilizzato il modello Sls190/25/1K/L/66/01 della Penny & Giles Controls; si tratta di un sensore lineare potenziometrico ad elevate prestazioni di precisione e grande robustezza. L'innovativo design del prodotto offre numerosi benefici, tra cui la possibilità di utilizzare il modello Sls 190 in ambienti ostili, grazie al grado di protezione Ip 66 e agli snodi sferici resistenti alla corrosione e una maggiore facilità di montaggio, grazie all'albero rotabile e ad una sostanziale riduzione del peso.

Tabella 1. Caratteristiche tecniche del sensore lineare potenziometrico.

Figura 6. Scheda tecnica del trasduttore Sls190/25/1K/L/66/01 della Penny & Giles Controls.

3. Progettazione dell'ubicazione degli strumenti

Dall'esame dell'elaborato cartografico allegato si possono trarre alcune considerazioni di carattere generale.

Cava Danzi

è riconoscibile una giacitura principale delle discontinuità con orientamento prevalente NNE-SSW e media N-S ad elevato angolo di inclinazione associato ad un sistema a direzione media ESE-WNW nella porzione settentrionale dell'area coltivata variante a E-W/ENE-WSW nella parte meridionale sempre ad elevata inclinazione;

le discontinuità a direzione N-S presentano fenomeni di carsificazione o principi di carsificazione limitatamente alle zone prossime agli imbocchi;

non sono state rilevate situazioni di flusso idrico associato a fratturazione così significative  come quelle evidenziate per la Cava Beltrami.

Delle 109 discontinuità rilevate sono state selezionate 11 da monitorare (ben visibili nella tavola Danzi_monitoraggio in allegato), di cui 4 sono situate nella zona meridionale (imbocco basso) e le restanti 7 nella zona centro-settentrionale (imbocco centrale e alto) della cava.

A questo scopo si utilizzano due centraline:

centralina A a 4 canali senza alcun modulo aggiuntivo situata in prossimità dell'imbocco basso a cui sono collegati via cavo i 4 trasduttori relativi alle fratture selezionate della zona meridionale (cfr. Allegato 1 - Danzi_monitoraggio

centralina B a 4 canali con tre moduli aggiuntivi situata in prossimità dell'imbocco alto a cui sono collegati via cavo i 7 trasduttori relativi alle fratture selezionate della zona centrale e settentrionale della cava (cfr. Allegato 1 - Danzi_monitoraggio

Tabella 2. Caratteristiche della centralina A.

dalla centralina A a 4 canali si diramano:

1 cavo a 3 fili che collega direttamente la centralina A al trasduttore A1;

1 cavo multipolare a 12 fili che arriva fino alla scatola di derivazione 1;

da cui, a sua volta, si diramano 3 cavi a 3 fili che collegano i trasduttori A2, A3, A4 alla scatola di derivazione 1;       

Figura 7. Cablaggio della centralina A.

Tabella 3. Caratteristiche della centralina B.

dalla centralina B a 7 canali si diramano:

1 cavo multipolare che giunge fino alla scatola di derivazione 2; da qui, a sua volta, si diramano 4 cavi a 3 fili che collegano i trasduttori B5, B6, B7, B8 alla scatola di derivazione 2;

1 cavo multipolare che arriva fino alla scatola di derivazione 3; da qui, a sua volta, si diramano 3 cavi a 3 fili che collegano i trasduttori B9, B10, B11 alla scatola di derivazione 3;

Figura 8. Cablaggio della centralina B.

CAVA DANZI

Nel complesso è stato previsto l'utilizzo di:

N° Centraline 2

N° Trasduttori 11

N° Scatole di derivazione 3

Lunghezza Cavo multipolare A-1 = 30,00 m

B-2 = 19,00 m

B-3 = 56,00 m

Lunghezza Cavo a 3 fili A-A1 = 14,00 m

1-A2     = 11,00 m

1-A3 = 14,00 m

1-A4 = 12,00 m

2-B5 = 20,00 m

2-B6 = 18,00 m

2-B7 = 12,00 m

2-B8 = 20,00 m

3-B9 = 1,00 m

= 16,00 m

3-B11 = 10,00 m

CAVA BELTRAMI

è ben riconoscibile un sistema principale di discontinuità aventi direzione di immersione media variante da NNW-SSE a NNE-SSW, generalmente ad inclinazione elevata o prossima alla verticale con spaziatura plurimetrica, a cui si associa una famiglia a direzione di immersione media E-W, anch'essa ad elevata inclinazione;

