Commissione Nazionale Scuole di Speleologia della Società Speleologica ItalianaCoordinamento Scuole Regione Campania
Scuola di Speleologia di Summonte del Gruppo Speleologico Natura Esplora
Seminari di approfondimento – III ciclo
Rilievo in grotta
Sabato 15 gennaio 2011
.UMBerto del vecchio
CartografiaLa cartografia è l'insieme di conoscenze scientifiche, tecniche e artistiche finalizzate alla rappresentazione simbolica ma veritiera di informazioni geografiche su supporti piani (carte geografiche) o sferici (globi).
•Carta tecnica regionale
•scala 1:10.000•scala 1:5.000•scala 1 :2.000
TopografiaLa topografia è la scienza che studia gli strumenti ed i metodi operativi, sia di calcolo sia di disegno, che sono necessari per ottenere una rappresentazione grafica, più e meno particolareggiata, di una parte della superficie terrestre.superficie terrestre.
Strumentazione
Misura di distanze
Misura di angoli
Misura di quoteMisura di quote
Misuratori misti
Misuratori integrati
Misura di posizione
Vantaggi:•facilità di lettura•immediatezza della misura
Misura di distanze
Rollina metrica
•immediatezza della misura
Svantaggi:•necessità di raggiungere direttamente i punti di misura•lentezza
Vantaggi:•veloce•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare calcoli trigonometrici
Misura di distanze
Misuratore laser
•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare calcoli trigonometrici
Svantaggi:•strumento elettronico•incertezza del punto misurato
Misura di angoli
Bussola da speleologo
Vantaggi:•pratico•lettura immediata•lettura immediata
Svantaggi:•legge il nord magnetico (declinazione)•sensibile alla presenza di campi magnetici•errore di collimazione
Misura di angoli
Bussola da geologo
Vantaggi:•giaciture
Svantaggi:•lettura non immediata•difficile allineamento•legge il nord magnetico (declinazione)•sensibile alla presenza di campi magnetici
Vantaggi:•pratico•immediato
Misura di quote
Altimetro
•immediato
Svantaggi:•sensibile a variazioni di pressione atmosferica•necessario tararlo
Vantaggi:•veloce•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare diverse misure (distanze,
Misuratori misti
Telemetro
•raggiunge punti non accessibili•possibilità di fare diverse misure (distanze, dislivelli, inclinazioni)
Svantaggi:•strumento elettronico•incertezza del punto misurato•costoso
Vantaggi:•con un’unica battuta fornisce tutti i dati•raggiunge punti non accessibili•si appoggia ai capisaldi•sviluppo rilievo con palmare
Misuratori integrati
DistoX
•sviluppo rilievo con palmare•sezioni traversali precise
Svantaggi:•strumento elettronico•bussola molto instabile•taratura•scelta del caposaldo•incertezza del punto misurato
Vantaggi:•pratico•immediato•non necessita di sapere dove ci si trova
Misura di posizione
GPS
•immediato•non necessita di sapere dove ci si trova
Svantaggi:•precisione•copertura dei satelliti•dipendenza
L’ ubicazione dell’ingresso di una grotta non è un optional del rilievo ipogeo, ma è il primo passo fondamentale per il lavoro
Ubicazione dell’ingresso
Cartografia
primo passo fondamentale per il lavoro topografico
L’avere a disposizione una cartografia aggiornata ad una scala adeguata è molto importante per eseguire l’ubicazione dell’ingresso
Ubicazione dell’ingresso
Metodi
Metodo grafico
Metodo matematicoMetodo matematico
Poligonazione da punto noto
GPS
Ubicazione dell’ingresso
Metodo grafico
