INNOVATIVE TECHNOLOGIES FOR SINKHOLE IDENTIFICATION AND MONITORING

Sinkholes are among the most complex and challenging geohazards affecting karst and evaporitic environments, particularly in regions where natural processes are intensified by human activity. This doctoral thesis examines advanced approaches for sinkhole identification and monitoring, with specific emphasis on the Friuli Venezia Giulia (FVG) region in north-eastern Italy. The study employs a multidisciplinary methodology that integrates geological analysis, geodetic and hydrogeological monitoring, remote sensing techniques, and numerical modelling, to improve understanding of sinkhole formation processes and related land subsidence in both natural and human-modified settings. Three representative study areas were selected: the urban karst environment of Trieste, characterized by an extensive network of natural and man-made underground cavities; the village of Esemon di Sopra (Raveo), where a sudden cover-collapse sinkhole occurred in April 2022; and the Quinis-Enemonzo area, a sinkhole-prone Alpine valley affected by persistent ground instability. In Trieste, a systematic mapping and classification of underground cave entrances and anthropogenic voids were conducted to assess their spatial distribution and potential role in future sinkhole development. In Esemon di Sopra, a finite-element numerical model was developed to reconstruct the sinkhole formation mechanism and analyze the influence of cavity geometry, roof thickness, lithological contrasts, and material properties on collapse evolution. In the Quinis-Enemonzo area, multi-temporal PSInSAR data from the European Ground Motion Service (EGMS) were integrated with continuous GNSS measurements, groundwater-level monitoring, and rainfall records to investigate land subsidence patterns and their relationship with hydrogeological dynamics. The results demonstrate that the interaction between subsurface cavity evolution, groundwater fluctuations, and the mechanical behaviour of carbonate and evaporitic formations strongly controls sinkhole development in the FVG region. The combined use of satellite interferometry, ground-based geodetic monitoring, and numerical modeling proved effective in detecting precursory deformation signals and reconstructing collapse mechanisms. The proposed integrated framework enhances sinkhole hazard assessment capabilities and supports the development of early-warning strategies and risk-informed land-use planning in karst-prone regions.

I sinkhole rappresentano tra i rischi geologici più complessi e difficili da affrontare, che interessano ambienti carsici ed evaporitici, in particolare nelle regioni in cui i processi naturali sono intensificati dall'interazione con l'attività umana. Questa tesi di dottorato esamina approcci avanzati per l'identificazione e il monitoraggio dei sinkhole, con particolare attenzione alla regione del Friuli Venezia Giulia (FVG) nel nord-est dell'Italia. Lo studio si basa su un approccio multidisciplinare che integra l'analisi geologica, il monitoraggio geodetico e idrogeologico, le tecniche di telerilevamento e la modellazione numerica, con l'obiettivo di migliorare la comprensione dei processi di formazione dei sinkhole sia in contesti naturali sia in quelli modificati dall'uomo. Sono state selezionate tre aree di studio rappresentative: l'ambiente carsico urbano di Trieste, caratterizzato da un'estesa rete di cavità sotterranee naturali e artificiali; la frazione di Esemon di Sopra (Raveo), dove si è verificato un improvviso sprofondamento nell'aprile 2022; e l'area di Quinis-Enemonzo, una valle alpina soggetta a sprofondamenti e affetta da persistente instabilità del suolo. A Trieste, è stata condotta una mappatura e classificazione sistematica degli ingressi delle grotte sotterranee e delle cavità antropiche per valutarne la distribuzione spaziale e il potenziale ruolo nel futuro potenziale sviluppo di sinkhole. A Esemon di Sopra, è stato sviluppato un modello numerico agli elementi finiti per ricostruire il meccanismo di formazione degli sinkhole, analizzando l'influenza della geometria della cavità, dello spessore del tetto, dei contrasti litologici e delle proprietà dei materiali sull'evoluzione del collasso. Nell'area di Quinis-Enemonzo, i dati PSInSAR multitemporali dell'European Ground Motion Service (EGMS) sono stati integrati con misurazioni topografiche continue tramite stazione totale, monitoraggio del livello delle falde acquifere e registrazioni pluviometriche per studiare i modelli di genesi dei sinkhole e la loro relazione con le dinamiche idrogeologiche. I risultati dimostrano che l'interazione tra l'evoluzione delle cavità sotterranee, le fluttuazioni delle falde acquifere e il comportamento meccanico e chimico delle formazioni carbonatiche ed evaporitiche controlla fortemente lo sviluppo dei sinkhole non solo nella regione del Friuli Venezia Giulia. L'uso combinato di interferometria satellitare, monitoraggio geodetico a terra e modellazione numerica si è dimostrato efficace nel rilevare segnali di deformazione precursori e nel ricostruire i meccanismi di collasso. Il quadro integrato proposto migliora le capacità di valutazione del rischio di sinkhole e supporta lo sviluppo di strategie di allerta precoce e di una pianificazione dell'uso del territorio basata sui rischi nelle regioni soggette a carsismo.