Dipartimento di Scienze della Terra

 

Informazioni sul servizio

Il Laboratorio Naturale di Acuto (AcutoFieldLab), è localizzato nella dismessa cava Prenestina di Acuto in provincia di Frosinone ed è stato realizzato a partire dal 2015 nell’ambito del Progetto Dipartimenti di Eccellenza del Dipartimento di Scienze della Terra (DST) dell’Università di Roma “Sapienza” e dal Centro di Ricerca CERI sulla base di finanziamenti del Ministero della Ricerca (MUR). L’AcutoFieldLab opera nell’ambito della mitigazione e gestione del rischio da frana ed, in particolare, è finalizzato allo sviluppo di sistemi di monitoraggio multi-parametrico e multi-sensoristico dedicati allo studio dei fattori preparatori e innescanti frane per crollo da pareti in roccia.

 

Team

Il team di ricerca si compone di docenti, ricercatori, assegnisti e dottorandi afferenti al Dipartimento di Scienze della Terra e collaboratori del Centro di Ricerca CERI e della Start-Up NHAZCA.

 

Strumentazione

• stazioni meteorologiche per monitoraggio di piogge e parametri ambientali
• strain-gages per misure delle deformazioni
• fessurimetri per spostamenti lungo giunti in roccia
• termocoppie singole e per log di temperatura in profondità per misure termiche in ammasso roccioso
• cella di flusso termico su superficie ammasso roccioso
• sensori di bagnatura per misura di flusso d’acqua nei giunti principali
• array in fibra ottica (FBG) per misura di temperatura e deformazione in ammasso
• geofoni triassiali ad alta e bassa frequenza per monitoraggio vibrazionale
• accelerometri per monitoraggio della sismicità locale e regionale
• sensori microacustici per il monitoraggio delle emissioni vibrazionali di alta frequenza
• telecamere ottiche ed IR
• termocamera mobile
• mire ottiche e termiche per monitoraggio topografico periodico con stazione totale
• drone
• unità di acquisizione dati ubicata in un ufficio mobile

 

Attività di Ricerca

Le principali attività di ricerca in corso presso l’AcutoFieldLab sono focalizzate sulla comprensione del comportamento meccanico, termo-meccanico e dinamico di ammassi rocciosi fratturati sottoposti a sollecitazioni naturali di tipo ambientale o a forzanti esterne di tipo antropico, sia esse continue nel tempo che transienti. Lo studio degli effetti di tali sollecitazioni è rilevante in ottica di controllo dei fattori preparatori ed innescanti processi di frana rapidi e con ridotta visibilità di precursori, quali crolli e distacchi traslativi di blocchi di roccia. Tali processi possono coinvolgere fronti di roccia naturali o di lavorazione antropica (quali cave, scavi o monumenti rupestri). Sin dal 2016 un blocco di roccia di circa 20m³ in assetto aggettante e, dunque, predisposto a distacco per crollo è oggetto di monitoraggio in continuo mediante un sistema di controllo dedicato, composto da una stazione meteorologica, un termometro per la temperatura della roccia, sensori per il monitoraggio delle deformazioni (strain gages e fessurimetri) installati sulla matrice rocciosa e su discontinuità a diversa scala spaziale (Fiorucci et al., 2020). Inoltre, al fine di valutare l’effetto di sollecitazioni termiche derivanti dall’azione della radiazione solare nel susseguirsi delle stagioni, sono state condotte periodiche campagne termografiche mediante l’utilizzo di termocamera ad Infrarossi mediante approcci di analisi 2D e 3D (Fiorucci et al., 2018; Grechi et al., 2021). Su queste basi, mediante l’uso di modelli numerici tenso-deformativi in configurazione termomeccanica, è stata dapprima ricostruita la propagazione del calore derivante dalla radiazione solare sotto cicli termici diurni, stagionali ovvero input complessi derivanti dalla somma dei precedenti, nonché valutata la risposta meccanica di giunti di diversa natura durante il susseguirsi di cicli termici in funzione della loro posizione rispetto alla lunghezza d’onda dell'input (Marmoni et al., 2020). Il monitoraggio delle sollecitazioni dinamiche introdotte da forzanti naturali o antropiche è stato condotto attraverso l’uso di micro-accelerometri in configurazione uniassiale e triassiale, che hanno evidenziato il comportamento dinamico e vibrazionale del blocco oggetto di studio sotto sollecitazioni derivanti da vibrazioni antropiche (es. traffico veicolare o ferroviario) o eventi metereologici intensi (D’Angiò et al., 2021).

