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La disponibilità di dati di monitoraggio ad alta frequenza ha aperto nuove prospettive nell’ambito dello studio e della comprensione delle dinamiche che governano la rosposta di corpi di frana alle forzanti meteo-idrogeologiche.
L’analisi della relazioni esistenti tra input meteo-idrogeologico e spostamenti registrati in corpi di frana tramite dati di monitoraggio ad alta frequenza è il tema di questo Dottorato di Ricerca. L’obiettivo finale è quello di sfruttare l'informazione contenuta in dati di monitoraggio ad alta frequenza nell'ottica della gestione del rischio e l'allertamento basati su sistemi di monitoraggio.
Tale scopo è stato raggiunto in tre siti di monitoraggio tramite lo sviluppo di analisi riproducibili basate sull'applicazione di metodi statistici quali la Funzione di Cross-Correlation (CCF), l'Analisi delle Componenti Principali (PCA) e le Receiver Operative Curves (ROC). Questi metodi, usualmente utilizzati in altre branche scientifiche, sono stati applicati a serie di monitoraggio di parametri meteo-idrologici e degli spostamenti registrate usando stazioni meteo, piezometri e strumenti topografici (GPS, Stazioni Totali Automatizzate ed Estensimetri a fondo foro), permettendo di sfruttare nell'ambito della geologia applicata le informazioni contenute in queste serie di monitoraggio.
I casi studio analizzati consistono in frane di medie e grandi dimensioni (scivolamenti e colate in terra e scivolamenti in roccia) per le quali sono disponibili dati di monitoraggioche ricoprono più di un ciclo stagionale. Nello specifico si tratta delle frane di Col Piagneto (Appennino Reggiano, Italia), di Corvara in Val Badia (Dolomiti, Italia) e di Vallcebre (Pirenei, Spagna).
Nell'ambito del caso studio di Col Piagneto le curve ROC sono state usate per determinare e qualificare le precipitazioni (in termini di durata e relativa quantità cumulata) responsabili per il superamento di determinate soglie critiche di velocità o accelerazione nel corpo di frana. La serie storica giornaliera degli spostamenti è stata acquisita da un Staziome Totale Automatizzata operativa per 4 anni nel sito mentre le precipitazioni sono state registrate da una vicina stazione meteo. Le soglie utilizzate corrispondono a tassi di spostamento limite che possono portare al collasso della parte frontale della frana con l'innesco di scivolamenti in detrito, come accaduto nel 1972 con il danneggiamento della sottostante stada statale. I risultati rappresentano un dato utile per la definizione di sistemi di allertamento.
Per la frana di Vallcebre l'analisi di CCF è stata applicata sul record pluviometrico, gli spostamenti e le variazioni di piezometria registrati a cadenza oraria in tre punti della frana. Gli spostamenti sono stati misurati con estensimetri a fondo foro. I risultati evidenziano i tempi di latenza tra le variabili permettendo una migliore comprensione dei meccanismi responsabili per le riattivazioni della frana. Il mutuo effetto dell'erosione al piede del torrente Vallcebre e della variazione della superficie di falda in relazione alle precipitazioni è stato dimostrato.
Nel caso della frana di Corvara in Badia il metodo delle PCA applicato a serie temporali di spostamenti ottenute da misure GPS fatte ogni 15 giorni ha permesso di valutare l'effetto destabilizzante delle precipitazioni (neve e pioggia) sul corpo di frana a scala stagionale usando 1a componente principale. Inoltre l'effetto di specifici periodi caratterizzati da condizioni meteo avversee viene evidenziato dalla 2a componente principale.
Nel complesso la ricerca svolta dimostra quindi come l'analisi statistica di dati di monitoraggio ad alta frequenza di frane permetta una migliore comprensione dei meccanismi che determinano variazioni dei loro tassi di movimento.

The availability of high frequency monitoring data opens new perspectives for the study and comprehension of dynamics and processes governing landslide’s response to meteo-hydrological factors in terms of unsteady displacement rates. The main topic of this PhD dissertation is thus the analysis of the relationships between meteo-hydrological inputs and displacements recorded in a landslide by mean of high-frequency monitoring data recorded with various types of sensors. The final objective is to quantitatively define the relationships between displacement rates and precipitation so to support the development of early-warning rules and risk management systems based on monitoring. Such aim has been achieved in three monitored test sites by developing replicable analysis based on the application of statistical methods such as the Cross Correlation Function (CCF), Principal Component Analysis (PCA) and Receiver Operative Curves (ROC). Such methods, consolidated in use in other disciplines, have been applied to meteo-hydrological and displacement time-series recorded by mean of meteorological stations, piezometers and several measuring systems (GPS receiver, Automatic Total Station and in-hole extensometer), and have allowed the information contained in such high-frequency monitoring data to be exploited in an applied hydro-geological perspective. The analysed case studies include large to medium dimension landslides, in particular earthslides, earthflows and rockslides, for which monitoring datasets covering several seasonal cycles were available. The case studies are the Col Piagneto rockslide (Northern Apennines, Italy) the Corvara in Badia earthslide-earthflow (Dolomites, Italy) and the Vallcebre earthslide (Pyrenees, Spain). In the Col Piagneto case study, the ROC curves were used to determine and define the amount of rainfall (in term of duration and related cumulated value) determining velocity or acceleration values exceeding critical thresholds. The daily displacement dataset is based on a Total Station operated for more than 4 years on the site while the rainfall dataset is based on a rain gauge nearby the site. The velocity and acceleration thresholds are statistically rare values that might lead to the collapse of the frontal portion of the landslide and its transition to debris slide, as it has occurred in 1972 damaging the national road 63 running at the base of the slope. The results obtained represent a useful information for the set-up of warning systems based on monitoring data. In the Vallcebre case study, the CCF analysis was applied to rainfall, displacement and piezometry hourly time-series recorded in three distinct points of the landslide. Displacement, in particular, was obtained by down-hole wire extensometers. Results have highlighted time lags between these variables that allow a deeper comprehension of mechanisms responsible for re-activation of the landslide to be achieved. The combined effect of the Vallcebre stream toe-erosion and the variation of groundwater depth in relation to rainfall inputs was demonstrated. In the Corvara in Badia case study, the PCA method applied to a displacement dataset, obtained by GPS surveys repeated at 15 days interval, has allowed the effects on the landslide velocity of precipitations at a seasonal scale (snow and rainfall) to be highlighted by means of the 1st principal component of the time series. Moreover, the effect of specific periods characterised by extreme weather conditions was highlighted by 2nd component of the displacement time series. As a whole, the research demonstrates how the statistical treatment of high-frequency monitoring data can allow a better comprehension of the mechanisms determining variation of movement rates within landslide bodies to be achieved.