Dottorato di Ricerca in Scienze della Terra
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Andrea Quagliarini



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Tesi:

Analisi integrata di dati geomorfologici e geofisici per il monitoraggio e la modellizzazione quantitativa di una frana 

Tutore: Prof. Alessandro Chelli

Co-tutori: Prof. Roberto Francese, Prof. Ing. Andrea Segalini, Dott. Geol. Andrea Ruffini 

Introduzione

Il dottorato di ricerca (XXX Ciclo) si svolge presso il Dipartimento di Fisica e Scienze della Terra “Macedonio Melloni” (DiFeST-Università degli Studi di Parma). Il progetto di ricerca che si intende sviluppare nel corso dei tre anni è legato all’uso di una metodologia integrata di studio sui corpi franosi, da proporre in ambito di pianificazione territoriale e protezione civile, tramite l’utilizzo di metodi di analisi geofisica innovativi e strumentazione di nuova generazione, La ricerca vorrebbe dunque apportare un contributo a quanto già stato fatto nell’ultima decade.

Dai primi anni duemila è stato proposto un approccio multidisciplinare allo studio di fenomeni franosi caratterizzato dalla sinergia di diverse discipline come la geologia, la geomorfologia, la geofisica ed l’ingegneria, permettendo una maggiore comprensione di questi fenomeni (Fiedel et al., 2005; Otto & Sass 2005; Brady et al., 2007; Wilkinson et al., 2010; Chambers et al., 2011; Van Den Eeckhaut et al., 2007). Solo attraverso la combinazione di maggiori informazioni geologiche e geomorfologiche e dall’applicazione di più metodi geofisici possiamo fornire una migliore conoscenza delle dinamiche e dei fenomeni che caratterizzano questi processi (Hermann et al.1999).

Le potenzialità di questo dottorato sono duplici: in primo luogo vorrei ho applicare una metodologia di studio dei fenomeni franosi in grado di spiegare in maniera documentata e più accurata i processi in atto attraverso l’utilizzo di tecniche geofisiche innovative, che presentano diverse doti con notevole potenziale scientifico. In secondo luogo, la realizzazione di tale progetto di ricerca, potrebbe avere una ricaduta sociale applicativa (non secondaria alla sua realizzazione scientifica), fornendo dati quantitativi e consentendo di testare pratiche di monitoraggio che potrebbero essere impiegate in condizioni di emergenza per monitorare in particolar modo le eventuali direzioni di propagazione dei movimenti, aiutando a definire il grado di pericolosità ed eventualmente i livelli di rischio. 

Metodi e materiali

Al fine di ottenere un quadro completo dei casi oggetto del mio lavoro, intendo porre le basi per una metodologia integrata di studio sui corpi franosi avvalendomi in primo luogo di informazioni geologiche e geomorfologiche. Verranno utilizzati DTM ad alta risoluzione acquisiti con metodi che forniscono una precisione conforme al fenomeno che andrò a studiare (Haugerud et al., 2003; Marbella & Fiani 2012), inoltre utilizzerò una strumentazione di monitoraggio (inclinometri e piezometri) in grado di monitorare in step by step i movimenti del corpo di frana.

Successivamente sulla base delle informazioni acquisite, valuterò opportunatamente le metodologie geofisiche da intraprendere in funzione del caso di studio. Fondamentale nella comprensione del fenomeno sarà individuare i percorsi preferenziali di scorrimento delle acque superficiali e delle acque di infiltrazione nel sottosuolo, in grado di influenzare i comportamenti del corpo di frana. A tal proposito verrà utilizzata la metodologia geofisica ERT (Electrical Resistivity Tomography), che utilizzata nell’investigazione di strutture sepolte, è in particolar modo in grado di dare un significativo apporto alla ricerca di acque sotterranee, evidenziando i contrasti di resistività connessi ai differenti terreni e litotipi in funzione del loro contenuto in acqua (Loke & Barker 1994; Chamber et al., 2002; Dahlin et al., 2002; Bell et al., 2006; Kumari et al., 2007; Piegari et al., 2007; Perrone et al., 2014). Una maggiore affidabilità dei dati verrà fornita dall’incremento di tale metodologia con la tecnica di acquisizione Time Lapse che permetterà un monitoraggio continuo dei parametri in studio, un abbattimento dei costi ed una notevole semplificazione logistica.

Per ottenere informazioni sulle strutture interne del corpo di frana utilizzerò anche la tecnica geofisica della Tomografia Sismica (Seismic Tomography) che deriva dalla sismica a rifrazione classica e si basa sull’analisi dei tempi dei primi arrivi permettendo di ricostruire un modello di velocità del sottosuolo, che può essere fortemente affinato grazie all’utilizzo di informazioni supplementari derivanti da sondaggi in loco e dati di rilevamento (Heinke et al., 2010) .

La scelta dei casi, oggetto del mio studio, verrà effettuata sulla base dei dati relativi alle prime acquisizioni geofisiche. Ciò è necessario in quanto corpi di frana differenti forniscono da un punto di vista geofisico risposte diverse sulla base delle caratteristiche fisiche dei materiali e della loro struttura interna. In funzione dei risultati ottenuti, dunque sarà possibile scegliere il modello di frana più idoneo alla mia indagine. 

