Corso per la formazione di operatori per la prevenzione, misura e bonifica da Gas Radon

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1 Corso per la formazione di operatori per la prevenzione, misura e bonifica da Gas Radon LA PRESENZA DI CAVITA SUPERFICIALI E DI CAMPI DI FRATTURE PUO INFLUENZARE LE CONCENTRAZIONI DI RADON NEL SUOLO E NEGLI AMBIENTI INDOOR? ESPERIENZA NELL AREA ROMANA Dr. Carlo Lucchetti Università degli Studi Roma Tre clucchetti@uniroma3.it Roma 7 8 Giugno 213

2 LA CONCENTRAZIONE DI RADON NEL SUOLO Natura delle rocce (composizione mineralogica, presenza di elementi precursori) Permeabilità intrinseca Parametri meteo - climatici Presenza di faglie, fratture o cavità sotterranee IL TRASPORTO DEL RADON NEL SUOLO DIFFUSIVO: legato a gradienti di concentrazione AVVETTIVO: legato a gradienti di pressione e temperatura Lo studio dei meccanismi di trasporto del Radon nel suolo è in grado di trasmettere informazioni correlabili ai diversi contesti geologici geodinamici di un area. Tuttavia le variazioni nel tempo delle concentrazioni di Radon nel suolo sono fortemente influenzate da fattori meteorologici (precipitazioni, variazioni di pressione atmosferica, gradienti di temperatura e vento).

3 METODI PER DISCRIMINARE I FLUSSI AVVETTIVI DI RADON NEL SUOLO RISPETTO A MECCANISMI DI TIPO DIFFUSIVO Misura delle concentrazioni di Rn e 22 Rn Rapporto delle concentrazioni di attività Rn/ 22 Rn Studio delle variazioni stagionali delle concentrazioni di Rn Contenuto di 226 Ra e 232 Th nel suolo Misura della concentrazione nel suolo di CO 2 (agente carrier per il Radon) Calcolo del coefficiente diffusivo avvettivo (C.D.A.) del Radon

4 METODI D INDAGINE CONCENTRAZIONE DI RADON NEL SUOLO PERMEABILITA INTRINSECA DEL SUOLO (k) (Neznal & Neznal, 25) V: volume d aria nella cella di gomma compressibile µ: viscosità dinamica dell aria a 1 C F: fattore di forma dell asta cava infissa nel terreno Δp: differenza di pressione tra la superficie e la profondità di misura t: tempo di apertura della cella CONCENTRAZIONE DI CO 2 1 Asta cava infissa nel suolo 2 Tubi di collegamento 3 Drierite 4 Radonometro 1 Asta cava, con punta a perdere 2 Cavo di collegamento 3 Cella di gomma compressibile 4 Pesi

5 VALUTAZIONE DELLE POSSIBILI RELAZIONI TRA CONCENTRAZIONI DI RADON NEL SUOLO E PRESENZA DI CAVITA SOTTERRANEE NEI SITI DI TOR MARANCIA E VALLE DELLA CAFFARELLA Valle della Caffarella Tenuta di Tor Marancia

6 TOR MARANCIA MAPPA DELLA CAVA OGGETTO DELLO STUDIO, SCAVATA NELL UNITA DELLE POZZOLANE ROSSE (IGNIMBRITE DEI COLLI ALBANI, PLEISTOCENE MEDIO). SI SVILUPPA LUNGO UNA GALLERIA PRINCIPALE (3 4 m IN LARGHEZZA, 2 3 m IN ALTEZZA) E PRESENTA DEI RAMI LATERALI, ALCUNI INTERROTTI DA CROLLI. Entrata Sinkhole 1 Sinkhole 2 27 m Stazione 1

7 Marzo Aprile Luglio Marzo Aprile Giugno Luglio MISURE INDOOR DI Rn E 22 Rn ALL INTERNO DELLA CAVITÀ Estate I valori più elevati di concentrazione si registrano nel periodo estivo (alto gradiente di temperatura tra interno della cavità ed esterno) Inverno Rn (kbq/m 3 ) parte iniziale parte mediana parte finale 22 Rn indoor (kbq/m 3 ) 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, ΔT ( C) ΔT ( C)

