Elaborarea hartilor de risc la alunecari de teren utilizand date geotehnice, topografice si tehnologia SIG

In ultimul deceniu, un numar insemnat de tari au inceput sa foloseasca pachete de programe SIG (Sisteme Informatice Geografice) pentru generarea hartilor de risc la alunecari de teren, datorita capabilitatii acestor programe de a gestiona o cantitate foarte mare de date topografice si date caracteristice conditiilor geo­tehnice din zonele afectate. Abordarea interdisciplinara a hartilor de risc la alunecari de teren, harti realizate intr-un mediu SIG care sa contina date topografice, consta in aplicarea lor in geotehnica, acesta fiind un instrument care creeaza informatii spatiale noi, prin analiza celor existente in bazele de date, pentru a ajuta la luarea deciziilor referitoare la planificarea complexa a teritoriului, cu o eficienta tehnico-economica ridicata.

Scopul lucrarii pe care o prezentam in cele ce urmeaza este de a veni in ajutorul autoritatilor locale prin elaborarea unor harti de risc actua­lizate, care sa utilizeze atat date geotehnice si topografice, cat si tehnologia SIG avand rol de suport decizional si contribuind la preve­derea de solutii pentru stabilizarea alunecarilor si conducand, in final, la diminuarea distrugerilor mate­riale si pierderilor de vieti omenesti. Auto­ritatile locale trebuie sa constientizeze importanta intocmirii hartilor de risc de catre specialisti care vor fi luat in considerare factorii de influenta, precum configuratia terenului natural (pantei), caracteristicile fizi­co-mecanice ale straturilor de teren cu potential de alunecare, precipitatiile abundente din perioada de primavara si toamna, interventiile antro­pice, realizarea constructiilor pe terenuri in panta, vegetatia, hidrologia si hidrogeologia zonei, pentru depistarea, in timp util, a zonelor cu potential de alunecare si prevederea de solutii pentru stabilizarea acestora.

In zilele noastre, aproximativ 80% din deciziile la nivel national sau local, in diferite domenii de activitate, precum demografie, planificare teritoriala, zone afectate de hazarduri, infrastructura, evaluarea proprietatilor imobiliare etc. implica date spatiale si harti. Inginerul mo­dern participa la achizitia, manipularea, vizualizarea si analiza datelor geospatiale legate de hazarduri, care trebuie integrate intr-un SIG, pentru a putea fi adoptate cele mai potrivite metode de protejare si conservare a mediului.

Obiectivitatea analizei gradului de dezvoltare este data de utilizarea tehnologiei SIG, una dintre cele mai moderne tehnologii internationale. Folosind tehnologia SIG, in urma unei analize amanuntite a hartilor utilizate, se pot lua decizii rapide, decizii ce pot face obiectul unor va­loroase proiecte de dezvoltare la nivel de micro si macro regiune.

Sunt prezentate concret principalele tehnologii care se folosesc la ora actuala in lume, pentru achizitia datelor topo­grafice ce trebuie integrate intr-un SIG, in scopul realizarii hartilor de risc. De asemenea, este subliniat rolul important pe care il are monitorizarea alu­ne­carilor de teren in prevenirea acestora, avand in vedere ca, in multe tari, se foloseste in acest scop tehnologia SIG.

METODE SI TEHNOLOGII MODERNE DE MONITORIZARE A ALUNECARILOR DE TEREN

Este evident faptul ca trebuie acordata o atentie sporita hazar­durilor, prin prisma cunoasterii cauzelor ce le produc si aplicarii unor masuri de redu­cere a riscurilor. Primul pas, in acest sens, poate fi realizat prin monitori­za­rea unor obiective, suprafete, regi­uni sau chiar a intregii planete, cu scopul de a avertiza populatia care ar putea fi afectata de dezastre intr-un anumit moment.

Un rol foarte important in monito­rizarea dezastrelor il joaca metodele geodezice deoarece, prin intermediul lor, se pot monitoriza si anticipa catas­trofe, precum: cutremure, eruptii vulcanice, alunecari de teren, uragane, naruirea de baraje hidroteh­nice sau poduri.

