I SISTEMI DI GEOSCAMBIO A CIRCUITO APERTO

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1 I SISTEMI DI GEOSCAMBIO A CIRCUITO APERTO Sede dell Ordine degli Ingegneri di Verona 4 dicembre 2015 di geoscambio a circuito aperto

2 Perché utilizzare le indagini geofisiche? Lo svantaggio maggiore è rappresentato dal fatto che sono misure indirette (abbiamo la presunzione di guardare il sottosuolo stando in superficie) Sondaggio geognostico Indagine geofisica

3 Perché utilizzare le indagini geofisiche?.però sono molti i vantaggi che si possono trarre dalle indagini geofisiche. Indagini non invasive (non necessita di nessun tipo di perforazione..o quasi) Acquisizioni molto veloci (da qualche minuto a circa un ora in base alla tipologia di indagine)

4 Perché utilizzare le indagini geofisiche? Sono in grado di indagare elevate profondità (da qualche metro a centinaia di metri e oltre) Molte volte sono indagini lineari o areali in grado di coprire zone molto ampie a differenza delle indagini dirette che sono puntuali (sondaggio, prove penetrometriche, prove di laboratorio) Le indagini geofisiche misurano un parametro fisico caratteristico dei terreni in base alla metodologia impiegata. Sarà poi nella fase interpretativa che si associa un determinato valore al marker che si sta analizzando

5 INDAGINI GEO-ELETTRICHE I metodi geoelettrici si basano sulla: misura delle DIFFERENZE DI POTENZIALE V (volt) che sono indotte nel terreno in seguito all immissione di una CORRENTE CONTINUA I (ampere) La grandezza fisica di cui si determina la distribuzione nel sottosuolo è la RESISTIVITA ELETTRICA (ohm*m)

6 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Prima legge di Ohm: V = R * I

7 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Seconda legge di Ohm: R = * L / A La proprietà dei materiale è la resistività (ohm * m) La resistenza R (ohm) dipende dalle dimensioni del materiale (così come ogni materiale ha un suo peso specifico e peso di un oggetto dipende dalle sue dimensioni)

8 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Alcuni valori di resistività Metalli: resistività elettrica molto bassa (sono molto conduttivi) es. rame con cui si fanno i cavi elettrici: circa 10-8 ohm * m Acqua: resistività elettrica abbastanza bassa acqua di mare o con molti sali: 0,2-0,5 ohm * m acqua dolce: ohm *m Aria (anche cavità e vuoti del sottosuolo):..e per quanto riguarda i terreni e le rocce?

9 INDAGINI GEO-ELETTRICHE

10 INDAGINI GEO-ELETTRICHE I due aspetti che condizionano la resistività elettrica dei terreni sono: La resistività del sottosuolo è fortemente condizionata dalla presenza di acqua le dinamiche dei fluidi sono ben descritte dalla variazione di resistività (es. sabbia asciutta 500 ohm * m, sabbia satura 40 ohm * m) La correlazione petrofisica che lega resistività e saturazione / acqua è descritta dalla Archie s Law = a -m s -n w dove: e w sono le resistività della roccia effettiva e quella dei pori con acqua la porosità s è la frazione volumetrica dei pori con acqua a, m,n delle costanti La resistività elettrica è fortemente condizionata dalla temperatura e salinità del fluido che riempie i pori Alcune formazioni hanno un valore di resistività caratteristico che le rende distinguibili (es: argille azzurre plioceniche romane: 5 ohm * m)

11 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Cosa misuriamo noi esattamente? Ciò che si registra prende il nome di resistività apparente A e B sono gli elettrodi tra cui trasmettiamo una corrente I M e N sono gli elettrodi tra cui misuriamo la differenza di potenziale V ResApp = K (Vm - Vn) / I Fattore Geometrico Dipende solo dalle coordinate degli elettrodi, cioè da come A, B, M e N sono reciprocamente disposti Corrente Immessa tra A e B Differenza di Potenziale tra M e N

12 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D N elettrodi, un sistema di interruttori interni (relè) selezione progressivamente i 4 elettrodi di misura sulla base di una sequenza quadripolare

13 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D Rappresentazione delle misure - PSEUDOSEZIONE DISCRETA

14 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D Le varie configurazioni degli array e analisi di sensibilità WENNER

15 INDAGINI GEO-ELETTRICHE Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D Le varie configurazioni degli array e analisi di sensibilità DIPOLO - DIPOLO

16 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: l obiettivo dell inversione topografica è quello di convertire il valore di resistività apparente in resistività reale. Resistività apparente

17 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Vicino a casa Indagini: n 1 tomografia elettrica Finalità: individuazione di cavità sotterranee

18 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Valeggio sul Mincio - Materiale morenico Indagini: n 3 tomografia elettriche Finalità: individuazione di cavità sotterranee

19 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

20 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Arzignano Indagini: Tomografie elettriche Finalità: individuazione probabili circolazioni idriche