8 MISURE DI SOIL Rn 52 kbq/m 3 Valore medio soil Rn sopra la cavità 36 kbq/m 3 Valore medio soil Rn dove non è presente la cavità Valore medio rapporto Rn / 22 Rn su cavità Valore medio rapporto Rn / 22 Rn dove non è presente la cavità Sinkhole 1 Entrata Sinkhole 2 27 m Stazione 1

9 Sinkhole 1 Entrata MISURE DI SOIL Rn Variabilità delle concentrazioni di radon nel suolo sopra la traccia della cavità 27 m Sinkhole 2 Stazione Soil Rn (Bq/m3) TM12 TM13 TM14 TM8 TM15 TM16 TM1

10 Sinkhole 1 Entrata Sinkhole 2 27m Stazione 1 Variabilità del soil 22 Rn in superficie lungo l impronta della cavità è direttamente proporzionale agli spessori della volta. Spessore di roccia decrescente Spessore di roccia crescente Soil 22 Rn (Bq/m 3 ) S1

11 Radon Precipitazioni mensili (mm) INQUADRAMENTO GEOLOGICO E STAZIONI DI MISURA DI SOIL RADON IN VALLE DELLA CAFFARELLA LEGENDA Unità del Villa Senni STAZIONI DI MISURA RPS_3: asta fissa nel suolo a 8 cm di profondità dal piano campagna soil Radon RPS3 rain Area di misure di radon nel suolo, interessata dalla presenza di cavità sotterranea.

12 VARIABILITA DELLE CONCENTRAZIONI DI RADON E CO 2 NEL SUOLO IN PRESENZA DI CAVITA SOTTERRANEE Rn (Bq/m 3 ) Rn giugno12 Rn Febbraio13 Rn aprile Distanza (m) Valori medi Soil Radon Sinkhole: diluizione con aria atmosferica Entrata Cav. 3 Sinkhole Entrata della cava: diluizione con aria atmosferica ? Valori massimi nella parte centrale 15 m

13 CO 2 VARIABILITA DELLE CONCENTRAZIONI DI RADON E CO 2 NEL SUOLO IN PRESENZA DI CAVITA SOTTERRANEE CO2 Giu.12 CO2 Feb.13 CO2 Apr.13 3,5 3 2,5 2 1,5 1, Distanza (m) Valori medi CO Soil Radon (kbq/m 3 2 () ) ,1, ,9 1, 65 2,4 1,9 136 Sinkhole: diluizione con aria atmosferica Entrata Cav. 3 Sinkhole Entrata della cava: diluizione con aria atmosferica 1, , ,3 118? Valori massimi nella parte centrale 15 m

14 CO 2 () Precipitazioni mensili (mm) Precipitazioni mensili (mm) Variabilità temporale Rn RPS3 - CAV3 Precipitazioni RPS3 CAV3 25 VARIABILITA DELLE 2 CONCENTRAZIONI DI RADON 15 E CO 2 NEL SUOLO IN 1 PRESENZA DI CAVITA SOTTERRANEE Rn (Bq/m 3 ) 5 14, 12, 1, 8, 6, 4, 2,, Data Variabilità temporale CO2 RPS3 - CO 2 Precipitazioni RPS3 CAV3 4,5 4 3,5 3 2,5 14, 12, 1, 8, 2 6, 1,5 4, 1,5 2,, Data Entrata 15 m Punto di misura Cav. 3 Sinkhole Rn MED CO 2 MED () RPS3 91,6 ± 2,9,7 CAV3 133 ± 4,1 1,7