Desi alunecarile de teren se situ­eaza in categoria hazardurilor naturale cu consecinte nefaste din punctul de vedere al pierderilor gene­rate, alaturi de cutremure si inundatii, spre deosebire de acestea, pot fi mai usor de prevenit chiar daca aparitia lor este greu previzibila si localizabila la scara macro [1], [2], [3]. In acest sens, cercetarile geologice ingineresti trebuie sa fie orientate cu predilectie in directia prevenirii alunecarilor, activitati in cadrul carora este necesara o cooperare deplina a specialis­tilor in domeniul geologiei ingineresti, ingineriei geoteh­nice si al tehnicii de efectuare a masu­ratorilor terestre.

Conceptul complex de monitorizare, ce include si factorul timp, isi gaseste aplicabilitate in cazul alunecarilor de teren, integrand atat cercetarea „in situ” a acestora, cat si procedeele geodezice moderne, pentru intreve­derea evolutiei viitoarelor procese de alune­care si adoptarea masurilor optime de stabilizare care sa conduca, in final, la diminuarea distrugerilor materiale si a pierderilor de vieti omenesti.

Activitatile ce fac parte din procesul de monitorizare ce are la baza o abordare interdisciplinara pot fi etapizate conform figurii 1 si cuprind:

• identificarea fenomenului consta in observatii asupra zonei studiate;
• planificarea etapelor procesului de monitorizare implica adoptarea deci­ziilor asupra tehnologiilor si metodelor, specifice atat ingineriei geodezice cat si ingineriei geoteh­nice, ce urmeaza a fi folosite;
• culegerea datelor din teren cuprinde masuratorile topo-geode­zice si studiile si incercarile complexe in teren;
• prelucrarea datelor presupune analize de laborator asupra probelor prelevate din zona alunecarii de teren, iar din punctul de vedere al masuratorilor topo-geodezice, se proceseaza datele masurate folosind diferite programe specializate;
• interpretarea datelor este o etapa foarte importanta si trebuie sa includa determinarea cauzelor principale ale producerii alunecarii de teren, factorilor care au contribuit, a elementelor specifice alunecarii res­pective si modelarea prin calcul a fenomenului;
• analiza tehnico-economica a rezul­tatelor reprezinta etapa in care specialistii aleg solutiile stiintifice tehnice de stabilizare a fenomenului de instabilitate monitorizat tinand cont si de considerentele economice;
• concluziile si recomandarile ce se refera la managementul situatiei res­pective, in speta, la alegerea solutiei tehnice optime de stabilizare a alu­necarii de teren studiate cu efecte deosebite din punct de vedere economic, cat si la directiile viitoare de actiune, care pot include integrarea datelor in vederea crearii unui sistem de avertizare timpurie, crea­rea unei retele de monitorizare de ultima gene­ratie utilizand senzori etc.

Dupa cum reiese si din figura 1, dupa interpretarea datelor din prima sesiune de masuratori, se revine la etapa de culegerea a acestora conform etapei de planificare.

In particular, pentru monitorizarea alunecarilor de teren pe baze geode­zice este nevoie de precizie ridicata, deci se pot folosi oricare dintre platformele de urmarire detaliate in cadrul acestei lucrari. In cazul in care tehnicile de teledetectie si fotogrammetrie, fiind mai costisitoare, nu sunt accesibile, trebuie folosite instrumente de masu­rare cum ar fi statiile totale, nivelele digitale, videoteodolitele motorizate, scanerele laser terestre.

Statia totala

Monitorizarea evolutiei fenome­nelor de instabilitate, prin intermediul metodelor topografice si geodezice, se face, folosind statii totale (fig. 2), dupa principiul prezentat in figura 3: se planteaza serii de reperi pe suprafata masei alunecate si alte serii de reperi in zonele stabile, limi­trofe alunecarii. Reperii din zonele stabile trebuie incastrati astfel incat sa existe certitudinea ca ei nu sufera deplasari. Prin masuratori efectuate cu statia totala se determina direc­tiile si viteza de deplasare a masei alunecate in zona superficiala, in punc­tele marcate prin reperii plantati [4].

