Il monitoraggio geotecnico-strutturale per la gestione delle infrastrutture viarie: l’esempio del Viadotto Imera

 

La frana avvenuta il 10 aprile 2015 in prossimità dell’abitato di Scillato (PA) ha indotto il collasso di alcuni piloni del viadotto Imera (autostrada Catania-Palermo - A19) ed il conseguente cedimento di una carreggiata del viadotto stesso. L’evento ha creato forti disagi sulla rete stradale della regione Sicilia, determinando la chiusura dell’autostrada in direzione Catania ed il grave danneggiamento di una importante strada provinciale (SP24).

L’articolo descrive il piano di monitoraggio geotecnico e strutturale che è stato progettato e realizzato con le finalità di garantire le condizioni di sicurezza durante i lavori per il ripristino della viabilità e controllare la stabilità dei pendii in corrispondenza del viadotto. 

Tra le molteplici attività di monitoraggio realizzate, questo lavoro si focalizza su due attività chiave:

  1. il monitoraggio in continuo con Interferometria SAR Terrestre (TInSAR) utile per fornire un sistema di allarme per la carreggiata del viadotto rimasta operativa e per la sorveglianza del versante in frana;

  2. l’analisi effettuata con tecniche A-DInSAR (Advanced Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry), su immagini COSMO-SkyMed acquisite dall’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), delle deformazioni superficiali pre-rottura del versante verificatesi tra il 2013 e il 2015.

 

Il collasso parziale di un viadotto a seguito di un evento franoso

La frana di Scillato (10 aprile 2015, Figura 1) ha interessato la parte inferiore del pendio posto in sinistra idrografica del fiume Imera, a circa 300 m s.l.m., causando il cedimento di una carreggiata del viadotto Imera (autostrada Catania-Palermo - A19) ed il grave danneggiamento della limitrofa strada provinciale SP24.

La frana si è verificata in depositi flyschoidi prevalentemente argillosi, litotipi che influenzano fortemente l'evoluzione geomorfologica del versante in quanto sono estesamente coinvolti in fenomeni di instabilità gravitativa. Infatti, come evidenziato dal P.A.I. (Piano di Assetto Idrogeologico), l’area è caratterizzata dalla presenza di numerosi fenomeni franosi (Figura 2). In questo contesto vale la pena ricordare che nella stessa area interessata dalla frana di Scillato del 2015 si era già prodotto, a seguito di forti piogge, un altro rilevante evento franoso nell'aprile 2005 (Figura 1) che ha generato ingenti danni alla SP24 e ad una struttura in corrispondenza del versante (Alario et al., 2005). La frana del 2005 presentava lunghezza pari a 200 m, larghezza di 250 m e una profondità della superficie di rottura compresa tra 2 e 5 m dal piano campagna (Basile, 2015).

In questo articolo forniamo dapprima la descrizione dell'evento franoso 2015 e del piano di monitoraggio sviluppato nell'ambito dei lavori di ripristino della viabilità, concentrando poi l'attenzione sulle attività di monitoraggio mediante Interferometria SAR Terrestre (TInSAR) e di analisi satellitare InSAR effettuate da NHAZCA S.r.l. 

Il monitoraggio TInSAR è stato effettuato per il controllo del comportamento deformativo dei versanti e delle strutture ivi localizzate, al fine di garantire le condizioni di sicurezza durante i lavori di costruzione della bretella di bypass e di ricostituzione della carreggiata Palermo-Catania. Nello specifico, vengono presentati i risultati del monitoraggio di TInSAR durante 22 mesi di attività di monitoraggio (da maggio 2016 a febbraio 2018).

 

Monitoraggio geotecnico-strutturale del Viadotto Imera
Figura 1 Ubicazione della frana di Scillato del 2015 (in rosso) e della frana del 2005 (in giallo) su foto aerea ad alta risoluzione acquisita a seguito dell'evento franoso del 2015. La figura evidenzia l'estensione degli eventi franosi ed i danni prodotti alla strada provinciale SP24 e al Viadotto Imera (A19).

 

Monitoraggio geotecnico-strutturale del Viadotto Imera - Inventario dei fenomeni franosi

Figura 2 Inventario dei fenomeni franosi dell’area di interesse, con l’ubicazione delle frane del 2005 e 2015 (dal P.A.I. modificato).

 

Infine, al fine di analizzare il comportamento deformativo storico del versante e del viadotto Imera, si presentano i risultati dell’analisi InSAR satellitare relativa al periodo compreso tra gennaio 2013 e marzo 2015, effettuata utilizzando immagini SAR ad alta risoluzione acquisiti dalla costellazione COSMO-SkyMed.

 

La frana di Scillato del 2015

La recente riattivazione della frana risale al 10 aprile 2015 (Figura 3). L’evento si è verificato dopo forti precipitazioni, provocando il collasso di 4 piloni del Viadotto Imera (con conseguente danneggiamento di un tratto del viadotto di lunghezza pari a circa 200 m) ed il collasso di circa 200 m della SP24.

