Casi di studio

Tecnopenta progetta e realizza impianti di monitoraggio frane.

Ecco un esempio recente, ancora in funzione, installato su un tratto di strada provinciale toscana interessata da un movimento franoso.

Ci troviamo in zona collinare a circa 370 m di altitudine. La porzione di strada interessata è lunga circa 60 metri e delimitata da due fratture gemelle convergenti verso monte.

La frana agisce anche sulla parte boschiva a lato della strada, caratterizzata dalla presenza di diverse fratture e scivolamenti.

In questo impianto di monitoraggio si è deciso di installare due punti di misura sulla strada e due punti nella zona boschiva a monte delle due carreggiate.

Il monitoraggio del movimento in atto viene affidato a due coppie di sensori estensimetrici: i primi due posizionati a cavallo delle fratture stradali e i secondi sulle fratture in area boschiva.

Gli strumenti montati sulle fratture in strada sono estensimetri a filo modello G1-EST CPL, installati su plinti in cemento costruiti appositamente.

La parte sensibile dello strumento è un potenziometro rotativo con corsa di 100 cm, tensionato a molla, che misura lo spostamento attraverso un cavo d’acciaio agganciato ai lati opposti della frattura.

Il corpo principale dello strumento è ospitato in una scatola Palazzoli IP68 (10x10x10), in materiale plastico e ancorata al plinto sul lato stabile della frattura.

Sono stati commissionati all’impresa costruttrice 3 plinti per ogni stazione di misura: uno sul lato stabile e due sulla parte in frana. Una coppia di lati dei due plinti è disposta su una linea ideale perpendicolare alla direzione della frattura per garantire un monitoraggio preciso della risultante principale del movimento.

Gli strumenti montati sulle fratture in bosco sono estensimetri di superficie a filo modello G1-EST S.

In questo caso, il sistema di tensionamento è costituito da un peso da 8 kg e la parte sensibile è un potenziometro multigiro con corsa di 130 cm.

Il filo in acciaio inossidabile, incaricato di trasferire il movimento al potenziometro, scorre su una puleggia in alluminio opportunamente dimensionata.

Il corpo principale dello strumento è montato su un palo infisso nel terreno, sul lato della frattura verso monte, mentre il cavo d’acciaio che funge da base di misura viene ancorato dall’altro lato della crepa.

Il cavo in acciaio inossidabile è mantenuto in posizione da guidafili in ottone, anch’essi infissi nel terreno, con altezza regolabile.

Le scatole di protezione utilizzate per la costruzione di tali sensori sono delle Rittal (dimensioni 20 x 11 x 30 cm) in metallo verniciato.

In ambedue le stazioni di misura, l’acquisizione dati viene affidata a un data logger modello FlexLog. Il FlexLog è un logger multicanale (il numero di canali varia in base ai sensori), a bassissimo consumo e può essere dotato di modulo GPRS per l’invio dei dati su server remoto.

Inoltre, i dati raccolti vengono memorizzati anche in situ su scheda di memoria SD, estraibile e leggibile con qualsiasi PC senza necessità di software specifici.

Il logger assegnato alla stazione in bosco è ospitato in una scatola Bocchiotti in vetroresina, dotata di serratura a chiave. L’alimentazione viene fornita da una batteria agli ioni di litio da 4.2 V, mantenuta in tampone da una batteria al piombo da 7 Ah. La stazione è inoltre dotata di un modulo fotovoltaico da 5 watt che ricarica la batteria al piombo, garantendo una maggiore autonomia al sistema.

Il FlexLog associato alla stazione su strada è ospitato in una scatola Bocchiotti simile a quella in bosco ma di dimensioni maggiori, perché al suo interno alloggia anche l’elettronica per la gestione dei segnali di allarme provenienti dai contatti on/off.

Anche questa scatola di protezione è dotata di serratura a chiave. Il sistema di alimentazione è simile a quello della stazione in bosco, ma utilizza una batteria al piombo da 17 Ah e un modulo fotovoltaico da 40 watt, necessari per alimentare anche le centraline d’allarme.

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 vengono installati direttamente 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, finora inutilizzato nel monitoraggio.

Il sensore d’allarme è costituito da una barra d’acciaio telescopica riposizionabile che collega i due plinti. A essa è collegato un contatto elettrico che viene aperto dallo spostamento relativo fra i due punti di ancoraggio, segnalando così l’evento anomalo.

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

Questo strumento di misura può essere integrato in diversi modi all’interno degli impianti di monitoraggio frane. Alcune versioni sono progettate per avvisare in caso di spostamenti rotazionali o per essere utilizzate nella rilevazione di valanghe.

Vengono installati due semafori a tre luci, uno per ciascun lato dell’area in frana. I semafori sono pilotati da una centralina posizionata lateralmente nella piazzola di sosta, situata circa 30 m prima della frana sul lato rivolto verso Nord.

Secondo normativa, i semafori devono essere montati su palo ad un’altezza compresa fra 200 e 300 cm. Il palo standard utilizzato ha un diametro di 10.2 cm e una lunghezza di 360 cm, viene infisso nel terreno e cementato per 60 cm.

I semafori regolano il traffico a senso unico alternato su un tratto di strada. Sono impostati dei tempi di accensione opportunamente scelti ma modificabili:

• 30 secondi di luce verde
• 15 secondi di luce gialla (tempo di sgombero)
• 60 secondi di luce rossa

In caso di segnale d’allarme da parte dei sensori di monitoraggio, scatta il rosso fisso simultaneamente su entrambi i semafori.

Nel caso di allarme, viene anche avvisato il tecnico responsabile che, dopo una valutazione della situazione, decide se disattivare l’allarme e riaprire il traffico sulla strada.

La centralina di gestione degli allarmi per il monitoraggio frane si basa su un microcontrollore che, a intervalli regolari di 25 millisecondi, controlla lo stato dei sensori installati. Il contatto normalmente chiuso garantisce la sicurezza intrinseca dell’impianto.

In caso di attivazione di uno o più sensori o di rottura del cavo, il sistema attiva immediatamente la lanterna rossa dei semafori per bloccare la circolazione stradale. Lo stesso comportamento si verifica anche in caso di guasto del microcontrollore o di crash del programma sulla scheda di gestione.

Dopo l’attivazione dei semafori, la centralina provvede ad accendere il combinatore telefonico (normalmente spento) e, una volta rilevata la rete GSM, attiva le chiamate vocali verso i numeri salvati nella rubrica del dispositivo.

Il sistema di allarme rimane attivo fino all’arrivo del personale incaricato per le verifiche sulla frana e le eventuali operazioni di ripristino.

Per maggiori informazioni e per trovare altri strumenti utili al monitoraggio frane, visita la sezione del sito:  Stabilità dei versanti