Eventualele deplasari vor fi masu­­rate la intervale regulate de timp, ori la intervale ce depind de factori care influenteaza miscarile de alunecare, determinand deplasarile orizontale si verticale ale reperilor, pentru a construi profile sau diagra­me ale acestora.

Fotogrammetrie

Fotogrammetria este potrivita pentru urmarirea fenomenelor de alunecare, deoarece ofera anumite avantaje:

• pe fotograme (fig. 4) se indivi­dualizeaza bine fenomenele de eroziune (ogase, ravene) si depozitele acumulative, deoarece caracterul ve­getatiei de pe versantul afectat de alunecare difera de acela al vegetatiei de pe versantul nederanjat. De ase­menea, zonele cu alunecari de teren apar pe fotograme cu nuante diferite de culoare [4];
• permite evaluarea rapida a am­plorii unor alunecari catastrofale si a pagubelor determinate de acestea, prin achizitia unei cantitati foarte mari de date si posibilitatea cerce­tarii unor zone vaste si/sau greu accesibile;
• se poate determina directia si inclinarea stratelor geologice.

Tehnologia GPS (Global Positioning Systems)

Majoritatea masuratorilor in dome­niul constructiilor pot fi realizate cu ajutorul tehnologiei GPS, datorita avan­tajelor sale de precizie ridicata si costuri reduse. Atunci cand se monitorizeaza o alunecare de teren folosind tehnologia GPS, observa­tiile trebuie facute periodic, de cate­va ori pe an, in urma lor rezultand o serie de date ce urmeaza sa fie procesate. Specialistul geodez trebuie sa formeze retea­ua GPS de monitorizare (fig. 5), care sa inca­dreze zona afectata de alunecare, prin materializarea unor reperi de urmarire.

Teledetectia satelitara

Principalele avantaje ale teledetectiei satelitare (fig. 6) sunt legate, indeosebi, de lucrul in „timp real“ sau aproape de caracteristicile „timp real“, pentru urmarirea fenomenelor dinamice, cum ar fi: evolutia cultu­rilor, evolutia factorilor de mediu, controlul calami­tatilor naturale si al dezastrelor, mana­ge­mentul siste­melor de irigatii etc.

Datorita capacitatii sistemelor radar de a opera independent de conditiile meteorologice, ziua si noaptea, au fost dezvoltate nume­roase aplicatii de mare importanta: cartografierea, monitorizarea hazar­durilor, evaluarea alune­carilor de teren, evaluarea miscarilor seismice, observari ale marilor si zonelor costiere etc.

Scanarea laser terestra

Cea mai recenta inovatie in domeniul masuratorilor topografice si geodezice este tehnica de sca­nare laser terestra, care furnizeaza o repre­zentare 3D a unui obiect din spatiu. Aceasta isi gaseste aplicabi­litate in foarte multe domenii ale masuratorilor, precum proiectele ingineresti: structuri ale podurilor, monitorizarea autostrazilor si a tune­lelor, cuantificarea eroziunii malu­rilor unor rauri, monitorizarea aluneca­rilor de teren.

Una dintre utilizarile cele mai frecvente ale tehnicii de scanare laser terestra (fig. 7) se situeaza in domeniul monitorizarii deformatiilor si deplasarilor. In ciuda numarului mare de solutii prezentate, determinarea deplasarilor cu o precizie milimetrica ramane deschisa investigatiilor.

HARTI DE RISC

Pentru intocmirea unei harti cu zonarea teritoriului Romaniei, din punct de vedere al potentialului de produ­cere a alunecarilor de teren, s-a elaborat „Ghidul de redactare a hartilor de risc la alunecare a versan­tilor pentru asigurarea stabilitatii constructiilor“ – indicativ GT019-98, aprobat prin Hotararea de Guvern nr. 447 din 10.04.2003 „Normele metodologice privind modul de ela­borare si continutul hartilor de risc natural la alunecari de teren“. Aceste norme prezinta cadrul natural privind succesiunea operatiilor de intocmire a hartilor de risc la alunecare.