Programma di lavoro

Durante il corso del primo anno a seguito di una fase conoscitiva ed un aggiornamento sullo stato dell’arte mi occuperò della scelta dei due casi di studio (che potranno cambiare in funzione dei primi risultati di cui disporrò). A seguito della fase di acquisizione dei dati geologici e geomorfologici avrà inizio la prima campagna di acquisizione di dati geofisici che verranno processati tramite l’utilizzo di appositi software; a tal proposito parteciperò ad un corso avanzato a Nancy sull’utilizzo del programma di processing GoCad.

Nel corso del secondo anno oltre al proseguimento del monitoraggio in continuo dei corpi franosi seguirà una seconda campagna di acquisizione geofisica e relativo processing dei dati. Successivamente soggiornerò per un periodo di 2-3 mesi all’estero in una struttura privata o universitaria per acquisire maggiori conoscenze riguardo nuove metodologie di indagine geofisica mettendomi nella condizione di portare un notevole contributo al mio dottorato. 

Il terzo anno di lavoro sarà speso prevalentemente per la fase di elaborazione dei dati acquisiti e per un confronto tra i risultati ottenuti.

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Integrated analysis of geophysical and geomorphological data for landslide modelling and monitoring 

Supervisor: Alessandro Chelli

Tutors: Roberto Francese, Andrea Segalini, Andrea Ruffini

 Introduction

The PhD (XXX cycle) takes place at the Department of Physics and Earth Sciences "Macedonio Melloni" (DiFeST-University of Parma) The research project intends to develop in the course of the three years in which an integrated methodology of study on landslides, to be proposed in the area of spatial planning civil protection, through the use of geophysical innovative analytical methods and instrumentation of new generation, trying to make a contribution to what has already been done in the last decade.

From the early years of this decade has been proposed a multidisciplinary approach to the study of landslides characterized by the synergy of different disciplines such as geology, geomorphology, geophysics and engineering, allowing a greater understanding of these phenomena (Fiedel et al., 2005; Otto & Sass 2005 ; Brady et al., 2007; Wilkinson et al., 2010; Chambers et al., 2011; Van Den Eeckhaut et al., 2007). Only the combination of geological and geomorphological and application of geophysical methods can provide a better understanding of the dynamics and phenomena that characterize these processes (Hermann et al.1999).

The potential of this PhD are twofold: first of all I have the possibility to apply a study methodology of landslides can explain in a documented and therefore more accurate processes in place through the use of innovative geophysical techniques, creating conditions for it to be available material with considerable scientific potential. Secondly, the realization of this research project, I hope can it has a relapse social application not secondary to its scientific realization, providing quantitative data and allowing to test monitoring practices that could be used in emergency conditions to monitor in particular any propagation directions of movements, helping to define the hazard degree  and possibly the risk level. 

Methods and materials

In order to get a complete picture of the cases object of my work, I intend to lay the foundation for an integrated methodology study landslides availing primarily of geological and geomorphological. DTM will be used for high resolution captured with methods that provide an accuracy conform to the phenomenon that I'm going to study (Haugerud et al., 2003; Marbella & Fiani 2012), also will use monitoring equipment (inclinometers and piezometers) can monitor in continuous movement of the landslide body.

Subsequently, based on the information acquired, appraise the geophysical methods to be carried according to the case study. Essential in understanding the phenomenon will identify preferential pathways sliding surface water and seepage into the ground can influence the behavior of the landslide body. Thereby, I will be used the ERT geophysical methodology (Electrical Resistivity Tomography) that used in the investigation of buried structures is especially able to make a significant contribution to the search for groundwater, highlighting the resistivity contrasts associated with different soils and rock types depending on their water content (Loke & Barker 1994; Chamber et al., 2002; Dahlin et al., 2002; Bell et al., 2006; Kumari et al., 2007; Piegari et al., 2007; Perrone et al., 2014). Increased reliability of the data will be provided by the increase of this method with the time-lapse technique acquisition that will allow continuous monitoring of the parameters in the study, a reduction costs and logistics simplified.

To obtain information on the internal structures of the landslide body I will use the geophysical Seismic Tomography technique which is derived from seismic refraction classic and is based on the analysis of the times of the early arrivals allowing to reconstruct a velocity model of the subsurface , which can be highly refined through the use of additional information derived from surveys on site and survey data (Heinke et al., 2010).

The choice of the cases object of my study, will be made on the basis of data for the first geophysical acquisitions. This is necessary because the landslide bodies provide, from a geophysical point of view different responses on the basis of the physical characteristics of the materials and their internal structure. Depending on the results obtained will be able to choose the most suitable model of landslide to my survey. 

Expected Results

During the first year after a finding phase and an update on the state of the art I will cover the choice of the two case studies (which may be changed according to the first results of which will command) .After the acquisition phase of geological and geomorphological data and will begin the first year of acquisition of geophysical data that will be processed through the use of special software; In this regard I will participate in an advanced course in Nancy using the program processing GoCad.

During the second year in addition to the continuation of the continuous monitoring of landslides followed by a second campaign of geophysical acquisition and processing relative data. Later I will stay for a period of 2-3 months abroad in a private facility or university to gain more knowledge about new methods of geophysical survey putting myself in a position to bring a significant contribution to my PhD.

The third year of work will be spent primarily for the design phase of the acquired data and a comparison of the results obtained.

 

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Ultimo aggiornamento: 03/02/2015 17:08
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