METODI DI INDAGINE

INDAGINI GEOGNOSTICHE Il sottosuolo può essere caratterizzato dal punto di vista geologico, geotecnico e geomeccanico attraverso indagini: indirette (misurano la variazione di determinate caratteristiche e permettono di risalire successivamente alla definizione del terreno che costituisce il sottosuolo); dirette (consentono un rilievo diretto e dettagliato del terreno).

Indagini indirette METODI GEOFISICI Utilizzano le variazioni, rilevabili in superficie, di alcuni parametri geofisici per la definizione della geometria e delle caratteristiche di corpi geologici sepolti. Possono essere distinti in metodi che impiegano: campi naturali  misurano un campo di forze sulla superficie terrestre e cercano di individuare le anomalie dovute a disomogeneità del terreno: Prospezione gravimetrica, Prospezione magnetica. campi artificiali  studiano il comportamento di un campo artificiale che può venire influenzato da corpi o strutture sepolte: Prospezione elettrica, prospezione sismica.

METODI GEOFISICI (indagini indirette) Una prospezione consiste nel distribuire un certo numero di punti di rilevamento secondo una maglia più o meno fitta di stazioni, in funzione delle dimensioni, profondità e contrasti di proprietà della struttura da rilevare e del rapporto costi/benefici.

METODI GEOFISICI (indagini indirette) OBIETTIVI Ricostruire il profilo stratigrafico. In particolare, la posizione di un eventuale basamento roccioso o substrato resistente Stabilire la posizione della superficie della falda freatica o la presenza di corpi idrici sotterranei Metodi geofisici: Geoelettrico: segnale elettrico in corrente continua funzione della resistività delle rocce attraversate. Geosismico: onde sismiche di compressione (P), di taglio (S) e di superficie (R). Interpretazione di onde di riflessione e di rifrazione Necessità di abbinare prove geofisiche con carotaggi geognostici!

Profili di resistività Geo-elettrica Profili di resistività

RESISTIVITÀ ELETTRICA DELLE ROCCE Allo stato naturale le rocce sono permeate da una certa quantità di acqua. La resistività ρr dipende dalle caratteristiche elettriche della soluzione acquosa che le permea ρw, secondo l’espressione: ρr = F · ρw F = fattore di formazione della roccia F = (an-mS-k) ARCHIE (1942) n = porosità; S = grado di saturazione (Vw/Vv); a = parametro funzione della tortuosità delle vie di interconnessione dei pori; m = parametro funzione del grado di cementazione; k = parametro generalmente pari a 2.

acqua =10-100 m acqua di mare = 2-3 m

Profilo di resistività Configurazione minima di 4 elettrodi, ma il numero può essere più elevato. Si immette una corrente continua tra due elettrodi (A e B) e si misura la differenza di potenziale che si genera in altri due (M e N) che dipende dalla resistività del terreno attraversato dalla corrente. Ogni formazione ha resistività diversa e si sfrutta l’esistenza di salti di resistività per individuare le interfacce tra formazioni. Tecnica particolarmente utile per individuare il substrato roccioso (r>1500 Wm) o la falda (per terreno saturo r<1500 Wm a seconda della granulometria)

DISPOSITIVI ELETTRODICI WENNER: la distanza tra i quattro elettrodi è costante (ri= a). SCHLUMBERGER: la distanza AB tra gli elettrodi di invio è molto maggiore di quella tra gli elettrodi di misura MN.

Profilo di resistività da geoelettrica

Profilo di resistività da geoelettrica

Profilo stratigrafico da geoelettriche

PROFILI DI RESISTIVITA’

Geo-sismica Sismica a rifrazione Sismica a riflessione

PROVE GEOSISMICHE Basate sui principi di propagazione, rifrazione e riflessione di onde elastiche generate mediante: esplosioni; masse battenti. Il tipo di fonte energizzante dipende dalla profondità di indagine. I principi della prospezione sismica sono gli stessi su cui si basa lo studio dei terremoti!