Hartile de risc la alunecare a versantilor necesita o corelare cat mai exacta a potentialului producerii alune­carilor de teren, cu evaluarea elemen­telor de risc din zona (fig. 8). Hartile trebuie sa oglindeasca starea de eforturi din versanti si valorile factorilor de stabilitate in sectiunile reprezentative, acestea constituind parametrii principali pe baza carora sa se poata aprecia cat de ridicat este pericolul atingerii limitei de cedare a masivului de pamant si de producere a alunecarilor de teren.

Elaborarea unei harti de risc trebuie sa se desfasoare in doua etape [6]:

Etapa I – va cuprinde culegerea tuturor informatiilor morfologice, hidrologice, climatice, geologice, geoteh­nice si hidrogeologice, existente in documentatiile intocmite pentru sco­puri diverse, aferente teritoriului care se cerceteaza, precum si cartari geologice ingineresti si hidrogeologice foarte detaliate. Pe baza datelor obtinute in aceasta etapa, se va intocmi harta de risc la alunecare a zonei cercetate, harta care, de cele mai multe ori, poate fi considerata sa­tis­facatoare pentru scopul in care a fost elaborata. Hartile se redacteaza la scari 1:10.000 … 1:5.000 in functie de suprafata si complexitatea zonei.

Daca din analiza hartii intocmite in aceasta etapa va rezulta un risc ridicat de alunecare a versantului, luand in considerare si consecintele unui eventual dezastru pe care acesta il poate produce, se va trece la redactarea hartii de risc corespunzatoare etapei a Il-a.

Etapa a II-a – pe langa datele obtinute in prima etapa, trebuie sa cuprinda, in mod obligatoriu, lucrari de prospectiuni (geofizice, foraje, lucrari miniere, teste efectuate in situ) si analize geotehnice de laborator, datele obti­nute contribuind, in mod substantial, la cresterea gradului de precizie al hartii de risc, care se va fundamenta pe calcule si interpretari mult mai precise.

Hartile de risc devin, astfel, unel­te necesare in managementul dezastrelor, ele permitand adoptarea unor masuri eficiente de prevenire a poten­tialelor dezastre (fig. 9) cau­zate de alunecarile de teren si luarea unor decizii rationale privind amplasarea constructiilor si executarea unor lucrari de excavatii, fara a fi periclitata stabilitatea terenului.

ELABORAREA HARTILOR DE RISC LA ALUNECARI DE TEREN, UTILIZAND DATE GEOTEHNICE, TOPOGRAFICE SI TEHNOLOGIA SIG

Folosirea tehnologiei SIG in lite­ra­tura de specialitate, pe problema alunecarilor de teren, a fost tratata in numeroase lucrari stiintifice in care autorii au prezentat proiecte reali­zate prin intermediul acestei teh­nologii, implementate in diferite tari. Finalitatea acestor proiecte a constat in redactarea unor harti de risc pentru zonele studiate.

Ideea principala a unui proiect implementat in Serbia a fost determinarea si analiza zonelor cu poten­tial de instabilitate de pe teritoriul municipalitatii Ub, harta reprezentand principalul factor in alegerea loca­tiilor si planificarea categoriilor de folosinta a terenurilor, precum si in stabilirea gradului de concentrare a structurilor fizice si infrastructurii. Acest tip de ana­liza este intotdeauna necesar pentru intocmirea strategiei de dezvoltare spatiala a unor teritorii.

Selectia zonelor cu potential de producere a alunecarilor de teren pe teritoriul municipalitatii Ub s-a desfa­surat in etape: s-a studiat lite­ratura existenta pentru zona cerce­tata, s-au analizat hartile geologice existente, s-au facut interpre­tari ale hartilor topogra­fice (analize geomorfologice cantitative), cerce­tarea terenului, analiza in laborator si la birou a datelor colectate. Dupa ana­liza amanuntita a hartilor geolo­gice si topografice, s-au conturat anumite zone periculoase, excluzand toate suprafetele cu petrografie si structura stabila, deci unde nu exista riscul declansarii acestui tip de procese geomorfologice.

Testarea zonelor afectate de procesele de instabilitate a fost efectuata pe teren, impreuna cu cartarea si vizi­tarea alunecarilor produse recent si a versantilor afectati de fenomenul de eroziune (fig. 3).