•bisogna avere a disposizione una cartografia, una bussola da campo ed un goniometro•bisogna essere in grado di riconoscere almeno tre punti noti facilmente riconoscibili sulla •bisogna essere in grado di riconoscere almeno tre punti noti facilmente riconoscibili sulla cartografia•bisogna traguardare i punti noti con la bussola e determinare l’angolo sull’orizzontale•si tracciano sulla carta le linee orientate come da misura: esse si intersecano nel punto che corrisponde a dove noi ci troviamo
•questo metodo è abbastanza impreciso in quanto soggetto a numerosi errori•se si possiede un altimetro si riesce a correggere gli errori
Ubicazione dell’ingresso
Metodo grafico
•se si possiede un altimetro si riesce a correggere gli errori•in genere bisogna sapersi orientare e sapere leggere la cartografia
Ubicazione dell’ingresso
Metodo matematico
•la procedura è molto simile al metodo grafico, ma invece di usare la bussola si utilizza uno strumento ottico di precisionestrumento ottico di precisione
•questo metodo risulta pertanto abbastanza oneroso
Ubicazione dell’ingresso
Poligonazione da punto noto
•la poligonazione consiste nella misurazione degli estremi di una linea spezzata che unisce due punti: quello noto e quello da determinarepunti: quello noto e quello da determinare
•ogni tratto di spezzata collega due punti di battuta
•le misure che si prendono per collegare due punti di battuta sono la distanza tra i due punti, l’angolo di inclinazione e l’angolo sull’orizzontale rispetto al nord
•in genere è preferibile effettuare battute di egual lunghezza e non troppo corte
•la poligonazione è molto dipendente dall’errore
Ubicazione dell’ingresso
Poligonazione da punto noto
•la poligonazione è molto dipendente dall’errore strumentale pertanto è buona norma eseguire due volte le misure
•se possibile è meglio chiudere la poligonale tornando sullo stesso punto da un’altra strada; in base all’errore che ne risulta è possibile correggere la poligonale
•il metodo risulta abbastanza affidabile ma si presenta molto lungo in particolare quando l’ingresso è lontano da un punto noto
Ubicazione dell’ingresso
Poligonazione da punto noto
•la tecnica della poligonazione anche se non sempre applicata per l’ubicazione di una grotta, è la tecnica fondamentale per l’esecuzione del rilievo ipogeo
Ubicazione dell’ingresso
GPS
•rappresenta il metodo più diffuso attualmente
•fornisce direttamente lo coordinate in un sistema di navigazione scelto dall’operatore (anche se è preferibile usare il sistema UTM sistema di navigazione scelto dall’operatore (anche se è preferibile usare il sistema UTM WGS84)
•non è necessario avere una cartografia di riferimento o sapere con precisione dove ci si trova
•il sistema ha però un margine di precisione, che varia in funzione delle condizioni al contorno
•bisogna tener conto della copertura dei
Ubicazione dell’ingresso
GPS
•bisogna tener conto della copertura dei satelliti non solo come numero (minimo 3-4) ma anche come distribuzione e visibilità
•pertanto è necessario annotare l’errore di lettura del GPS per eventuali valutazioni successive
•la quota misurata dal GPS (se privo di un altimetro barometrico) è la quota del geoide di riferimento che può essere molto lontana dalla quota reale
Ubicazione dell’ingresso
GPS
quota reale
•la cosa migliore è avere una cartografia e valutare l’affidabilità della lettura fornita dal GPS
•fondamentale la posizione del GPS rispetto all’ingresso, difficilmente ci si posiziona proprio all’ingresso
Ubicazione dell’ingresso
GPS
•il GPS fornisce le coordinate di un punto … l’ingresso di una grotta non è un punto!
Ubicazione dell’ingresso
Itinerario
•avere le coordinate di un punto non indicano necessariamente qual’è la strada migliore per raggiungerlo!raggiungerlo!