Le precipitazioni registrate nei pluviometri in corrispondenza degli abitati di Caltavuturo (a circa 3 km di distanza dalla frana) e Scillato (a circa 2 km di distanza dalla frana) hanno raggiunto valori cumulati di circa 600 mm nel periodo compreso tra gennaio e aprile 2015, pari al doppio dei valori medi registrati nell’area (Graziano, 2016). 

La lunghezza totale del corpo di frana è di circa 600 m. L’area di distacco è situata tra i 320 m e 370 m s.l.m. ed è caratterizzata da scarpate verticali di forma circolare nell’ordine di alcuni metri di altezza in corrispondenza delle scarpate principali. La profondità della superficie di rottura, desunta dalla combinazione di dati stratigrafici e vincoli geometrici, è di circa 30 m. La frana presenta una forte componente rotazionale nell'area di distacco, evidenziata dalla presenza di zone concave nell’area di coronamento e di zone in contro-pendenza con ristagni d'acqua, mentre il movimento principale si è evoluto in colamento verso la zona di piede. Essendo caratterizzata da diversi tipi di movimento, la frana è stata classificata come composita (Cruden & Varnes 1996).

Il versante coinvolto nell’evento franoso è caratterizzato dalla presenza di una falda acquifera poco profonda, con superficie piezometrica che varia generalmente tra i 2 e i 15 m dal piano campagna (ricostruita grazie ai sondaggi effettuati nell’area) fino ad affiorare in corrispondenza di quota 400 m s.l.m., generando delle zone di stagnazione d’acqua. Nei mesi successivi l’evento franoso, è stata osservata la presenza di emergenze d’acqua anche in corrispondenza delle scarpate secondarie all'interno del corpo di frana, evidenziando la sensibilità del versante in oggetto alle precipitazioni. Pertanto, considerando l’assetto idrogeologico del versante, è ragionevole considerare le precipitazioni, ed il conseguente aumento delle sovrappressioni interstiziali, come il fattore innescante dell’evento franoso.

La frana ha coinvolto una porzione prevalentemente argillosa della formazione del Flysch Numidico, attribuibile al membro di Portella Colla (Oligocene superiore - Miocene inferiore) (Dongarrà e Ferla 1982; Johansson et al., 1998; Gugliotta et al., 2013).

Sulla base di rilievi geologici è stato ricostruito l’assetto geologico dell’area di interesse, distinguendo le seguenti unità (Figura 4):

  • calcilutiti, calcari marnosi e marne argillose ascrivibili alla Formazione di Caltavuturo (Eocene - Oligocene inferiore);
  • argille marroni attribuibili al Flysch Numidico - membro di Portella Colla (Oligocene superiore - Miocene inferiore);
  • argille e marne appartenenti alla Formazione delle Argille Varicolori (Cretaceo - Paleocene);
  • depositi alluvionali del fiume Imera.

 

Frana di Scillato del 2015

Figura 3 Vista dell’area di coronamento della frana del 2015 (foto di maggio 2016)

 

Il piano di monitoraggio geotecnico e strutturale

Il piano di monitoraggio geotecnico e strutturale è stato sviluppato con l'obiettivo di garantire le condizioni di sicurezza durante i lavori per il ripristino della viabilità dell'autostrada A19. Le attività di monitoraggio sono state avviate prima dell'inizio dei lavori di ricostruzione del viadotto, al fine di ottenere informazioni conoscitive sui fenomeni di instabilità di versante attivi nell’area di interesse. 

Il sistema di monitoraggio comprende strumenti di misura sia automatici che manuali, e tecniche di monitoraggio da remoto e da contatto, consentendo il controllo dell'evoluzione deformativa dei versanti e delle strutture localizzate nell'area di interesse. Il piano di monitoraggio ha previsto l’installazione di quattro allineamenti di strumenti distribuiti su entrambi i lati del fiume Imera lungo la linea di massima pendenza dei versanti, comprendenti (Figura 4):

Sistemi automatici

  • N ° 1 pluviometro,
  • N ° 10 inclinometri,
  • N ° 20 piezometri,
  • N° 3 stazioni totali robotizzate (con 33 mire ottiche localizzate in corrispondenza del viadotto),
  • N° 2 sistemi TInSAR (includenti 20 corner reflector).

Sistemi manuali

  • N ° 7 inclinometri,
  • N ° 13 piezometri.

I sistemi automatici sono collegati e controllati da un'unità di acquisizione dati impostata per effettuare le misure con frequenza di campionamento costante ed in grado di gestire in automatico il trasferimento dati. Tutti i dati acquisiti sono validati mediante procedure standardizzate per la gestione di differenti scenari di emergenza e sono raccolti in una piattaforma online appositamente sviluppata per questo programma di monitoraggio, che consente la consultazione in tempo reale dei dati (visualizzazione, interrogazione, gestione dei dati, ecc.). 

Specifiche procedure di allerta sono state definite sulla base di soglie di spostamento/velocità per i diversi sistemi di monitoraggio.

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