APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ IN AREE URBANIZZATE

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1 Cavità antropiche: aspetti tecnici per il recupero e la valorizzazione APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ IN AREE URBANIZZATE (Geol. Pietro Pepe Geol. Maria Serafina Gaudiano) Teatro Raffaele Lembo Canosa di Puglia (BT) - Sabato, 23 Marzo 2013

2 Le tomografie (da tomos = taglio/strato e grapho = immagine) in foro di sondaggio consistono nell inviare un segnale da un foro a uno o più fori che li ricevono. I segnali possono essere del tipo a: impulsi sismici corrente elettrica campi elettromagnetici impulsi radar La scelta del metodo geofisico da applicare dipende dall obbiettivo dell indagine, dalla natura dei targets da individuare e dal contesto in cui ricade l area di interesse. Particolare attenzione deve essere posta agli elementi di disturbo esterni

3 VANTAGGI E LIMITI DEI METODI DI SUPERFICIE VANTAGGI Velocità di acquisizione Alta risoluzione negli strati più superficiali Elevata produttività in ambienti aperti Costi ridotti LIMITI La profondità di investigazione è funzione della lunghezza degli stendimenti in superficie La risoluzione del metodo decresce con la profondità In ambienti urbani i disturbi, correlabili alla presenza infrastrutture e sottoservizi, rendono spesso il segnale di cattiva qualità In caso di assenza di sufficienti spazi è praticamente impossibile raggiungere le profondità desiderate (ad es. sotto gli edifici)

4 VANTAGGI E LIMITI DELLE INDAGINI INDIRETTE IN FORO LIMITI Necessità di eseguire fori attrezzati Costi alti Dimensioni della sezione investigata (i fori non possono essere distanti oltre1-1,5 metri la loro profondità) Difficoltà di cementazione del foro in caso di presenza di fratture o cavità Difficoltà nel realizzare un buon contatto tra elettrodi e fori VANTAGGI Risoluzione generalmente più alta dei metodi di superficie e non decresce con la profondità Consentono di individuare targets di dimensioni modeste anche sotto edifici o strutture varie Percorsi più brevi fra sorgenti e ricevitori Rispetto ai metodi di superficie hanno il percorso del segnale verso un unica direzione

5 Le tomografie elettriche (ERT - Electrical Resistivity Tomography) sono una delle metodologie più usate nel campo della geofisica e possono essere eseguite utilizzando: solo elettrodi in superficie elettrodi posti in due o più fori combinazioni miste (elettrodi in foro ed elettrodi in superficie)

6 APPLICAZIONE DEL METODO CASO DI ALTAMURA A Nord Est del centro abitato di Altamura un esteso sistema di vecchie cave sotterranee, per la coltivazione della calcarenite («tufo»), è presente sotto un area in espansione edilizia Le attività di urbanizzazione che ne derivano (scavi, realizzazione di fondazioni, variazioni di carichi, vibrazioni del traffico, infiltrazioni, ecc.) hanno destabilizzato l equilibrio delle cavità e innescato il dissesto idrogeologico L applicazione del metodo ERT tra fori di sondaggio ha permesso d individuare punti per la realizzazione di accessi (gli accessi originari non sono più disponibili) e consentire così la pianificazione degli interventi di bonifica per la mitigazione dal rischio di sprofondamento

7 APPLICAZIONE DEL METODO SEQUENZA OPERAZIONI 1. REALIZZAZIONE DEI FORI 2. INSTALLAZIONE TUBO IN PVC CON CAVO NASTRATO 3. CEMENTAZIONE DEL FORO 4. VERIFICA QUALITA DEI CONTATTI 5. ACQUISIZIONE DELLE COORDINATE ASSOLUTE DEI PUNTI 6. ACQUISIZIONE DATI 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI 8. SONDAGGI E VIDEOISPEZIONI SULLE ANOMALIE

8 DIFFICOLTA NELL INDIVIDUAZIONE DI RAMI RESIDUI NON PIU ACCESSIBILI

9 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA 1. REALIZZAZIONE DI FORI DI SONDAGGIO 2. INSTALLAZIONE TUBO IN PVC CON CAVO NASTRATO 3. CEMENTAZIONE DEL FORO Con cemento e bentonite dell intercapedine creata tra la parete esterna del tubo PVC e quella del foro