Cercetarea condi­tiilor naturale de riscuri de pe teritoriul municipalitatii Ub reprezinta baza necesara in analiza elemen­telor si a cauzelor proceselor de alunecare din zona studiata. Avand in vedere o analiza complexa a conditiilor de riscuri naturale care duc la aparitia alunecarilor de teren pe anumite te­ritorii, a fost necesar sa se ia in considerare actiunile multiple ale diversilor factori, atat naturali cat si antropici. Prin definirea tuturor factorilor mai sus mentionati si a cercetarilor din teren, toate zonele municipalitatii Ub cu risc de produ­cere a fenomenelor de instabi­litate au putut fi reprezentate pe harta [7].

O etapa importanta in implemen­tarea unui SIG in Portugalia a constat in colectarea informatiilor geologice si geotehnice specifice zonei studiate si pregatirea hartilor digitale te­matice la scara 1:5.000:

• harta a versantilor (derivata din modelul digital al terenului) care utilizeaza 7 clase de pante ale acestora (0 – 2%, 2 – 5%, 5 – 8%, 8 – 15%, 15 – 30%, 30 – 50% si >50%) pentru a determina legaturile dintre panta versantilor si procesele de alunecare sau eroziune – principalul hazard geologic, care a fost monitorizat in judetul Almada;
• harta cu diversitatea litologica si tectonica;
• harti de inventariere a zonelor afectate de alunecari de teren si feno­mene de eroziune;
• harta de localizare a forajelor si zonelor investigate.

Harta care cuprinde conditiile geo­tehnice a fost una dintre primele harti generate si s-a bazat pe corelatiile stabilite intre investigatiile din teren si rezultatele obtinute in laborator (determinarea parametrilor geotehnici), pe caracteristicile geo­tehnice ale succesiunii litologice si pe variatia acestora in suprafata si la adancimi mari.

Prin combinarea datelor succesiunii litologice cu cele referitoare la pantele versantilor, impreuna cu reclasi­ficarea si categorisirea diferi­telor atribute, au fost produse si celelalte 2 harti, si anu­me: zonarea potentialului de produ­cere a alu­necarilor de teren si zonarea potentialului de producere a feno­menului de eroziune. Aceste harti au fost validate prin comparatia directa cu hartile de inventariere existente.

Pentru a face accesibile datele spatiale atat specialistilor in stiintele pamantului, cat si publicului larg, si pentru a facilita accesul la ele, dezvoltatorii SIG-ului au folosit pentru harti un cadru cunoscut de culori (culorile semaforului), o terminologie standard si au adoptat un sistem international de unitati de masura.

Acest proiect reflecta stransa cola­borare dintre comunitatea stiintifica portugheza si societate, iar metodologia de realizare a proiectului este una generala, pentru a putea fi implementat si in alte regiuni din lume. Printre avantajele acestui SIG se numara: revizuirea planurilor de folosinta a terenurilor, planificarea teritoriului cu luarea in considerare a conditiilor geologice si geotehnice, asigurarea dezvoltarii durabile si managementul regiunii Almada, promotor pentru derularea altor studii in domeniul stiintelor pamantului.

Un alt avantaj important este reprezentat de reducerea costurilor investigatiilor din teren necesare pentru dezvoltarea urbana a zonei respective, deoarece datele spatiale vor fi dis­ponibile, avand o precizie ridicata [8].

Specialistii din Australia au reali­zat LANDFORM, o aplicatie SIG adaptata la cerintele lor, pentru o clasificare semi-automata a elementelor alune­carii de teren, bazata pe atribute topo­grafice, precum curbura terestra si panta. Acesti parametri deriva din modelul digital de altitudine (DEM) si reprezinta punctul de plecare in clasificarea elementelor unei alunecari de teren, precum suprafata de alunecare, fruntea alunecarii, piciorul alunecarii, panta versantului sau roca. Intr-o subclasificare, versantii au fost impartiti in functie de panta (cu panta mare, medie si mica) in puncte importante din profilul transversal. Adaptarea unui SIG la cerintele concrete ale aplicatiei implica modificarea interfetei grafice standard pentru utilizator si extinderea functionalitatii.