15 N MISURE DI RADON INDOOR INTERESSATE DA CONCENTRAZIONI PIU ELEVATE DURANTE IL PERIODO ESTIVO Stralcio carta geologica del Comune di Roma 1:1 (Funiciello e Giordano, 25) Area monitorata Dosimetri radon indoor Dosimetri posizionati in locali non abitati, direttamente a contatto con substrato geologico, presenti all interno dell area del parco. Le variazioni stagionali delle concentrazioni, vanno dal 41% al 69%. I valori più elevati di radon indoor sono stati misurati durante il periodo estivo. Possibile influenza della presenza di cavità sotterranee dove i valori più alti di radon indoor si misurano durante periodi estivi (come nel caso precedentemente illustrato di Tor Marancia) DOSIMETRO Rn (Bq/m 3 ) CAMPAGNA ESTIVA Rn (Bq/m 3 ) CAMPAGNA INVERNALE DOS ± ± 24 DOS ± ± 19 DOS ± ± 21 DOS ± ± 41 (Castelluccio, 21)

16 VIGNA FIORITA Consorzio residenziale situato nel Comune di Ciampino, appena ad Est dell area a maggior degassamento di Cava dei Selci La pericolosità da gas è dovuta alla rimozione dello strato superficiale impermeabile ai gas operata per la costruzione di fondazioni o di vani semiinterrati (Carapezza et al., 2)

17 Rn Bq/m 3 CO 2 - Precipitazioni mensili (mm) RISULTATI OTTENUTI DALLE INDAGINI NELL AREA DI VIGNA FIORITA Area mappatura concentrazioni di Radon e CO 2 nel suolo Valori mensili di Rn e CO 2 in VF1 e VF2 Rain (mm) Rn VF1 Rn VF2 25 CO2 VF1 CO2 VF Data STAZIONE SUBSTRATO GEOLOGICO VALORE MEDIO Rn (Bq/m 3 ) VALORE MEDIO 22 Rn (Bq/m 3 ) VALORE MEDIO k (m 2 ) VALORE MEDIO CO 2 () RAPPORTO MEDIO Rn/ 22 Rn VF1 VF2 Unità di Villa Doria Unità di Villa Doria 716 ± ± 176 1,1 E -11 4,7, ± ± 94 2,9 E ,8

18 MAPPA DELLA CONCENTRAZIONE DI Rn NEL SUOLO Punti di misura: 3 Profondità dal p.c. : 8 cm Periodo misura: Marzo 212 Valore minimo: 47 ± 2.2 kbq/m 3 Rn Valore massimo: 112 ± 4.6 kbq/m 3 Valore medio: 8 ± 3.5 kbq/m 3

19 MAPPA DELLA PERMEABILITA INTRINSECA DEL SUOLO Punti di misura: 3 Profondità dal p.c. : 8 cm Periodo misura: Marzo 212 k (µm 2 ) Valore minimo:,6 µm 2 (6,3 E-14 m 2 ) Valore massimo: 2 µm 2 (2, E-11 m 2 ) Valore medio: 5,9 µm 2 (5,9 E-12 m 2 ) 5% dei punti, k alta ( k > 4,E-12 m 2 ) 33,3% dei punti, k media (4,E-12 > k > 4,E-13 m 2 ) 16,7% dei punti, k bassa (k < 4,E-13 m 2 )

20 MAPPA DELLA CONCENTRAZIONE DI CO 2 NEL SUOLO Punti di misura: 3 Profondità dal p.c. : 8 cm Periodo misura: Marzo 212 Valore minimo: 2,2 CO 2 () Valore massimo: 31 Valore medio: 8,7

21 Livello statico (m) ALTRE INDAGINI EFFETTUATE NELL AREA DI VIGNA FIORITA Misure di concentrazioni di radon e CO 2 indoor Rn dal 8/7/11 al 11/711 CO 2, dal 8/7/11 al 11/7/11 Piano: interrato Rn Bq/m 3 CO 2 Valore min. misurato 688,8 Valore max. misurato ,3 Valore medio 177 ± 517 7,8 Misure delle concentrazioni di radon e CO 2 in aria nel pozzo presente nei pressi di VF1, misura a 3 m da p.c. Misure di radon in acqua Novembre 211: 71,3 ± 3,6Bq/l Dicembre 211: 66,3 Bq/l Caratteristiche chimico-fisiche ph = 5,69; T = 16 C Cond. = 118 µs/cm Rn (kbq/m3) ; CO 2 () Rn CO2 Livello statico nov-11 ott-11 gen-12 apr-12 giu-12 giu-12 set-12 set-12 dic-12 nov-12 feb-13 apr-13