Prove geosismiche L’impulso generato da una vibrazione (sorgente) viaggia come onde di compressione (onde P) o come onde di taglio (onde S) La velocità di propagazione è funzione della densità del mezzo e delle sue caratteristiche elastiche Sorgente k = modulo di incompressibilità. Resistenza che oppongono i materiali alle forze che tendono a far variare il volume m= modulo di taglio. Resistenza che oppongono i materiali alle forze che tendono a variare la forma Dall’esame delle due formule è possibile dedurre che : - a parità di densità, cioè quando la propagazione avviene nello stesso mezzo, le onde P sono più veloci delle onde S (in generale si può dire che Vp  1,73xVs); - Se la rigidità si annulla (=0) anche Vs = 0, e siccome i FLUIDI non HANNO forma propria, sono privi di rigidità, e non possono essere attraversati dalle onde S. Ricevitori

Prove geosismiche All’interfaccia tra due formazioni diverse il segnale è in parte rifratto e in parte riflesso Più il mezzo è compatto (roccia intatta o di elevato peso di volume) più la velocità è elevata Quando le onde sismiche incontrano una discontinuità (superficie di contatto tra formazioni diverse), in parte passano da una formazione all’altra cambiando direzione (onde rifratte), in parte tornano verso l’alto in modo perfettamente analogo a quanto avviene nella riflessione della luce (onde riflesse)

Nella prospezione sismica normale vengono generalmente utilizzate le onde P umida asciutta Errore: Sabbia SCIOLTA Sabbia CEMENTATA Fattori che riducono la vP nelle rocce: porosità, l’umidità, tenore in silice, alterazione Fattori che aumentano la vP nelle rocce: anisotropia (vp maggiore parallelamente alla stratificazione o alla scistosità), tenore in carbonato

METODI SISMICI A RIFLESSIONE A RIFRAZIONE Indagano strutture a profondità < 100 m. A RIFLESSIONE Strutture tettoniche profonde (fino a qualche migliaio di metri). Usati soprattutto nel campo della ricerca petrolifera. Strumenti di registrazione dei segnali sismici Geofoni: dispositivi che convertono le vibrazioni in segnali elettrici inviati all’apparecchiatura di registrazione. Idrofoni: ricevitori di segnali sismici in acqua, in cui l’elemento sensore è un cristallo piezoelettrico.

DROMOCRONA Diagramma avente in ordinata i tempi di arrivo degli impulsi ai geofoni e in ascissa le distanze di questi ultimi dal punto di scoppio DROMOCRONE diagrammi aventi In ordinata: tempi di arrivo degli impulsi ai geofoni In ascissa: le distanze di questi ultimi dal punto di scoppio Le equazioni relative ai tempi di percorso in funzione della distanza , forniscono le dromocrone relative a: < onda diretta (retta) < onda riflessa (iperbole equilatera) < onda rifratta (retta) A seconda che si utilizzano gli impulsi riflessi o rifratti, si avrà prospezione a riflessione o a rifrazione

Sezione sismostratigrafica

METODI SISMICI IN FORO Utilizzano gli stessi principi dei metodi sismici tradizionali ma si servono di fori di sondaggio. Metodo up-hole: sorgente di energia in foro e apparecchi di registrazione in superficie. Metodo down-hole: sorgente di energia in superficie e apparecchi di registrazione in foro. Metodo cross-hole: sorgente di energia in un foro e apparecchio di misura in un altro sondaggio alla stessa profondità. necessità di due fori. Metodo bottom-hole: sorgente di energia e apparecchio di registrazione nello stesso sondaggio ed alla stessa profondità.

Esempio di ricostruzione di profilo stratigrafico da prova up-hole

ALTRI METODI DI INDAGINE (indiretti) METODO RADAR

METODO RADAR Grandezza misurata: intervallo di tempo necessario ad un’onda elettromagnetica (impulso a radiofrequenza), emessa da un'antenna trasmittente, per arrivare all'oggetto di cui deve essere determinata la posizione e ritornare al ricevitore. Nota la velocità di propagazione del segnale e il tempo misurato si determina la profondità dell'oggetto riflettente. Strumento utilizzato: georadar costituito da un sistema complesso antenna-trasmettitore-ricevitore.

Il sistema antenna-trasmettitore-ricevitore viene spostato lungo la superficie da indagare e per ogni punto di questa viene ricavato un valore del tempo di andata e ritorno dell’onda elettromagnetica. L’oggetto sepolto risulta visibile se si trova nel fascio di irradiazione dell'antenna

GEORADAR Svantaggi: non utilizzabile in terreni argillosi dove l'alta conduttività trasforma l'energia dell'impulso elettromagnetico in calore, con forte limitazione della profondità di penetrazione dello stesso (in terreni argillosi difficilmente si arriva ad una profondità di 1 metro!). Impieghi: - Ricostruzione di sezioni stratigrafiche in terreni "resistivi" ed aridi (rocce compatte, alluvioni ghiaiose asciutte, ecc.); localizzazioni di cavità e di strutture al di sotto di pavimentazioni di centri urbani (spesso unico sistema d'indagine proponibile!); localizzazione di servizi (tubi, cavi, condotte); localizzazione di armature nel calcestruzzo; test di integrità su calcestruzzo e materiali da costruzione; analisi di fondazioni in edifici da ristrutturare ecc.