Algoritmul a fost creat pentru a putea face o analogie intre harta gene­rata de LANDFORM si interpretarile, bazate pe fotografii facute de un expert in domeniul geotehnicii, asupra aceleiasi zone de studiu. Rezultatele pot fi folosite in aplicatii pentru agricultura, studii de degra­dare a solului, analiza spatiala si modelare pentru zone in care morfologia terenului este un factor esential in studierea feno­menului de instabilitate [9].

CONCLUZII

Hartile de risc la alunecari de teren manipulate in medii SIG pot asigura suportul decizional autori­tatilor locale in vederea stabilirii strategiilor de crestere a constientizarii populatiei cu privire la pericolul reprezentat de aceste calamitati na­turale. In plus, pot fi utilizate cu succes in cercetare, pentru adoptarea masurilor de stabilizare a zonelor afectate de fenomene de instabilitate si in scopul crearii unor sisteme de avertizare timpurie.

Tehnologia SIG moderna include cartarea unor amplasamente ce pre­zinta riscuri diverse si o cooperare deplina a specialistilor in domeniul geologiei ingineresti, geotehnicii si geodeziei.

Este evidenta nevoia de monito­ri­zare continua in timp, prin procedee geodezice specifice, a zonelor afectate de alunecari de teren, pe baza carora se pot face prognoze care sa conduca, in final, la diminuarea distrugerilor materiale si a pierderilor de vieti omenesti.

Prin centralizarea datelor topo­grafice si geotehnice care provin din arhive, rapoarte administrative, de la profesionisti in domeniu, cercetari geologice si geomorfologice in situ, se eficientizeaza studiile efectuate in acest sens la nivel local si regional, reducandu-se, totodata, si costurile.

BIBLIOGRAFIE

[1] Jongmans D., Garambois S., Geophysical investigation of landslides: A review, “Bulletin Société Géologique de France”, 178, 2, 101-112, 2007, DOI 10.2113 / gssgfbull.178.2;

[2] Sfiru R., Cardei P., Muraru V., Herea V., Methods and techniques of drawing up risk maps for surface rain erosion phenomenon, 2010, INMATEH Agricultural Engineering, vol. 31, no. 2, ISSN: 2068-2239, ISSN: 2068-4215, INMA Bucharest;

[3] Zoran M., Geospatial and geophysical information for earthquake hazard assessment in Vrancea area, Romania, EGU General Assembly, 2-7 May 2010, Vienna, Austria, p. 6808;

[4] Manea S., Evaluarea riscului de alunecare a versantilor, Editura Conspress, 1998, ISBN973-98749-1-6;

[5] Stoian L, Nacu V., Retele de urmarire in timp a alunecarilor de teren, metode bazate pe determinari parametrice si geodezice, RevCAD, Alba lulia, Romania, 2008, pag. 143-158;

[6] »» H.G. nr. 447/22.04.2003. Normele metodologice privind modul de elaborare si continutul hartilor de risc natural la alunecari de teren, Monitorul Oficial al Romaniei, 07.05.2003;

[7] Dragicevic S., Novkovic L, Prica M., The risk of slope proce­sses on the territory of UB Municipality, Project 146005 finan­ced by the Ministry of science and technological development of the Republic of Serbia, 2009;

[8] Da Silva F.P., Rodrigues – Carvalho J. A., Engineering geological mapping for the urban planning of Almada County, Portugal, IAEG, Lucrarea nr. 165, 2006;

[9] Klingseisen B., Metternicht G., Paulus G., Geomorphometric landscape analysis using a semi-automated GIS – approach, Environmental Modeling & Software Vol. XX, pag. 1 – 13, Science Direct, 2007.

Autori:
asist. dr. ing. Clara – Beatrice Vilceanu,
prof. univ. dr. ing. Marin Marin – Universitatea Politehnica Timisoara, Facultatea de Constructii, Departamentul de Cai de Comunicatii Terestre, Fundatii si Cadastru 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 113 – aprilie 2015, pag. 52