10 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA 4. VERIFICA QUALITA DEI CONTATTI La strumentazione utilizzata è costituita da un georesistivimetro Syscal Pro Switch 96 R10 composto da: n. 2 batterie per l invio di corrente elettrica un trasformatore che consente uscite di corrente variabile da 120Volts a 800Volts un sistema automatico di registrazione dati cavi elettrici a 24 elettrodiper l invio della corrente e la misura dei potenziali In caso di presenza di fori in falda e che non tendono a chiudersi potrebbe essere possibile recuperare i cavi in quanto non è necessario cementare il foro. In questi casi infatti la presenza di un buon contatto è garantita dalla stessa acqua

11 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA Antenna HiPer Pro FC-100 Ricevitore HiPer Pro 5. ACQUISIZIONE DELLE COORDINATE ASSOLUTE DEI PUNTI La strumentazione GPS è composta di due stazioni ciascuna costituita da: N. 1 Ricevitore GPS HiPer Pro a doppia frequenza e multi-funzione N. 1 Antenna HiPer Pro per il rilevamento dei punti noti N. 1 Controller FC100 per la memorizzazione dei dati e con un sistema operativo Microsoft Windows CE.NET 4.2 L elaborazione dei dati avviene attraverso il software Meridiana 2012 È molto importante creare le giuste geometrie nei files di elaborazione inserendo le coordinate precise degli elettrodi Le coordinate sono state controllate mediante aggancio a punti IGM95

12 APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ ANTROPICHE IN AREE URBANIZZATE APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA 6. ACQUISIZIONE DATI FORI FORI Cavità antropiche: aspetti tecnici per il recupero e la valorizzazione

13 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA DIFFICOLTÀ E SVANTAGGI COSTI ELEVATI perché propedeutica a: esecuzione di più perfori non molto distanti tra loro rivestimento di ciascuno con tubo in PVC per tutta la lunghezza iniezione con cemento e bentonite nell intercapedine tra pareti esterne del tubo e pareti del perforo fino alla superfice utilizzo di cavi appositamente realizzati "perdita" dei cavi poiché cementati nel foro ACCORGIMENTI TECNICI È fondamentale la bravura degli operatori nelle attività di cementazione. L iniezione del cemento deve avvenire pompandolo dal basso verso l alto Verifica preliminare dei contatti mediante georesistivimetro lanciando una sequenza di acquisizione opportunamente creata.

14 APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ ANTROPICHE IN AREE URBANIZZATE APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA 6. GEOMETRIA DI ACQUISIZIONE Nelle figure si riporta un esempio di griglia di punti di acquisizione con gli array polo-dipolo e dipolo-dipolo fra 2 fori di sondaggio in cui vengono installati cavi a 24 elettrodi. I due cavi vengono usati come sorgenti e ricevitori alternativamente Vengono eseguite circa 2100 letture per ogni array Cavità antropiche: aspetti tecnici per il recupero e la valorizzazione

15 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI CAMPAGNA 6. GEOMETRIA DI ACQUISIZIONE Nelle figure si riporta un esempio di griglia di punti di acquisizione con gli array polodipolo e dipolo-dipolo fra 4 fori di sondaggio I due cavi vengono usati come sorgenti e ricevitori alternativamente Vengono eseguite circa 7200 letture per ogni array

16 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI I dati ottenuti dalle configurazioni POLO-DIPOLO sono stati interpolati ed elaborati con il Software ERTLAB3D e con RES2DINV Ai fini dell interpretazione sono state di fondamentale importanza la conoscenza geologica dell area, la taratura con le indagini di tipo diretto e la conoscenza dei target dell indagine Per enfatizzare le anomalie legate alla presenza di cavità, sono state utilizzati parametri di inversione nell elaborazione finalizzate a cercare forti contrasti di resistività. Ciò è stato possibile variando alcuni parametri iniziali nel software ERTLAB, variando il numero di dati ritenuti qualitativamente scadenti e riducendo il target di errore da raggiungere. Si ricavano quindi, per una stessa sezione, due interpolazione mediante un inversione «semplice» e robusta ELABORAZIONE DEGLI STESSI DATI CON PARAMETRI DI INVERSIONE DIVERSI