per quanto concerne i fenomeni di carsificazione associati alle fratture si nota che le discontinuità del sistema a direzione E-W, pur essendo in numero ridotto, sono in larga parte carsificate, mentre per quanto riguarda le fratture a direzione N-S la carsificazione é concentrata in genere limitatamente alla porzione settentrionale della cava;

nella porzione NE dell'area coltivata le discontinuità denominate 3 e 4 (direzione N-S) delimitano una porzione di soletta sensibilmente ruotata; le fratture concentrate in tale area sono quelle in cui, in caso di precipitazioni intense e/o prolungate, si ha la circolazione idrica più rilevante con risposte quasi immediate all'evento.

Delle 63 discontinuità presenti sono state selezionate 4 da monitorare (ben visibili nella tavola Beltrami_monitoraggio in allegato).

Per questo monitoraggio si utilizza un'unica centralina:

Centralina C a 4 canali senza alcun modulo aggiuntivo situata in prossimità dell'imbocco principale a cui sono collegati via cavo i 4 trasduttori relativi alle fratture selezionate (cfr. Allegato 2 - Beltrami_monitoraggio

Tabella Caratteristiche della centralina C.

dalla centralina C a 4 canali si diramano:

1 cavo a 3 fili che collegherà direttamente la centralina C al trasduttore C12;

1 cavo multipolare che giunge fino alla scatola di derivazione 4; da qui, a sua volta, si diramano 3 cavi a 3 fili che collegheranno i trasduttori C13, C14, C15 alla scatola di derivazione 4;

Figura 9. Cablaggio della centralina C.

CAVA BELTRAMI:

Nel complesso è previsto l'utilizzo di:

N° Centraline 1

N° Trasduttori 4

N° Scatole di derivazione 1

Lunghezza Cavo multipolare C-4 = 32, 00 m

Lunghezza Cavo a 3 fili C-C12 = 22,00 m

4-C13 = 11,00 m

4-C14 = 15,00 m

4-C15 = 11,00 m

Elaborazione dei dati di monitoraggio

I dati rilevati in continuo dagli strumenti vengono acquisiti dalle centraline con un periodo di campionamento pari a 3 ore,  vengono registrati su una memory card e su un'eprom interna; quando il numero di acquisizioni risulta sufficiente a riempire un sms (160 caratteri) il logger alimenta il modulo GSM ed invia un sms nel cui corpo sono contenute, in forma codificata, le informazioni relative alle acquisizioni effettuate. Successivamente il logger toglie tensione al modulo GSM in modo da preservare la durata della batteria, cancella i dati dell'eeprom interna mentre preserva quelli contenuti sulla memory card, garantendo così la possibilità di scaricare manualmente tutti i dati acquisiti dal logger.

Il modulo GSM ricevente, opportunamente connesso ad un PC ubicato presso il Dipartimento di Ingegneria Civile, dell'Ambiente, del Territorio e Architettura dell'Università degli Studi di Parma (DICATeA), riceve l'sms inviato dal logger. Qui il  software Sms Manager, installato sul medesimo PC, discrimina ed elimina eventuali messaggi non inviati dal logger, mentre legge il corpo di quelli considerati validi, ne determina la provenienza per mezzo del numero di identificativo di logger (Id: 001 per la centralina A, Id: 002 per la centralina B, Id: 003 per la centralina C), codifica i dati, apre un foglio di Excel risiedente nella cartella c:DocumentiGeiRadio il cui nome è legato all'identificativo (Id001.xls, Id002.xls e Id003.xls), incolla i nuovi dati ricevuti e chiude il file.

L'utente si interfaccia al sistema esclusivamente tramite accesso diretto ai file Excel contenuti nella cartella c:DocumentiGeiRadio, all'interno dei quali sono contenuti tutti i dati prodotti, fino all'ultimo sms inviato.

I dati relativi alla centralina A hanno cominciato a confluire al PC elaboratore in data 24/05/2006 alle ore 20.47; la prima lettura ("lettura di zero") è stata utilizzata per regolare la posizione iniziale dell'astina del trasduttore in modo da ottenere una misura di riferimento prestabilita.