22 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO TRANSETTI PERPENDICOLARI ALLA FAGLIA PRESUNTA O SEPOLTA PRESENTE NELL AREA DI VIGNA FIORITA 1 2 Valori di radon e CO2 nel transetto 1 Rn MIN Rn MAX Rn MED 2 ± 2,2 75 ± 2,1 52 ± 2,5 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED 1,4 8 25,6

23 Rn kbq/m 3 CO 2 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO TRANSETTI PERPENDICOLARI ALLA FAGLIA PRESUNTA O SEPOLTA PRESENTE NELL AREA DI VIGNA FIORITA Rn kbq/m3 CO Valori di radon e CO2 nel transetto 1 Rn MIN Rn MAX Rn MED 2 ± 2,2 75 ± 2,1 52 ± 2, Distanza tra le misure (m) CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED 1,4 8 25,6

24 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO TRANSETTI PERPENDICOLARI ALLA FAGLIA PRESUNTA O SEPOLTA PRESENTE NELL AREA DI VIGNA FIORITA 1 2 Valori di radon e CO2 nel transetto 1 Rn MIN Rn MAX Rn MED 2 ± 2,2 75 ± 2,1 52 ± 2,5 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED 1 Rn/ 22 Rn 1,2 1,,8,6,4,2, Distanza tra le misure (m) Rn/ 22 Rn 1,4 8 25,6

25 CO 2 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO TRANSETTI PERPENDICOLARI ALLA FAGLIA PRESUNTA O SEPOLTA PRESENTE NELL AREA DI VIGNA FIORITA Rn (kq/m 3 ) Rn kbq/m3 CO Distanza tra le misure (m) 1 12 Valori di radon e CO2 nel transetto 2 Rn MIN Rn MAX Rn MED 49,7 ± 2,8 117,6 ± 5,6 75,6 ± 3,2 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED ,8

26 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO TRANSETTI PERPENDICOLARI ALLA FAGLIA PRESUNTA O SEPOLTA PRESENTE NELL AREA DI VIGNA FIORITA , Rn/ 22 Rn 1,5 Rn/ 22 Rn 1,,5 Valori di radon e CO2 nel transetto 2, Distanza tra le misure (m) Rn MIN Rn MAX Rn MED 49,7 ± 2,8 117,6 ± 5,6 75,6 ± 3,2 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED ,8

27 AREA TERMALE DELLA FICONCELLA (CIVITAVECCHIA) Stralcio carta geologica dei monti della Tolfa 1:5 (Fazzini et al.,1972) Area di monitoraggio di gas nel suolo nel sito termale della Ficoncella e lungo un transetto ortogonale la faglia presente nel flysch Tolfetano a N dell affioramento di travertino. L area termale della Ficoncella è una struttura molto antica, utilizzata già in epoca romana. L acqua termale ha una temperatura di circa 6 C alla sorgente e di circa 4 C nelle vasche di raccolta utilizzate dai visitatori delle terme.

