SISTEMA DI MONITORAGGIO DELLE OPERE DI DIFESA IDROGEOLOGICA REALIZZATO A SALA CONSILINA (SA)

ABSTRACT

Il presente lavoro riguarda la progettazione e la realizzazione di un sistema di monitoraggio, installato nel Comune di Sala Consilina (SA), la cui funzione è quella di monitorare in remoto le barriere paramassi nonché alcuni elementi lapidei a rischio di crollo, con front-end installato nella stazione di controllo posta nel Municipio, dalla quale è possibile interrogare le stazioni remote ed avere una visione d’insieme delle grandezze monitorate. Inoltre, in una configurazione di preallerta o di allarme, automaticamente generata secondo un protocollo condiviso, rende possibile prendere atto dei prodromi di evento o di fenomeni (mobilizzazioni, variazioni di assetto o presenza di carico delle opere di difesa) per cui si rendono necessarie apposite procedure, anche di Protezione Civile, per la mitigazione del rischio. Il sistema prevede ancora il controllo della capacità idraulica dei valloni denominati, rispettivamente, San Raffaele, Cravatta e Cervara. Il sistema si completa con il monitoraggio pluviometro e con le videocamere di sorveglianza.

1.     Premessa

Il presente lavoro riguarda la progettazione e la realizzazione di un sistema di monitoraggio, installato a Sala Consilina (SA), i cui principali componenti tecnologici sono i seguenti:

1. Strumenti di misura.
2. Sistema di acquisizione, elaborazione e trasmissione dati.
3. Componenti accessorie per l’allertamento, per il controllo e la registrazione degli eventi.

L’area monitorata è stata inserita dall’Autorità di Bacino Campania Sud, nel Piano stralcio per l’Assetto Idrogeologico come area a rischio molto elevato e pericolosità alta da frane. Recentemente è stata interessata dalla realizzazione degli interventi di mitigazione del rischio idrogeologico (barriere paramassi, barriere frangicolata, imbracatura e placcaggio elementi lapidei e rafforzamento corticale).

Il sistema di monitoraggio e di allerta installato, nel suo insieme, è complesso ma allo stesso tempo molto razionale e semplificato nelle sue componenti principali, ed è in grado di soddisfare diverse esigenze in ordine al monitoraggio distale computerizzato in continuo, è corredato sia di alimentazione da pannello fotovoltaico quanto da corrente di rete, con acquisizione, elaborazione e trasmissione di dati provenienti dai diversi strumenti installati in step successivi a quote differenti e con diversi scopi, protocollo di trasmissione tramite interfaccia GPRS/GSM e protocollo ftp, è in grado di segnalare la pericolosità di eventi mediante segnale SMS a telefono cellulare, avviso sonoro e luminoso. In altre parole tale sistema di monitoraggio è innovativo, completamente wireless e modulare ed i suoi componenti e sensori sono capaci di migliorare la gestione e la manutenzione, contribuendo quindi nel complesso alla mitigazione del rischio idrogeologico, sia legato a fenomeni gravitativi quali i crolli in roccia, sia legato alle colate detritiche e agli eventi di piena che possono verificarsi lungo i Valloni San Raffaele, Cravatta e Cervara.

Dal momento che i fenomeni sono solitamente incentivati dallo stato di saturazione dei terreni e quindi dalle piogge, nei bacini di interesse, sono stati installati altresì degli strumenti per il controllo locale delle precipitazioni (pluviometri).

Inoltre, al fine di osservare anche da remoto l’evoluzione dei fenomeni (in particolare nel caso di colate detritiche lungo un’asta torrentizia), ciascuna stazione è stata dotata di videocamera, in grado di inviare ad intervalli prefissati un’immagine alla centrale di controllo. In caso di evento o di ravvisata necessità, è comunque possibile interrogare la videocamera ed ottenere le immagini “on demand”.