I valori dei dati, rilevati dagli strumenti e incollati dal software Sms Manager sul foglio Excel, sono originariamente espressi in mV/V; tali valori attraverso una semplice proporzione vengono poi successivamente convertiti in mm; infatti, durante la fase di installazione, gli strumenti sono stati calibrati in modo tale che a 25 mm di corsa corrispondono 5V di alimentazione.

Le relazioni di seguito riportate ci permettono di determinare gli spostamenti rilevati. Infatti si ha che :

Il valore X corrisponde al valore assoluto dello spostamento letto dallo strumento, che confrontato con il valore della lettura di zero, ci fornisce il valore in mm dello spostamento relativo.

Di seguito si presentano le elaborazioni relative ai dati raccolti durante il primo mese di monitoraggio relative ai trasduttori :

A1, A2, A3, A4 connessi alla centralina A.

B5, B6, B7, B8, B9, B10, B11 connessi alla Centralina B;

C12, C13, C14, C15 connessi alla Centralina C.

Tabella 5. Dati raccolti durante il primo mese di monitoraggio.

5. Analisi dei dati e andamento degli spostamenti

Trasduttore A1

Durante il primo mese di monitoraggio la tendenza dello spostamento è risultata contenuta al di sotto di 0.3 mm; tra il 30 Maggio e il 3 Giugno si è registrata una apertura della frattura di 0.06 mm, per poi assistere ad una graduale e lenta chiusura della stessa, dovuta probabilmente all'aumento di temperatura esterna e alla conseguente dilatazione termica dell'ammasso roccioso.

Figura 10. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A1 durante il primo mese di monitoraggio.

Figura 11. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A1 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.35 mm in chiusura e 0.15 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta fino al Luglio 2006 con velocità media pari a 0.1mm/mese, si è registrata una apertura della frattura di 0.6 mm con velocità media pari a 0.15mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore A2

Durante il primo mese di monitoraggio la tendenza dello spostamento è risultata contenuta al di sotto di 0.07 mm; tra il 30 Maggio e il 3 Giugno si è registrata una apertura della frattura di 0.03 mm, per poi assistere ad una graduale e lenta chiusura della stessa, dovuta probabilmente all'aumento di temperatura esterna e alla conseguente dilatazione termica dell'ammasso roccioso.

Figura 12. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A2 durante il primo mese di monitoraggio.

Figura 13. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A2 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.10 mm in chiusura e 0.05 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta fino ad Ottobre 2006 con velocità media pari a 0.02 mm/mese, si è registrata una apertura della frattura di 0.1 mm con velocità media pari a 0.1 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore A3

Durante il primo mese di monitoraggio la tendenza dello spostamento è risultata contenuta al di sotto di 0.14 mm; tra il 30 Maggio e il 3 Giugno si è registrata una apertura della frattura di 0.06 mm, per poi assistere ad una graduale e lenta chiusura della stessa, dovuta probabilmente all'aumento di temperatura esterna e alla conseguente dilatazione termica dell'ammasso roccioso.

Figura 1 Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A3 durante il primo mese di monitoraggio.

Figura 15. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A3 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.15 mm in chiusura e 0.10 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta fino a Luglio 2006 con velocità media pari a 0.075 mm/mese, si è registrata una apertura della frattura di 0.2 mm con velocità media pari a 0.067 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore A4

Durante il primo mese di monitoraggio la tendenza dello spostamento è risultata contenuta al di sotto di 0.09 mm; dopo una piccola oscillazione iniziale, si è assistiti ad una graduale e lenta chiusura della frattura in esame, dovuta probabilmente all'aumento di temperatura esterna e alla conseguente dilatazione termica dell'ammasso roccioso.

Figura 16. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A4 durante il primo mese di monitoraggio.

