DOWNSCALED EXPERIMENTAL ANALYSIS OF OPTICAL FIBER SENSING TECHNOLOGY FOR LEVEE AND LANDSLIDE MONITORING APPLICATIONS

This thesis presents a comprehensive study on the application of optical fiber technology for early warning systems in geotechnical engineering. We focused on coherent optical fibers, exploring their potential use in monitoring landslides, levees, and structural health. Conducted at the Lecco campus of Politecnico di Milano, the study involved detailed experiments using a landslide simulator, comparing traditional geological instruments, such as Time Domain Reflectometry (TDR) and tensiometers, with optical fiber sensors. In Experiment 0, the optical fiber demonstrated a remarkable 7-minute early warning before the observed collapse. In Experiment 1, the optical fiber provided a 2-minute early warning, while Experiment 2 showed a 1-minute early warning. Experiment 3 also showed a 1-minute early response. Experiment 4 demonstrated an impressive 8-minute early warning. However, in Experiment 5, technical issues prevented the optical fiber from delivering definite data, highlighting the need for system robustness. Our research-based and experimental study indicates that optical fibers are highly sensitive and reliable in detecting internal soil movements, often providing critical early warnings that can be pivotal for implementing preventative measures. The goal of this research was to determine the feasibility of using optical fibers as an early warning system. Our findings suggest that, with proper technical support and reliability, optical fibers have significant potential to enhance geotechnical monitoring and early warning capabilities.

Questa tesi presenta uno studio completo sull'applicazione della tecnologia a fibra ottica per i sistemi di allerta precoce nell'ingegneria geotecnica. Ci siamo concentrati sulle fibre ottiche coerenti, esplorando il loro potenziale utilizzo nel monitoraggio delle frane, degli argini e della salute strutturale. Lo studio, condotto presso il campus di Lecco del Politecnico di Milano, ha coinvolto esperimenti dettagliati utilizzando un simulatore di frana, confrontando strumenti geologici tradizionali, come la Riflettometria nel Dominio del Tempo (TDR) e i tensiometri, con i sensori a fibra ottica. Nell'Esperimento 0, la fibra ottica ha dimostrato un notevole allarme precoce di 7 minuti prima del crollo osservato. Nell'Esperimento 1, la fibra ottica ha fornito un allarme precoce di 2 minuti, mentre l'Esperimento 2 ha mostrato un allarme precoce di 1 minuto. L'Esperimento 3 ha anche mostrato una risposta precoce di 1 minuto. L'Esperimento 4 ha dimostrato un impressionante allarme precoce di 8 minuti. Tuttavia, nell'Esperimento 5, problemi tecnici hanno impedito alla fibra ottica di fornire dati definitivi, evidenziando la necessità di robustezza del sistema. Il nostro studio, basato su ricerche ed esperimenti, indica che le fibre ottiche sono altamente sensibili e affidabili nel rilevare movimenti interni del suolo, fornendo spesso allarmi precoci critici che possono essere fondamentali per l'implementazione di misure preventive. L'obiettivo di questa ricerca era determinare la fattibilità dell'uso delle fibre ottiche come sistema di allerta precoce. I nostri risultati suggeriscono che, con il giusto supporto tecnico e affidabilità, le fibre ottiche hanno un potenziale significativo per migliorare le capacità di monitoraggio geotecnico e di allerta precoce.