2.     Strumenti di misura

In relazione alle fasi da monitorare (fenomeni rapidi cosiddetti di colata detritica o debris flow lungo il vallone di San Raffaele, crolli di singoli blocchi o porzioni di diedri rocciosi a monte della Contrada Gatta, altri crolli, evidenziati dal carico sulle barriere paramassi installate a protezione del centro abitato, livello idrico e aumento di portata lungo i valloni-torrenti che necessitano un controllo idraulico ai fini della mitigazione della pericolosità e del controllo delle portate) le grandezze da controllare sono:

• il passaggio della colata mediante la misurazione del carico presente sulle barriere frangicolata,
• mutui movimenti lungo individuate fessurazioni degli ammassi rocciosi;
• carico presente sulle barriere paramassi, misurando le deformazioni e le variazioni di assetto dovute ad urti, arresti di blocchi o alla presenza di materiale detritico depositato;
• livello idrico e velocità della corrente idraulica in un punto noto.

La scelta della tipologia di trasduttori e la loro ubicazione si è basata sulle seguenti necessità riscontrate in loco: installazione su versanti e in parete in luoghi ostili o poco accessibili, necessità di operare in piena autonomia energetica; protezione a lungo termine delle componenti elettroniche e meccaniche da eventi meteorici (pioggia, neve, fulminazioni) e da rotture per urti accidentali; funzionamento in ampio range di temperatura, tenuto conto delle esposizioni soleggiate dei versanti e dei repentini cambiamenti, anche dovuti ai temporali estivi; stabilità e ripetibilità delle misure; tecnologia snella e collaudata e con ridotta propensione al degrado, visto il carattere non provvisionale delle attività di monitoraggio; e la accessibilità, per operazioni di manutenzione, solamente da parte di  personale specializzato; ridotta influenza di carichi accidentali; attivazione, campo di misura e precisione significativi delle grandezze da misurare; per i diedri, possibilità di definire i meccanismi di eventuale mobilizzazione dell’intero ammasso o di singole porzioni; per il vallone, possibilità di riconoscere l’entità dei carichi e quali sono le strutture soggette a carico; per le barriere, possibilità di riconoscere l’entità dei carichi e quali sono le strutture soggette a carico; necessità di ricorrere a protocolli radio per comunicare con le stazioni “master” e il CED remoto

Sono state installate complessivamente tre (o quattro) stazioni di monitoraggio, una per ogni singola area “omogenea” individuata, cosi come riportato in Figura 1:

1. STAZIONE 1: AREA 1, a monte di via Costantino Gatta, dedicata al controllo di massi removibili potenzialmente instabili e di barriere paramassi esistenti, soggette a manutenzione straordinaria (ripristino delle capacità funzionali e controllo), comprende altresì il controllo idraulico del vallone-torrente.
2. STAZIONE 2: AREA 2, vallone San Raffaele, dedicata al controllo delle barriere paramassi e frangicolata, integrata dal controllo del livello idrico e della portata in corrispondenza della chiusura del bacino scolante di San Raffaele.
3. STAZIONE 3: VIDEOCONTROLLO, loc. Sant’Antonio dedicata il controllo delle barriere paramassi esistenti ed il controllo idraulico del vallone;
4. STAZIONE PONTE, Isola ecologica.

Figura 1. Ubicazione delle Stazioni di Monitoraggio e della Centrale di Controllo (Municipio)

Tutte queste stazioni di monitoraggio fanno capo ad un’unica CENTRALE DI CONTROLLO, posta nella sede del Comune di Sala Consilina, presso la quale sono installati e funzionanti dispositivi hardware e software per l’analisi e la visualizzazione dei dati, nonché il software per la visualizzazione, registrazione ed archiviazione degli output della videosorveglianza, prevista in tutte e 3 le zone.