Figura 17. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore A4 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.10 mm e 0.05 mm in chiusura; a seguito della chiusura avvenuta fino ad Agosto 2006 con velocità media pari a 0.033 mm/mese, si è registrata una apertura relativa della frattura pari a 0.05 mm con velocità media pari a 0.017 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a -0.05mm, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B5

Figura 18. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B5 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.03 mm in chiusura e 0.09 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 10 giorni con velocità media pari a 0.075 mm/mese, si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.12 mm con velocità media pari a 0.03 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.05 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B6

Figura 19. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B6 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.025 mm in chiusura e 0.175 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 10 giorni con velocità media pari a 0.075 mm/mese, si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.175 mm con velocità media pari a 0.044 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.15 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B7

Figura 20. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B7 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.018 mm in chiusura e 0.12 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 10 giorni con velocità media pari a 0.054 mm/mese, si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.12 mm con velocità media pari a 0.035 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.10 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B8

Figura 21. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B8 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra la lettura 'zero' e 0.075 mm in chiusura; si è registrata una chiusura della frattura pari a 0.075 mm con velocità media pari a 0.015 mm/mese, con una graduale convergenza della progressione a -0.075 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B9

Figura 22. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B9 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra la lettura 'zero'e 0.12 mm in chiusura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 4 mesi con velocità media pari a 0.0025 mm/mese, si è registrata una apertura improvvisa della frattura di 0.12 mm con velocità media pari a 1.8 mm/mese (tale valore probabilmente è da imputarsi ad un'anomalia della strumentazione), per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.10 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B10

Figura 23. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B10 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.025 mm in chiusura e 0.04 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 10 giorni con velocità media pari a 0.075 mm/mese, si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.065 mm con velocità media pari a 0.016 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.025 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore B11

Figura 2 Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore B11 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra 0.025 mm in chiusura e 0.025 mm in apertura; a seguito della chiusura avvenuta nei primi 10 giorni con velocità media pari a 0.075 mm/mese, si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.05 mm con velocità media pari a 0.0125 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.020 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione di temperatura esterna e alla conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore C12

Figura 25. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore C12 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra la lettura 'zero' e 0.05 mm in apertura; si è registrata una apertura progressiva della frattura di 0.05 mm con velocità media pari a 0.0125 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.04 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore C13

Figura 26. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore C13 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra la lettura 'zero' e 0.04 mm in apertura; si è registrata una lieve chiusura della frattura pari a 0.02 mm con velocità media pari a 0.007 mm/mese, per poi assistere ad una graduale convergenza della progressione a + 0.04 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore C14

Figura 27. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore C14 durante tutto il periodo di osservazione.

Per tutto il periodo di osservazione la tendenza dello spostamento è risultata compresa tra la lettura 'zero'e 2 mm in apertura; a seguito della apertura avvenuta nei mesi di Settembre ed Ottobre con velocità media pari a 2 mm/mese, si è registrata una chiusura improvvisa della frattura pari a 4 mm (tale valore probabilmente è da imputarsi ad un'anomalia della strumentazione-cfr. andamento Agosto 2006), per poi assistere ad una graduale ripresa della convergenza della progressione a + 2 mm, dovuta probabilmente alla diminuzione e assestamento di temperatura esterna con conseguente variazione termica dell'ammasso roccioso.

Trasduttore C15

Figura 28. Grafico dello spostamento misurato dal trasduttore C15 durante tutto il periodo di osservazione.

Il sensore C15 ha registrato valori prossimi alla lettura dello 'zero' fino al Settembre 2006. A seguito di sopralluogo si è riscontrata l'anomalia di funzionamento del trasduttore conseguente probabilmente al cedimento del perno di tenuta. Tale strumentazione sarà oggetto di intervento di ripristino in fase di verifica e manutenzione a tutta la strumentazione installata.

6. Conclusioni

Il sistema di monitoraggio progettato interessando le sole fratture selezionate consente il controllo di una porzione di ammasso roccioso finalizzata allo studio del quadro deformativo e fessurativo dell'ammasso roccioso e della eventuale evoluzione dello stesso nel corso del tempo.

La funzione di tale sistema di monitoraggio è l'acquisizione preliminare dei dati al fine di tarare tramite back-analisys la modellazione numerica dell'ammasso roccioso, permettendo così una migliore conoscenza del territorio atta a minimizzare l'impatto di eventi di instabilità

Le osservazioni rilevate nel periodo d'esame (6 mesi) hanno carattere puramente qualitativo in quanto la validità della valutazione globale quantitativa e lo studio definitivo della progressione degli spostamenti risultano essere caratteristici quando si riferiscono ad un periodo di osservazione equivalente ad almeno un anno solare in funzione dell'andamento ciclico stagionale delle temperature e della piovosità.