A valle dei finanziamenti MUR per il Progetto di Eccellenza DST, è stato condotto un upgrade sensoristico del sistema di monitoraggio precedentemente installato per acquisire la possibilità di monitorare due settori ulteriori dell’ammasso roccioso: un torrione in roccia, svincolato dalla parete a tergo, predisposto ad evolvere per fenomeni di crollo e ribaltamento; una porzione di ammasso non aggettante caratterizzata da intensa e pervasiva fratturazione .

L’implementazione del sistema di monitoraggio ha previsto l’installazione, nel mese di Gennaio 2022, di un ulteriore array di sensori composto da un ulteriore termometro per la temperatura della roccia; di una cella di flusso termico; di due sensori di bagnatura per il monitoraggio delle condizioni idrauliche dei giunti predisponenti fenomeni di instabilità; di due profili di temperatura dell’ammasso roccioso composti ognuno da quattro termocoppie installate a profondità crescenti; ulteriori fessurimetri e strain gages per il monitoraggio delle deformazioni di giunti, microfratture e matrice rocciosa; un array di fibre ottiche per il monitoraggio dello stato deformativo e termico d’ammasso; 14 geofoni a differente range di frequenza e di cinque sensori per le emissioni acustiche.

Ad oggi, le attività di ricerca sono incentrate su: i) studio del ruolo dei fattori preparatori e innescanti fenomeni di instabilità, sia essi continui nel tempo che transienti, che possono influenzare la stabilità dell’ammasso roccioso intensamente fratturato a diverse scale temporali attraverso il monitoraggio delle condizioni meteorologiche, termiche e deformative d’ammasso; ii) individuazione di segnali precursori dei fenomeni di instabilità mediante l’utilizzo di apparati micro-sismici e micro-acustici; iii) monitoraggio termografico 2D e 3D e modellazione numerica delle condizioni termiche e delle deformazioni sia sulla superficie dell’ammasso roccioso sia in relazione alla presenza di giunti di discontinuità; iv) monitoraggio da remoto con termocamera e camere ottiche a diversa risoluzione, anche con l’ausilio di droni, per la ricognizione di crolli e distacchi da parete; v) quantificazione statistica dell’aliquota di deformazione irreversibile indotta nell’ammasso roccioso dall’azione delle forzanti e previsione delle relazioni di causa-effetto tra agenti forzanti l’ammasso roccioso e le deformazioni risultanti mediante applicazioni di Artificial Neural Network.

 

Didattica e divulgazione

Le attività di ricerca condotte nel Laboratorio Naturale di Acuto hanno finora supportato tre Tesi di Dottorato, tre Tesi di Master di II° livello, tre Tesi di Laurea Magistrale, quattro Tesi di Laurea Triennale, diversi progetti di internship di studenti provenienti da Università estere. Inoltre, dal punto di vista della divulgazione scientifica, i risultati ottenuti sono stati pubblicati su riviste nazionali ed internazionali di settore e presentati in 12 convegni nazionali ed internazionali. L’AcutoFieldLab è, inoltre, già parte di progetti di divulgazione scientifica attraverso percorsi scolastici PCTO (Percorsi per le Competenze Trasversali e l'Orientamento) e redazione di video divulgativi (link) e documentari televisivi (link RAI NEWS e GEO).

 

Alcune fotografie relative al Laboratorio