Descrizione componenti e funzionamento del sistema

Ogni strumento è stato collegato ad una stazione wireless remota autoalimentata a basso consumo, appositamente progettata per l’invio, la lettura e la trasduzione (a 12 bit) delle misure rilevate verso un ripetitore oppure direttamente alla stazione di competenza, così si è evitato di stendere lunghe linee di cavi, eliminando così le conseguenti problematiche ambientali e di manutenzione. Il protocollo radio utilizzato, a frequenza libera, senza costi aggiuntivi e necessità di autorizzazioni ministeriali, garantisce un ampio raggio di copertura (circa 1 km), anche in ottica non diretta. La stazione wireless remota è di dimensioni molto ridotte (è collocata in una scatola a tenuta stagna di dimensioni 100x120x60 mm, che contiene anche la batteria di alimentazione e l’antenna per la connessione alla stazione) ed è in grado di gestire fino a 4 canali, temperatura compresa.

I dati sono disponibili su WEB con accesso diretto tramite user-id e password, quindi per le figure preposte al controllo sono in condizione di tenere sotto osservazione ovunque ed in qualsiasi momento l’evoluzione dei fenomeni.

Il server è posizionato nella Stazione di Controllo; dati e video confluiscono attraverso dispositivi Wi-Fi 5 GHz tipo MIKROTIK, con ponte posizionato nei pressi dell’isola ecologica comunale, dalla quale sono intervisibili le 3 Stazioni attrezzate e la Stazione di Controllo. Pertanto, tutti i punti di trasmissione/ricezione dati sono dotati di dispositivo Wi-Fi 5 GHz tipo MIKROTIK. I master sono comunque predisposti per l’invio dei dati tramite protocollo GSM-GPRS, al fine di avere una ridondanza nella comunicazione e nell’accesso alle unità remote. L’intero sistema è descritto nella Tabella 1.

Per quanto riguarda l’alimentazione, ciascuna stazione è stata collegata a rete elettrica.

In caso di evento (superamento di soglie pluviometriche prefissate, attivazione di barriere paramassi e/o barriere da debris-flow o superamento di livelli di soglia per i fessurimetri o per le portate ed i livelli idrici), le figure preposte riceveranno via SMS i messaggi di allerta e attiveranno di conseguenza le relative procedure, per questo è stata impartita una adeguata formazione ed informazione a tali figure.

	Monitoraggio speroni rocciosi	Telecontrollo Barriere Paramassi	Controllo idraulico vallone	Ulteriore strumentazione installata
Stazione 1 – Area 1 (contrada Gatta)	n.13 trasduttori di posizione (fessurimetri elettrici)	Monitoraggio del carico (barriere indeformabili) con “cavo di guardia”	Vallone Cervara 1. Misuratore di livello idrometrico (Ecometro) 2. Misuratore di flusso	1. Telecamera robotizzata con sensori antifurto 2.Pluviometro a bascula
Stazione 2 – Area 2 (Vallone San Raffaele)		Monitoraggio delle barriere deformabili con sensori vibrometrici e inclinometrici, trasduttori su sistemi ammortizzanti Barriera Frangicolata dotata di sistema dissipatore strumentato	Vallone San Raffaele 1. Misuratore di livello idrometrico (Ecometro) 2. Misuratore di flusso	1. Telecamera robotizzata con sensori antifurto 2.Pluviometro a bascula
Stazione 3 – Videocontrollo loc. S. Antonio e controllo idraulico Vallone Cravatta			Vallone San Raffaele 1. Misuratore di livello idrometrico (Ecometro) 2. Misuratore di flusso	1. Telecamera robotizzata con sensori antifurto 2.Pluviometro a bascula
Stazione 4 – Ponte Radio (isola ecologica)	Per il collegamento delle Stazioni 1-2-3 alla Stazione di Controllo è stato creato un ponte radio 5 GHz tipo Mikrotik presso l’isola ecologica comunale.

Tabella 1. Stazioni di monitoraggio: Componenti e elementi monitorati

3.     Sistema di acquisizione ed elaborazione dati

Stazione di acquisizione, elaborazione e trasmissione dati “master”

I dati degli strumenti sono gestiti da n. 3 centraline master (datalogger multiplexato di tipo Campbell CR1000), una per macro-area, compatte e appositamente progettate per assolvere positivamente ai compiti funzionali in situazioni climaticamente e morfologicamente gravose e in assenza di operatore, assicurando massima affidabilità e capacità di gestione remota.

