Il lavoro evidenzia come un approccio geofisico integrato risulti un utile strumento di diagnostica per la rilevazione e caratterizzazione spazio-temporale dell'infiltrazione dell’acqua in dighe realizzate in materiale sciolto. In particolare la sperimentazione ha avuto luogo sulla più grande diga d’Europa in terra battuta: la diga di Monte Cotugno sul fiume Sinni.



La diga di Monte Cotugno rientra tra le infrastrutture civili strategiche dell’Italia meridionale e risulta essere il punto nodale del sistema idrico plurimo (potabile, irriguo, industriale) della Basilicata e della Puglia.

Lo sbarramento è del tipo omogeneo realizzato con ghiaie e sabbie, con il paramento di monte rivestito in conglomerato bituminoso per la tenuta idraulica. Il bacino imbrifero sotteso alla sezione di sbarramento è pari a 804,00 kmq e comprende terreni che differiscono tra loro sia sotto l’aspetto della morfologia, che per costituzione geologica, ed anche sotto l’aspetto agronomico. La morfologia è molto variabile e complesso è il sistema idrografico da essa determinato, con numerosi affluenti, rivi e valloni, spesso incisi, e fortemente ramificato. La geologia evidenzia la presenza di formazioni pre-plioceniche (calcari silciferi, dolomie, calcari e calcareniti, argilliti, gneiss, argille varicolori), di formazioni pliocenico-calabriane (arenarie, sabbie e limi, argille marnose, conglomerati) e di formazioni pleistoceniche ed oloceniche (alluvioni e terrazzi fluviali, coperture detritiche etc.).

Lo studio dei ricercatori del CNR-IMAA (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto di Metodologie per l’Analisi Ambientale) e del CNR-IREA (Consiglio Nazionale delle Ricerche, Istituto per il Rilevamento Elettromagnetico dell’Ambiente) è basato su un approccio integrato di tecniche geofisiche quali la termografia ad infrarosso (TIR) il Ground PenetratingRadar (GPR), le tomografie di resistività elettrica (ERT)​​ e misure diagnostiche, invasive, in situ, quali i carotaggi.

I metodi di rilevamento sono stati impiegati in sequenza, cominciando con la termografia ad infrarosso(TIR) ​​lungo tutti gli oltre 2 chilometri di lunghezza dell’invaso, per la diagnostica del paramento bituminoso, lato monte, al fine di ottenere informazioni sulla geometria delle fratture visibili nella copertura impermeabile della diga. In particolare, l'analisi TIR ci ha permesso di individuare cinque zone colpite da fratture significative del rivestimento impermeabile. Successivamente, indagini GPR sono state eseguite su zone precise del paramento bituminoso ed in particolare su quelle identificate dalla termografia, al fine di ottenere una rapida mappatura di zone più profonde (30 cm di profondità) interessate da fenomeni di infiltrazione dell'acqua e contestualmente ottenere informazioni sullo stato di conservazione della copertura bituminosa. Il metodo della resistività elettrica è stato applicato per rilevare aree profonde (20 metri di profondità), dell’elevato strutturale del battuto ghiaioso- sabbioso, interessate da infiltrazioni d'acqua. Le tomografie geoelettriche, ripetute nel tempo hanno fornito anche una variazione delle infiltrazioni in funzione del livello di invaso alla data di esecuzione delle indagini. Infine, l'interpretazione congiunta dei tre metodi di investigazione non invasiva è stata validata da perforazioni a carotaggio continuo in pozzi poco profondi (<20 m) praticati sul coronamento dell’invaso e lungo la direzione di acquisizione delle indagini geoelettriche, che hanno confermato la presenza di perdite di acqua localizzate nella diga.

In conclusione, i risultati sono incoraggianti e l'utilizzo integrato di differenti tecniche di rilevamento non invasive può considerarsi uno strumento efficace per la diagnostica e il monitoraggio a breve e lungo termine delle infrastrutture critiche come quella del Monte Cotugno.

A)Immagine satellitare dell’invaso di Monte Cotugno con ubicazione delle indagini eseguite

1. B) distribuzione delle principali anomalie termiche collegate a fenomeni di delaminazione o crepe sulla superficie impermeabilizzata del paramento della diga
2. C) ricostruzioni tomografiche ottenute a seguito di iniezione di mezzo di contrasto all’interno di fratture (indicate dalla freccia) ad intervalli di tempo prefissati
3. D) tomografia di resistività elettrica realizzata lungo il coronamento della diga in cui i nuclei conduttivi e resistivi vengono validati da carotaggi diretti che evidenziano materiale anidro e pregno di acqua rispettivamente

Per informazioni

Antonio Loperte, CNR-IMAA, antonio.loperte at imaa.cnr.it

Approfondimenti

Loperte, A., Soldovieri, F., Palombo, A., Santini, F., Lapenna, V., An integrated geophysical approach for water infiltration detection and characterization at Monte Cotugno rock-fill dam (southern Italy), Engineering geology Elsevier, vol 211, Pages 162–170

Loperte A, Bavusi M, Cerverizzo G, Lapenna  V, and Soldovieri F (2011). Ground Penetrating Radar in Dam Monitoring: The test Case of Acerenza (Southern Italy). International Journal of Geophysics Vol. 2011, pp 1- 9.

Perri F., Critelli S., Cavalcante F., Mongelli G., Dominici R., Sonnino M and De Rosa R., (2012). Provenance signatures for the Miocene volcanic lastic succession of the Tufiti di Tusa Formation, southernApennines, Italy, Geol. Mag.: page 1 of 20. Cambridge University

Prinzio, M. D., Bittelli, M., Castellarin, A. & Pisa, P. R., (2010). Application of GPR to the monitoring of riverembankments, Journal of AppliedGeophysics, 71, 53–61.

Proto, M., Bavusi, M., Bernini, R., Bigagli, L., Bost, M., Bourquin, F., Cottineau, L.-M., Cuomo, V., Vecchia, P.D., Dolce, M., Dumoulin, J., Eppelbaum, L., Fornaro, G., Gustafsson, M., Hugenschmidt, J., Kaspersen, P., Kim, H., Lapenna, V., Leggio, M., Loperte, A., Mazzetti, P., Moroni, C., Nativi, S., Nordebo, S., Pacini, F., Palombo, A., Pascucci, S., Perrone, A., Pignatti, S., Ponzo, F.C., Rizzo, E., Soldovieri, F., Taillade, F. (2010). Transport infrastructure surveillance and monitoring by electromagnetic sensing: The ISTIMES project. Sensors, 10 (12), pp. 10620-10639.

Raynolds, j.M., (2011). An Introduction to Applied and EnviromentalGeophysics, 2nd edition. John Wiley&sons, England.

Soldovieri F, Solimene R, Lo Monte L, Bavusi M, Loperte A (2011). Sparse reconstruction from GPR data with applications to rebardetection. IEEE Trans InstMeas 60(3):1070-1079.