22 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Zona di montagna Indagini: tomografie elettriche in alta quota Finalità: ricerca idrica

24 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Zona di collina Indagini: tomografie elettriche Finalità: ricerca idrica

26 INDAGINI GEO-ELETTRICHE TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history Ubicazione: Zona di montagna Indagini: tomografie elettriche in alta quota Finalità: ricerca idrica

31 INDAGINI SISMICHE

32 INDAGINI SISMICHE Il sismografo

33 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE Il picking rappresenta la fase più delicata (e soggettiva) dell intera procedura: tutto dipende dalla sua accuratezza

34 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE - CENNI TEORICI In mezzi stratificati omogenei, i primi arrivi possono essere costituiti da due fasi differenti Onde dirette: onde che viaggiano immediatamente al di sotto della superficie del terreno Head Waves ( onde rifratte ): generate alla superficie di separazione di due mezzi a velocità differenti, dalla propagazione di una perturbazione nel mezzo a velocità maggiore

35 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE - CENNI TEORICI

36 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE: case history Ubicazione: zona di montagna - Bormio (BZ) - Ingresso nuova autostrada in galleria Indagini: n 4 linee sismiche - tomografiche Finalità: ricostruzione stratigrafica e individuazione ammasso roccioso

37 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE: case history Sond: 15 m di ghiaie

38 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE: case history Sond.

39 La tecnica passiva è basata sull analisi delle vibrazioni del terreno generate da sorgenti non controllate. Il segnale è rappresentato dal rumore sismico ambientale costituito da piccole variazioni di spostamento dell ordine di 10-4, 10-3 cm osservabile sperimentalmente in qualsiasi punto della superficie terrestre. Dal momento che il rumore sismico ambientale non può essere controllato il suo andamento sarà molto irregolare e di natura essenzialmente stocastica per questo l analisi non potrà essere fatta con le metodologie tradizionali ma si dovranno analizzare le proprietà medie del segnale. INDAGINI SISMICHE INDAGINE SISMICA PASSIVA

40 INDAGINI SISMICHE INDAGINE SISMICA PASSIVA Se l attenzione si sposta sulle proprietà medie del rumore registrato su intervalli di tempo relativamente lunghi, appaiono delle regolarità Per esempio, la forma dello spettro medio delle vibrazioni ambientali registrate su terreno rigido non varia sensibilmente con la posizione geografica

41 INDAGINI SISMICHE INDAGINE SISMICA PASSIVA Il rumore sismico ambientale è composto da un range frequenziale molto ampio: segnale a bassa frequenza ( 0.5 Hz): generato da sorgenti di origine naturale di grandi dimensioni spaziali (onde oceaniche, grandi perturbazioni,.); segnale a media alta frequenza ( 1 Hz): generato principalmente da sorgenti antropiche (attività industriali, mezzi di trasporto,.) e occasionalmente da sorgenti naturali; segnale compreso tra 0.5 e 1 Hz: generato sia da sorgenti naturali che antropiche con stazionarietà variabile da caso a caso. Se la forma dello spettro medio delle vibrazioni ambientali dipende: Dalla forma e dalla distribuzione delle sorgenti Dalle modalità di propagazione dell energia dalle sorgenti e quindi dalle caratteristiche del sottosuolo è possibile stabilire delle relazioni tra la forma dello spettro medio e la struttura del sottosuolo e utilizzare il campo di rumore ambientale per la caratterizzazione dinamica dei terreno.

42 INDAGINI SISMICHE INDAGINE SISMICA PASSIVA H.V.S.R. Tecnica a stazione singola: H.V.S.R. (Horizontal to Vertical Spectral Ratios) La tecnica sismica H.V.S.R. (Horizontal to Vertical Spectral Ratios) utilizza i rapporti spettrali fra le componenti verticali e orizzontali del moto sismico al suolo per estrarre informazioni importanti dal segnale sismico registrato. I risultati teorici sono confermati da numerose indagini sperimentali condotte nell ambito di progetti europei (SESAME, NATO, ) IL MASSIMO DELLA FUNZIONE HVSR PERMETTE DI DETERMINARE CORRETTAMENTE LA FREQUENZA CARATTERISTICA DI RISONANZA DI SITO che rappresenta un parametro fondamentale per il corretto dimensionamento degli edifici in termini di risposta sismica locale.

43 INDAGINI SISMICHE INDAGINE SISMICA PASSIVA H.V.S.R. Vicenza centro: 100 metri di copertura fine seguita da roccia calcarea compatta Badia Calavena: zona collinare circa 4 m di copertura seguita da substrato roccioso compatto

44 INDAGINI SISMICHE SISMICA A RIFRAZIONE: case history Ubicazione: val Cellina - Progettazione di una centra idroelettrica e sfruttamento falda idrica Indagini: linee sismiche - tomografiche + HVSR + MASW Finalità: ricostruzione stratigrafica e individuazione ammasso roccioso