Long-term electrical resistivity data analysis for landslide monitoring : the case study of Rosano

In the context of landslide monitoring, an integrated approach of several techniques is necessary to understand the mechanisms that control slope instability. In the Italian context, intense or prolonged precipitation is the main triggering factor for landslide activation/reactivation, together with groundwater table oscillations. Among the traditional monitoring techniques, the geoelectrical methods are currently employed for the investigation of the landslide body by means of high spatial resolution tomographic imaging. Temporal variations of the electrical resistivity can be correlated to changes in soil water content: modifications of slope saturation conditions are one of the most common precursors in the lead up to landslide activation. The analysis of time-lapse tomographic images is a powerful tool to investigate hydrogeological precursors of slope instability. This thesis analyses and presents the results of three years of monitoring data from a composite landslide in Piedmont Region (Italy) collected with a geoelectrical permanent monitoring system. This work is involved in a larger project carried out at the Geological Survey of Austria, which aims to test this geophysical method in the frame of several case studies that are part of a geoelectrical monitoring network. Data filtering preceded the inversion processing, which has been carried out with two different approaches: 2D tomographic inversion for independent time-step processing and a 4D algorithm producing a time-space model of the electrical resistivity. The interpretation of resistivity variations in the subsurface is based on the comparison with measurements from traditional monitoring techniques (inclinometric measurements, moisture and piezometric sensors etc.). The results of this study demonstrated that the electrical response of the slope during intense rainfall events is informative of the soil water content modifications induced by infiltration processes, with a significant decrease occurring within the shallow layers due to the saturation of the slope.

Nell’ambito del monitoraggio frane l’integrazione di più metodologie è necessaria per la comprensione dei meccanismi che governano i fenomeni di instabilità di versante. Nel contesto italiano, le precipitazioni rappresentano il principale fattore d’innesco o riattivazione insieme alla ricarica idrica sotterranea. Tra le tecniche di monitoraggio attualmente impiegate, i metodi geoelettrici vengono utilizzati per la caratterizzazione geometrica del sottosuolo grazie all’informazione di carattere spaziale che forniscono, ottenendo come risultato delle immagini tomografiche di resistività elettrica. L’andamento temporale di questo parametro può essere messo in relazione con le variazioni del contenuto d’acqua interstiziale: il cambiamento delle condizioni di saturazione è strettamente legato all’evoluzione dei fenomeni franosi a dinamica lenta. Attraverso l’analisi time-lapse delle immagini tomografiche, il metodo di resistività elettrica si pone come un valido strumento di indagine dei processi idrogeologici che contribuiscono all’innesco dei movimenti franosi. Il presente lavoro di tesi svolto presso il Geological Survey of Austria, con riferimento al caso studio di un’area in frana in Piemonte monitorata per circa tre anni, si inserisce all’interno di un progetto più ampio che si pone come obiettivo lo sviluppo di una rete di monitoraggio geoelettrico testata su diverse tipologie di frana. Una fase di filtraggio dei dati ha preceduto il processamento delle serie storiche di resistività, effettuate con un software di inversione tomografica 2D e successivamente con un algoritmo che produce un modello di resistività elettrica definito sia nello spazio che nel tempo. L’interpretazione delle variazioni di resistività elettrica è stata svolta confrontando le misure geoelettriche con i dati acquisiti con metodi di monitoraggio tradizionale (misure inclinometriche, sensori di umidità, sensori piezometrici ecc.). I risultati di questo studio hanno dimostrato che la risposta elettrica del sottosuolo, durante gli eventi di precipitazione intensa, è rappresentativa dei processi di infiltrazione, con significative riduzioni di resistività causate dalla saturazione degli strati più superficiali.