Rilievo in grotta
Strumentazione
Squadra e ruoli
Cosa misurareCosa misurare
Come misurare
Foglio di rilevamento
Rilievo in grotta
Strumentazione
bussola speleo
clinometro speleo distoXclinometro speleo
rollina metrica(disto laser)
metro rigido, altimetro, bussola geologica
distoX
+ palmare
Squadra e ruoli
La squadra ideale è composta da tre speleologi:•strumentista•disegnatore
Rilievo in grotta
•disegnatore•traguardatore
Cosa misurare
Le misure da prendere tra due capisaldi:•distanza lineare (L)•orientamento (θ)
Rilievo in grotta
•orientamento (θ)•inclinazione (i)
Le misure da prendere ad ogni caposaldo:•altezza volta (hv)•altezza strumentista (hs)•distanza a destra (dx)•distanza a sinistra (sx)
Altre misure da prendere sono quelle particolari che possono aiutare a disegnare meglio l’andamento della grotta:
Cosa misurare
Rilievo in grotta
l’andamento della grotta:•posizione e misure di un particolare (concrezione, specchio d’acqua, masso, etc.)•rientranze e sporgenze della roccia•dislivelli•giacitura degli strati o di faglie e fratture
La poligonale principale segue tutto l’andamento della grotta (galleria, meandri, condotte, pozzi e saloni)
Difficilmente è possibile ritornare indietro al
Rilievo in grotta
Come misurare
Difficilmente è possibile ritornare indietro al primo punto della poligonale pertanto la poligonale principale in grotta è generalmente una “poligonale aperta”
In caso di poligonale aperta lo strumentista deve leggere i valori angolari due volte e verificare l’attendibilità
Poligonale secondaria si esegue quando un’unica linea spezzata (la poligonale principale) non è in grado di coprire tutti gli spazi da rilevare:
Rilievo in grotta
Come misurare
•diramazioni o arrivi laterali•saloni
Casi particolari:
•altezza della volta•pozzi•dislivelli
Rilievo in grotta
Come misurare
•pozzi•dislivelli•larghezze e distanze laterali•ubicazione di particolari•chiusura della poligonale principale•triangolazioni
Pozzi
•non sempre i pozzi in una grotta sono a piombo: i pozzi vanno rilevati come battute di una poligonale quindi anche inclinazione e direzione
Rilievo in grotta
Come misurare
poligonale quindi anche inclinazione e direzione
•se si intende misurare solo il dislivello (“profondità del pozzo”)•assicurarsi di trovarsi a piombo
•se si usa un disto laser accertarsi che sia in bolla•se si misura dal basso con il disto attenzione a non misurare anche la volta sopra il pozzo
Dislivelli
•durante la battuta di poligonale se si misura semplicemente l’inclinazione fra i due
Rilievo in grotta
Come misurare
semplicemente l’inclinazione fra i due capisaldi si può incorrere nell’errore di perdere le rotture di pendenza
•in questo caso meglio misurare ed ubicare i dislivelli
Larghezze e distanze laterali
•la larghezza o la distanza laterale destra e sinistra non sono né la più lunga né la più corta,
Rilievo in grotta
Come misurare
sinistra non sono né la più lunga né la più corta, ma la più rappresentativa
•se sbagliamo a considerarla ce ne accorgeremo (anzi non ce ne accorgeremo!) durante la restituzione del rilievo
Ubicazione particolari
•per l’ubicazione di particolari possiamo tracciare un ramo di poligonale secondaria, tramite irraggiamento da un punto
Rilievo in grotta
Come misurare
tramite irraggiamento da un punto
Chiusura della poligonale principale
•se sono presenti dei rami secondari o dei passaggi che permettono di tornare sulla poligonale principale è opportuno “tornare” su
Rilievo in grotta
Come misurare
poligonale principale è opportuno “tornare” su un caposaldo di quest’ultima per chiudere, almeno in parte, la poligonale principale
•una poligonale chiusa permette di correggere le battute con una procedura di compensazione degli errori
Triangolazioni
•la triangolazione è una poligonale chiusa di tre lati che unisce tre punti
•i tre punti devono essere visibili tra loro e
Rilievo in grotta
Come misurare
•i tre punti devono essere visibili tra loro e pertanto non viene utilizzata per il rilievo in grotta
•siccome è molto valida in ambienti ampi (saloni) è molto utile nel rilievo di cavità artificiali
Foglio di rilevamento
Durante l’esecuzione del rilievo bisogna anche fare un disegno (possibilmente in scala) della grotta, comprese eventuali sezioni longitudinali
Rilievo in grotta
grotta, comprese eventuali sezioni longitudinali e sicuramente quelle trasversali
Elaborazione del rilievo