28 Precip. mensili (mm) RISULTATI OTTENUTI NELL AREA TERMALE DELLA FICONCELLA (CIVITAVECCHIA) Sorgente Termale STAZIONE SUBSTRATO GEOLOGICO VALORE MEDIO Rn (Bq/m 3 ) VALORE MEDIO 22 Rn (Bq/m 3 ) VALORE MEDIO k (m 2 ) VALORE MEDIO CO 2 () RAPPORTO MEDIO Rn/ 22 Rn TFF1 Travertino 1359 ± ± 98 3,9 E -12 1,6 1,6 TFF2 Travertino 3834 ± ± 7 2,7 E-11 2,2 11,7 Valori mensili di Rn e piovosità locale Prec. Mensili (mm) Rn TFF1 Rn TFF2 int. vento giorno mis (km/h) Rn (Bq/m 3 ) Nov.1 Mar.11 Giu.11 Set.11 Dic.11 Apr.12 Lug.12 Ott.12 Gen,13 Apr,13 Vento con direzione predominante N durante le misurazioni. Vento con direzione predominante S durante le misurazioni. La direzione del vento da N crea probabilmente un gradiente di pressione favorendo una migrazione del gas in TFF2.

29 MAPPA DELLE CONCENTRAZIONI DI Rn NEL SUOLO Punti di misura: 24 Valore minimo: 14 ± 1,2 kbq/m 3 Valore massimo: 476 ± 21 kbq/m 3 Valore medio: 136 ± 12 kbq/m 3 MAPPA DELLE CONCENTRAZIONI DI 226 Ra IN CAMPIONI DI SUOLO Campioni di suolo analizzati: 9 Valore minimo: 64,4 ± 1,9 Bq/kg Valore massimo: 224,1 ± 6,7 Bq/kg Valore medio: 145,8 ± 4,4 Bq/kg

30 MONITARAGGIO DI SOIL RADON NELL INTORNO DEL PUNTO FISSO DI MISURA TFF2 Dalle misure effettuate nell intorno della stazione fissa TFF2 (con distanze variabili da 1 a 3 m) è possibile ipotizzare la presenza di un intenso sistema di fratture nel travertino, responsabili di un degassamento preferenziale in quest area come evidenziato dalla mappatura precedentemente presentata. Bisogna comunque tenere in considerazione il basso numero di campionamento.

31 CO 2 () MISURE DEL SOIL GAS LUNGO UN TRANSETTO PERPENDICOLARE ALLA FAGLIA PRESENTE A NORD DEL SITO TERMALE DELLA FICONCELLA FLYSCH TRAVERTINO Faglia Transetto Rn MIN Rn MAX Rn MED 24 ± 2, 54 ± 2,4 4 ± 1,9 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED 3,4 1 6, Terme della Ficoncella Rn (kbq/m 3 ) Rn CO Distanze tra le misure (m)

32 MISURE DEL SOIL GAS LUNGO UN TRANSETTO PERPENDICOLARE ALLA FAGLIA PRESENTE A NORD DEL SITO TERMALE DELLA FICONCELLA FLYSCH TRAVERTINO Faglia Transetto Terme della Ficoncella 6, 5, Rn/ 22 Rn Rn MIN Rn MAX Rn MED Rn/ 22 Rn 4, 3, 2, 1, 24 ± 2, 54 ± 2,4 4 ± 1,9 CO 2 MIN CO 2 MAX CO 2 MED 3,4 1 6,, Distanza tra le misure (m)

33 CONSIDERAZIONI COMPARATIVE SUI TRE SITI Contenuto di 226 Ra nei suoli Terme della Ficoncella Vigna Fiorita Caffarella Tor Marancia C.D.A. = (Soil Radon) ( 226 Ra)*(ρ) Soil Radon in Bq/m Ra in Bq/kg ρ (densità del terreno) in kg/m 3 Coefficiente diffusivo avvettivo di Rn (range per differenti densità del terreno) TFF1 TFF2 VF2 VF1 RPS3 CAV3 TM Contenuto di 232 Th nei suoli Terme della Ficoncella Vigna Fiorita Caffarella Tor Marancia TFF2 1,2 1,4 TFF1,97 1,13 VF2 2,77 3,23 VF1,86 1, RPS3,73,85 CAV3 1,1 1,29 TM,48,56 TFF1 TFF2 VF2 VF1 RPS3 CAV3 TM TR.VF,91 1,6

