Come la ricerca applicata aiuta a migliorare la nostra sicurezza
A fronte dei pericoli naturali causati dai cambiamenti climatici, come nel caso della frana di Bondo, disporre di sistemi di monitoraggio capaci di prevenire i rischi è fondamentale. Il progetto di ricerca applicata RASPLAN mira a migliorare i modelli di previsione delle frane.
In una società in continua evoluzione e in cui la sicurezza non può essere data per scontata, soprattutto nell’ambito dei pericoli naturali dati dai rapidi cambiamenti climatici, è molto importante saper gestire i rischi e ancor di più poterli prevedere.
Per quanto riguarda il monitoraggio geologico dell’erosione di versanti è essenziale conoscere lo stato di composizione delle stratificazioni del terreno così da poter individuare precocemente l’evento scatenante di una frana superficiale e ottenere una corretta valutazione della rispettiva suscettibilità. Attualmente i modelli di previsione delle frane si basano su affidabili indici di precipitazioni SAPI (Standardized Antecedent Precipitation Index) che però forniscono informazioni macroscopiche concernenti aree molto estese, ma che presentano alcuni svantaggi. L’accuratezza di questi modelli ha infatti una risoluzione molto bassa e, in aggiunta, si denota un certo ritardo nell’acquisizione di tali importanti informazioni per rapporto alla sicurezza della popolazione. Inoltre, è difficile prevedere la relazione tra il numero di precipitazioni e l’effettivo stato di composizione delle stratificazioni del terreno a vari livelli di profondità, parametro molto importante per determinare le soglie di innesco delle frane di materiale sciolto, dipendenti dalle caratteristiche del suolo.
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Questi aspetti restringono fortemente l’affidabilità e la rapidità d’applicazione pratica dell’attuale metodologia di indagine; date queste problematiche e limitazioni è scaturita l’idea di sviluppare un innovativo progetto di ricerca applicata mirato alla realizzazione di una metodologia di indagine maggiormente affidabile, il progetto RASPLAN – New RAdio Frequency Sensors for Predicting rapid LANdslide Movements and Providing early Warnings.
Il principio cardine di RASPLAN è incentrato sul monitoraggio della qualità e delle caratteristiche dello stato del terreno, così come sulla verifica continua delle sue mutazioni nel tempo, attraverso il posizionamento di specifici sensori in grado di misurare a diverse profondità il sottosuolo, collezionando dati relativi al profilo di umidità delle sue stratificazioni, ossia il profilo della percentuale di acqua presente alle diverse profondità.
Il metodo d’indagine si basa su specifici sensori da calare nel terreno e un sistema elettronico di acquisizione ed elaborazione dati completamente automatizzato, in grado di dare allarmi in caso di superamento di soglie predefinite. Più in dettaglio, la rivoluzionaria soluzione prevede lo sviluppo di un metodo di misura indiretto e senza contatto basato sull’analisi delle proprietà di propagazione delle onde radio nel suolo. La proprietà fisica valutata dal metodo è la costante dielettrica complessa del terreno, che è fortemente dipendente dalla presenza di acqua. La misura delle variazioni della propagazione del segnale nel terreno permette, grazie all’integrazione di un sistema di calcolo molto evoluto per l’elaborazione di specifici algoritmi di intelligenza artificiale, di determinare in tempo reale la quantità di acqua contenuta nel sottosuolo a vari livelli di profondità. Esaminando la propagazione lungo traiettorie orizzontali a varie profondità, questo metodo fornisce informazioni su un volume molto ampio di terreno.
I dati acquisiti localmente dai singoli punti di misura e le registrazioni meteorologiche regionali permetteranno di calibrare e affinare dei modelli estesi del terreno e, conseguentemente, il calcolo di un indice di rischio delle frane superficiali e profonde, come pure di un fattore di sicurezza. Tali modelli saranno basati su una precedente conoscenza della struttura, stratificazione e coesione del suolo e delle caratteristiche di pendenza topografica.
Il progetto RASPLAN è finanziato da Innosuisse ed è svolto e coordinato dall’Istituto sistemi e elettronica applicata (ISEA) della SUPSI (Dipartimento tecnologie innovative) in collaborazione con GeoAlps Engineering SA, Solexpert AG, Laboratory for Web Sciences della Fernfachhochschule (FFHS), l’Ufficio foreste e pericoli naturali del Dipartimento infrastrutture, energia e mobilità del Canton Grigioni e l’istituto Scienze della Terra (Dipartimento ambiente costruzioni e design) della SUPSI.
Dopo una serie di analisi preliminari volte a determinarne la fattibilità scientifica, il progetto è ora in fase di avvio nello sviluppo della sensorica e dell'elettronica del primo prototipo: entro un anno sarà possibile avviare i primi test di monitoraggio della frana di Bondo (Grigioni).
L’obiettivo dichiarato del progetto è di disporre di un innovativo rivoluzionario sistema in grado di operare autonomamente e applicabile per il suo collaudo in un’ampia serie in zone geografiche dei cantoni Ticino e Grigioni, note per la presenza di frane in corso o considerate a rischio per frane superficiali. In altre parole, si desidera poter dare una soluzione efficace per aumentare il grado di sicurezza legato ai pericoli naturali.
Focus: Ingegneria e sicurezza
Nelle situazioni d'emergenza la sicurezza delle infrastrutture è cruciale. Ma come garantirla? In che modo si materializza il rapporto tra ingegneria e sicurezza nei diversi campi disciplinari? Come evolve l'informatica? A queste domande «Archi» risponde con un approfondimento dedicato a «Ingegneria e sicurezza» all'interno del più ampio dossier sulla Baukultur di fronte al Covid-19.
Tutte le interviste e gli articoli dedicati a «La cultura della costruzione di fronte all'emergenza Covid-19» sono raccolti nel dossier digitale. Il filone dedicato a «Ingegneria e sicurezza» è riunito qui.