Sviluppo della poligonale ed esecuzione del disegno
Verifica delle misure
Altre informazioni
Elaborazione del rilievo
Correzione declinazione magnetica
Verifica delle misure
Errore dei dati e correzione
Correzione declinazione magnetica
Chiusura della poligonale
Elaborazione del rilievo
Errore dei dati e correzione
Le misure potrebbero presentare degli errori macroscopici che è possibile correggere subito
Si potrebbe aver fatto e scritto la doppia misura e bisogna fare la media
Elaborazione del rilievo
Correzione declinazione magneticaLe misure di azimuth fanno riferimento al nord magnetico che non coincide col nord geografico ed è necessario fare la correzione della declinazione magneticadeclinazione magnetica
Elaborazione del rilievo
Chiusura della poligonale
Per verificare la chiusura della poligonale bisogna prima sviluppare la poligonale ed eventualmente correggere per compensazioneeventualmente correggere per compensazione
Elaborazione del rilievo
Sviluppo della poligonale ed esecuzione del disegno
Per sviluppare la poligonale e fare l’elaborazione del disegno bisogna avere a disposizione:•un tavolo da disegno bello grande e libero da •un tavolo da disegno bello grande e libero da cianfrusaglie•materiale da cancelleria •calcolatrice con funzioni trigonometriche•goniometro•fogli millimetrati e lucidi•pennino a china, trasferibili… oppure computer e software
Elaborazione del rilievo
Quello che vogliamo disegnare sono:
•pianta
•sezione longitudinale•sezione longitudinale
•sezioni trasversali
Elaborazione del rilievo
Pianta e sezione longitudinale
Questo è l’andamento del tratto di grotta che abbiamo rilevato
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinaleLa sezione longitudinale è la proiezione su un piano verticale che segue l’andamento della grotta
Elaborazione del rilievo
L’elaborazione della pianta e della sezione longitudinale può essere eseguita con due metodi
•per coordinate polari•per coordinate polari(metodo grafico)
•per coordinate cartesiane(metodo matematico)
Coordinate polariDistanza, angolo di direzione e di inclinazione da un punto noto
Elaborazione del rilievo
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate polari
•la scala a cui si vuole restituire il rilievo•la scala a cui si vuole restituire il rilievo
•la direzione di sviluppo della grotta e quindi come è orientato il nord nel nostro foglio
La distanza misurata in campo (L) deve essere portata sul piano orizzontale in funzione dell’inclinazione misurata (i):
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate polari
D = L * cos (i)
L
Di
Partendo da un’origine si disegna la linea di poligonale in pianta (D) orientata rispetto al nord di riferimento con un angolo uguale all’azimuth (θ)
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate polari
all’azimuth (θ)
Si continua in questo modo sviluppando tutta la poligonale principale ed eventualmente le poligonali secondarie unendo i punti uno ad uno
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate polari
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinale: coordinate polari
•è preferibile usare la stessa scala utilizzata per la piantaper la pianta
•è indipendente dalla direzione di sviluppo
Partendo da un’origine si disegna la linea di poligonale (L) inclinata rispetto all’orizzontale con un angolo uguale all’inclinazione misurata (i)
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinale: coordinate polari
con un angolo uguale all’inclinazione misurata (i)
h = L * sen (i)
Il dislivello tra due capisaldi è definito da:
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate cartesiane
Per prima cosa da fare è calcolare le coordinate cartesiane partendo dalla poligonalecoordinate cartesiane partendo dalla poligonale
D = L * cos (i)
La distanza sul piano orizzontale è data sempre dalla stessa relazione:
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate cartesiane
x = D * sen (θ)
La coordinata x (ascissa) è data da:
x = D * cos (θ)
La coordinata y (ordinata) è data da:
dove θ è l’azimuth
In questo modo noi possiamo calcolare per ogni battuta di poligonale la componente x ed y
Se quindi facciamo la sommatoria di tutte le
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate cartesiane
Se quindi facciamo la sommatoria di tutte le componenti x ed y otteniamo le coordinate Sx ed Sy dell’ultimo caposaldo del rilievo