34 Rn kbq/m 3 CONSIDERAZIONI COMPARATIVE SUI TRE SITI Rn kbq/m 3 Rn kbq/m 3 Rn/ 22 Rn activity ratio(vigna Fiorita) 55 5 VF1 Avvezione 45 VF Ra/232Th Ra/ 232 Th =.6 Transetto Mappatura 15 Transetto2 Diffusione Avvezione 226 Ra/ 232 Th = 6.1 Diffusione Rn/ 22 Rn activity ratio (Terme della Ficoncella) TFF1 TFF2 226Ra/232Th 22 Rn kbq/m 3 22 Rn kbq/m Rn/ 22 Rn activity ratio (Valle della Caffarella - Tor Marancia ) Avvezione Caff. - TM 226 Ra/ 232 Th =.5 Diffusione RPS3 TM (cavern) TM (no cavern) Serie6 226Ra/232Th Cav.3 22 Rn kbq/m 3

35 CONSIDERAZIONI COMPARATIVE SUI TRE SITI Indicatori di flussi avvettivi Caffarella (RPS3) Ficoncella (TFF2) Vigna Fiorita (VF2) Caffarella (CAV3) Vigna Fiotita (TRANSETTI) Rn/ 22 Rn soil gas,5 11,6 1,8,2,8 226 Ra/ 232 Th nei campioni di suolo Concentrazione di Rn Fluttuazioni stagionali di Rn Concentrazione di CO 2 () Range C.D.A. del Rn:,73,85 per RPS3; 1,2 1,4 per TFF2; 2,77 3,23 per VF2; 1,1 1,29 per CAV3;,91 1,6 per TR.VF;,5 1,7,6,5, Molto marcate Marcate Minime Marcate Minime,9 2, 69,8 1,7 37,7 Tipo di trasporto: Prettamente diffusivo Diffusivo e avvettivo Prettamente avvettivo Diffusivo e avvettivo Diffusivo e avvettivo

36 CONCLUSIONI (1) Dai risultati ottenuti da questo studio possiamo considerare faglie e fratture vie migliori per la migrazione del gas radon in forma strettamente avvettiva. Il trasporto avvettivo si verifica per la presenza di un carrier gas (CO 2 ) presente in maggiori quantità, capace di trasportare il radon da zone più profonde a zone più superficiali del sottosuolo. Il punto sopra descritto viene confermato dal fatto che in zone interessate da faglie o intensa fratturazione, a parità di contenuto di 232 Th nel suolo, il segnale dato dalle concentrazioni di 22 Rn, tende a diminuire notevolmente, indice di una sorgente più profonda di Rn rispetto al punto di misura. Risulta importante quindi l interpretazione delle concentrazioni di 22Rn nei suoli, cosa che in molti lavori di esplorazione geochimica non viene considerato. Il segnale fornito dai rapporti Rn/ 22 Rn, assieme alla conoscenza del contenuto di 226 Ra e 232 Th di una data area, rappresenta un segnale più forte rispetto all interpretazione delle sole concentrazioni di Rn.

37 CONCLUSIONI (2) Concentrazioni di Rn e 22 Rn all interno di cavità sotterranee, dipendono dalla distanza rispetto all entrata o eventuali aperture secondarie che favoriscono una diluizione con aria atmosferica. Inoltre sono proporzionali al gradiente di temperatura dell aria tra esterno ed interno. In periodi estivi con DT maggiore le concentrazioni indoor in cavità sono maggiori rispetto ai periodi invernali. Al di sopra di cavità poco profonde le concentrazioni di Rn nel suolo ricevono un contributo supplementare. Esso tende a realizzare un movimento del gas di tipo diffusivo avvettivo. La frazione supplementare di Rn nel suolo, data dalla presenza di cavità sotterranee poco profonde, può favorire l accumulo, oltre al contributo proveniente dal suolo, in ambienti chiusi posti al di sopra come ad esempio abitazioni. In questo caso si genera un aumento del rischio radon indoor per gli abitanti. Rn CAVITA

38 GRAZIE PER L ATTENZIONE