La stazione è stata alloggiata in una scatola stagna fissata a palo, in posizione comunque agevole per eventuali manutenzioni e sarà programmata per: eseguire campionamenti ad intervalli prefissati; effettuare misure in continuo; calcolare automaticamente le medie ponderate dei dati con base dei tempi variabile; controllare i valori limite e le soglie di intervento; operare in modo autonomo in assenza della stazione di supervisione, con la memorizzazione di misure anomale e l’elaborazione delle procedure di allertamento. La stazione, al fine di aumentare l’affidabilità del collegamento remoto, è stata dotata di doppio sistema di comunicazione indipendente composto da nr. 2 radio modem GSM/GPRS/EDGE, di cui uno connesso in continuo via GPRS al centro di download dati (scarico dati con cadenza oraria, salvo diverse esigenze) e l’altro contattabile tramite chiamata dal centro di gestione dei dati nel caso venisse a mancare la prima connessione. Entrambi i canali possono essere utilizzati per la programmazione, per tutti i controlli e le configurazioni remote (variazione di livelli di soglia, protocolli di allerta, modalità e tempistiche di scarico dati, ……).

Stazioni Secondarie – Schede Radio di Comunicazione con Master

Per quanto concerne la trasmissione al master dei dati provenienti dalla strumentazione di misura installata, data la distanza della stessa e la ridotta accessibilità, si è scelto di adottare schede tipo GEO-MILLA appositamente dotate di radio con banda frequenza 868 MHz, che permette una copertura molto estesa e una comunicazione affidabile anche in presenza di ostacoli (edifici, vegetazione, promontori ecc.) ed attua, in connessione con le altre schede, una “rete multi punto” a basso consumo energetico, senza necessità di riconfigurazione manuale.

4.     Gestione dati, centrale di controllo e documentazione

La Centrale di Controllo, posta nella sede comunale di Sala Consilina, è dotata di dispositivi hardware e software per l’analisi e visualizzazione dei dati, nonché per la visualizzazione e l’archiviazione delle immagini delle videocamere. I dati sono inviati periodicamente ad un server protetto, dal quale si provvede alla loro graficizzazione e pubblicazione su sito web dedicato, accessibile solo al personale e ai tecnici deputati alla gestione e al controllo.

Da remoto saranno pertanto, in qualunque momento, disponibili: il sinottico con la rappresentazione delle zone tenute sotto osservazione; i grafici periodici di tutte le misure strumentali (in genere, riferiti alle ultime 48h, agli ultimi 7 giorni, all’intero periodo); i grafici “on demand” (di un periodo a richiesta dell’utente); il log degli eventi, con l’indicazione dell’attivazione dello stato di allerta e di eventuali dispositivi per l’allertamento (con indicazione di tipo, data ed ora); dietro richiesta, l’esportazione dei dati in vari formati.

Inoltre, il sistema ha in memoria una lista di utenze a cui far pervenire via SMS i messaggi di allerta. Pertanto, in caso di evento, le persone facenti parte di questa lista riceveranno via SMS i messaggi di allerta e si attiveranno, ciascuno per quanto di propria competenza, nelle relative procedure di controllo e/o di emergenza.

Prima della messa in esercizio, sono state impartite le istruzioni per il personale di gestione, con un corso ad hoc sulle caratteristiche della strumentazione e sull’utilizzo dell’hardware e del software.

5.     Conclusioni

Si ritiene opportuno evidenziare che con la messa in esercizio del sistema di monitoraggio, descritto in precedenza, si è contribuito a mitigare sensibilmente il rischio idrogeologico per l’area oggetto di studio nonché ad aumentare la vita utile delle opere di difesa idrogeologica installate recentemente.

Autori

Gabriele Petroccelli Ingegnere Libero Professionista

Daniele Giaffrida ingegnere libero professionista

Osvaldo Cargnel C.L.I.O.S. srl

poster A1-VII IAGIG