Questa informazione ci aiuta notevolmente per la scelta della scala e di come orientare il foglio per eseguire il disegno
Sul nostro foglio di carta millimetrata disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale
Elaborazione del rilievo
Pianta: coordinate cartesiane
uniremo creando la poligonale
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinale: coordinate cartesiane
Allo stesso modo possiamo calcolare le coordinate per disegnare la sezione longitudinalecoordinate per disegnare la sezione longitudinale
Le coordinate in questo caso sono date dalla componente sul piano orizzontale e da quella sul piano verticale
D = L * cos (i)
La componente sul piano orizzontale è data da:
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinale: coordinate cartesiane
D = L * cos (i)
h = L * sen (i)
La componente sul piano verticale è data da:
dove i è l’inclinazione
Sul nostro foglio di carta millimetrata disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale lungo la sezione
Elaborazione del rilievo
Sezione longitudinale: coordinate cartesiane
disegneremo i punti alla scala scelta e li uniremo creando la poligonale lungo la sezione longitudinale
NB: sia per il metodo grafico che per quello matematico i capisaldi della poligonale hanno una quota rispetto al basso da tener conto nel disegno del rilievo
Le sezioni trasversali rappresentano la grotta lungo un piano ortogonale al ramo di poligonale
Elaborazione del rilievo
Sezioni trasversali
Le sezioni trasversali sono sempre realizzate con il metodo grafico in quanto non si utilizzano i dati di poligonale per il loro
Elaborazione del rilievo
Sezioni trasversali
utilizzano i dati di poligonale per il loro disegno, ma in genere si parte da uno schizzo in scala realizzato dallo speleologo disegnatore e supportato dai dati di altezza e distanza destra e sinistra
Elaborazione del rilievoQuale metodo è da preferire?Metodo matematico (coordinate cartesiane)
• il punto successivo non risente dell’errore eventuale occorso al punto precedente
• si conoscono le coordinate e si può orientare
vantaggi
• si conoscono le coordinate e si può orientare il foglio e scegliere la scala da adottare
• si possono usare fogli di calcolo
• può essere facilmente utilizzato per eseguire rilievi digitali
• è possibile fare la compensazione degli errori nella poligonale
Elaborazione del rilievoQuale metodo è da preferire?Metodo grafico (coordinate polari)
• veloce
• pratico
vantaggi
• pratico
• non si fanno troppi calcoli
Elaborazione del rilievo
Quando la poligonale è chiusa si può stimare la validità della poligonale ed eventualmente correggerla per compensazione
Compensazione degli errori nella poligonale
validità della poligonale ed eventualmente correggerla per compensazione
La poligonale è ritenuta valida se l’errore rientra nella tolleranza ammissibile che in genere è rappresentata da un valore di 1% della lunghezza totale della poligonale svolta
Elaborazione del rilievo
Compensazione degli errori nella poligonale
•compensazione di x ed y
∆x oppure ∆y oppure ∆z risultano > 1% ΣL
•compensazione di x ed y
x’ = x - (∆x/ΣD) * D y’ = y - (∆y/ΣD) * D
•dalle coordinate compensate x’ ed y’ si calcolano i valori compensati di θ e D
θ’= arctg (x’/y’) D’= √(x’)2 + (y’)2
•calcolo di z dopo la compensazione di x ed y
z1 = D’ * tg (i)
•se ∆z > 1% ΣL compensazione della z
Elaborazione del rilievo
Compensazione degli errori nella poligonale
z’ = z1 - (∆z1/ΣD’) * D‘
•da cui si calcolano i valori compensati di i ed L
i’= arctg (z’/D’) L’= D’ / cos (i’)
•se ∆z1 > 1% ΣL compensazione della z
Elaborazione del rilievo
Elaborazione digitale
Vantaggi:•si può restituire 1 a 1 senza perdere dettaglio e senza scegliere la scala a priori•facilità di aggiornamento del rilievo•facilità di aggiornamento del rilievo•georeferenziazione del dato•possibilità di gestire la terza dimensione
Svantaggi:•grafica•praticità con il computer e software•assenza di iconografie di riferimento
Elaborazione del rilievo
Altre informazioni
per altre informazioni di intendono:•plastica ipogea•iconografia classica•iconografia classica•informazioni geologiche•traccia di sezione•orientamento•scala di riferimento•informazioni supplementari (nome grotta, data, autori rilievo, etc.)
Elaborazione del rilievo
Depositi
per altre informazioni di intendono:•massi•detrito•detrito•concrezioni•pozze d’acqua•etc.