SONDAGGI (indagini dirette)

SONDAGGI Possono raggiungere notevoli profondità e attraversare terreni sotto falda; Permettono di determinare la stratigrafia del terreno; Permettono il prelievo di campioni rappresentativi; Possono essere utilizzati per l’esecuzione di prove in sito e per l’installazione di strumentazione geotecnica (piezometri, inclinometri, ecc.).

SONDAGGI Perforazioni di diametro compreso tra alcuni cm e pochi decimetri eseguite per conoscere natura e qualità dei terreni ubicati in profondità a carotaggio continuo: consentono di eseguire un carotaggio continuo della verticale investigata e di risalire all’assetto stratigrafico. a distruzione di nucleo: il terreno attraversato viene completamente distrutto e la stratigrafia dedotta dall’analisi del detrito (cutting). A scopo geognostico raggiungono profondità elevate e caratterizzano la successione anche da un punto di vista geotecnico (prove in situ) A scopo archeologico analizzano generalmente i primi strati del terreno (possono anche essere eseguiti con trivella).

PROCEDIMENTI IMPIEGATI Metodi a percussione Metodi a rotazione Metodo di perforazione Diametro usuale (mm) Profondità usuale (m) Percussione 150-160 60 Rotazione 75-150 15-150

PROCEDIMENTI IMPIEGATI Metodi a percussione Utilizzano utensili (scalpelli) molto robusti fatti avanzare nel terreno per battitura con maglio o per caduta.

Metodi a percussione Gli utensili (scalpelli) vengono fatti avanzare nel terreno per battitura con maglio o per caduta.

PROCEDIMENTI IMPIEGATI Metodi a percussione SVANTAGGI Impossibilità di ottenere campioni indisturbati; Difficoltà di ricostruire l’andamento stratigrafico in terreni con fitte alternanze; Rifluimento del terreno nel foro dopo l’estrazione, che rende impossibile l’esecuzione di prove in sito.

PROCEDIMENTI IMPIEGATI Metodi a rotazione L’utensile di perforazione è costituito da un tubo carotiere (semplice o doppio) che presenta un’estremità munita di corona dentata (tagliente).

Metodi a rotazione L’avanzamento dell’utensile è realizzato applicando contemporaneamente, ad una batteria di aste che lo collegano alla superficie, spinta e rotazione. Carotiere: tubo di ferro, lungo 1,5 m, dotato in sommità di una testa che permette l’avvitamento alle aste e alla base di una corona dentata che serve per lo scavo del materiale.

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CASSETTA CATALOGATRICE SONDAGGI CASSETTA CATALOGATRICE

SONDAGGI I campioni prelevati nel corso dei sondaggi possono essere: Disturbati, utilizzati soprattutto per la descrizione e la classificazione. Indisturbati, prelevati in campionatori infissi nel fondo del foro di sondaggio. I campioni indisturbati possono essere prelevati adoperando tecniche a rotazione in cui una testa rotante taglia una corona circolare attorno al campione da prelevare.

CAMPIONATORI: tubi d’acciaio di lunghezza variabile da 60-200 cm e diametro di 10 cm, dotati di scarpa tagliente, per favorire l’infissione, e di camicia interna, per conservare il materiale campionato. CAMPIONATORI

MISURE SULLE CAROTE Per le rocce

STRATIGRAFIA SONDAGGIO Descrizione dettagliata dei terreni attraversati. Deve contenere: denominazione del sondaggio; ubicazione del sondaggio; data di esecuzione; quota boccaforo; quote superiori e inferiori degli strati attraversati e relative profondità dal p.c.; dettagliata descrizione degli strati attraversati, con indicazioni sul colore, odore e consistenza; informazioni sull’eventuale presenza di gas; informazioni sull’eventuale presenza di acqua; esito di eventuali prove eseguite all’interno del foro di sondaggio; profondità di eventuali prelievi di campioni, modalità di estrazione e esito di eventuali prove eseguite sugli stessi.

Esempio di STRATIGRAFIA