17 APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ ANTROPICHE IN AREE URBANIZZATE APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI Cavità antropiche: aspetti tecnici per il recupero e la valorizzazione

18 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI Le tomogrie 3D offrono il vantaggio di ottenere informazioni spaziali e volumetriche. Una volta elaborati ii dati è possibile creare infiniti piani che rappresentino il le variazioni di resistività S01 S02 S03 S04

19 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI Si possono inoltre creare delle superfici di isoresistività che possono essere rappresentative dei volumi delle cavità. S01 S02 S03 S04

20 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI S03 S04 S02 S01

21 APPLICAZIONE DEL METODO ATTIVITÀ DI STUDIO 7. ELABORAZIONE DEI DATI SPERIMENTALI In definitiva Le tomografie elettriche 2D in foro consentono di generare immagini della distribuzione della resistività nel piano che interseca due fori Le tomografie elettriche 3D in foro consentono di generare immagini della distribuzione della resistività nel volume di sottosuolo compreso tra tre o più fori La corrente è trasmessa attraverso una catena di elettrodi in un foro e la differenza di potenziale è letta in catene di elettrodi ubicate nei fori vicini La risoluzione dipende dalla distanza fra gli elettrodi e dalla distanza fra i fori. Gli elettrodi possono essere rimovibili oppure possono essere installati permanentemente nei fori per misure di tipo time-lapse

22 CONCLUSIONI LE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO RAPPRESENTANO UNA VALIDA ALTERNATIVA ALLE METODOLOGIE DI INDAGINE INDIRETTA DA APPLICARE IN CASI COMPLESSI IN CUI NON SONO APPLICAPILI LE METODOLOGIE STANDARD DI RILIEVO I CASI DESCRITTI HANNO RIGUARDATO PRINCIPALMENTE L ESECUZIONE DI INDAGINI IN AMBITO URBANO FINALIZZATE ALLA RICERCA DI CAVITA ANTROPICHE. ANCHE SE I COSTI SONO ALTI GLI ESITI DELLE INDAGINI INDIRTTE IN FORO FORNISCONO ELEMENTI DI CONOSCENZA IMPORTANTI CHE POTREBBERO RIDURRE IL NUMERO DI INDAGINI DIRETTE IN QUANTO: - IN ASSENZA DI ANOMALIE SI PUO, CON MAGGIORE CERTEZZA, ESCLUDERE LA PRESENZA DI CAVITA - IN PRESENZA DI ANOMALIE E PIU FACILE INDIVIDUARE I PUNTI OGGETTO DI VERIFICA DIRETTA MIRATA.

23 CONCLUSIONI LE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO POSSONO OVVIAMENTE ESSERE UTILIZZATE ANCHE PER ALTRE APPLICAZIONE QUALI: - STUDI IDROGEOLOGICI; - VERIFICHE E MONITORAGGI (AD ES. DURANTE INTERVENTI DI CONSOLIDAMENTO) - MISURE TIME-LAPSE; - DIAGNOSTICA FONDAZIONI RISULTATI MOLTO INTERESSANTI SI OTTENGONO APPLICANDO LE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO IN COMBINAZIONE CON ALTRE METODOLOGIE GEOFISICHE ED IN PARTICOLARE CON LE TOMOGRAFIE SISMICHE IN FORO. UNA VOLTA ATTREZZATI I FORI DI SONDAGGIO, SE REALIZZATI A REGOLA D ARTE, E POSSIBILE UTILIZZARE GLI STESSI FORI PER TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO UTILIZZANDO CATENE DI IDROFONI.

24 Cavità antropiche: aspetti tecnici per il recupero e la valorizzazione APPLICAZIONE DELLE TOMOGRAFIE ELETTRICHE IN FORO PER L INDIVIDUAZIONE DI CAVITÀ ANTROPICHE IN AREE URBANIZZATE (Geol. Pietro Pepe Geol. Maria Serafina Gaudiano) FINE GRAZIE PER L ATTENZIONE Teatro Raffaele Lembo Canosa di Puglia (BT) - Sabato, 23 Marzo 2013

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