1. INTRODUZIONE

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2 INDICE 1. INTRODUZIONE CENNI METODOLOGICI Sismica a rifrazione MASW Tomografia geoelettrica ReMi SINTESI DEI RISULTATI DXS -circonvallazione ovest e gall. artificiale progr.0-300m SXS -gall. artificiale e imbocco gall. naturale progr m V -pozzo di ventilazione progr m L imbocco est gall. naturale progr m G e B Grumiello, Busatte e Conca d Oro CONCLUSIONI Loppio_Buse_relazione 1

3 1. INTRODUZIONE Con protocollo n.l rjb del 01 Settembre 2008 la SWS Engineering S.p.a. ha incaricato la GG Service S.a.s. di effettuare un programma di indagini geofisiche distribuito su alcune aree che interessano l ipotesi della nuova viabilità Loppio-Buse. Le aree individuate sono state complessivamente sei: due situate nella piana alluvionale del Sarca, in sinistra (SxS) e in destra idrografica (DxS), una in corrispondenza dell imbocco est (L), una dove è prevista la realizzazione del pozzo di ventilazione (V) una nella piana di Nago in località Grumiello (G) ed una in prossimità dell imbocco sud della circonvallazione di Torbole. La maggior parte delle indagini è stata concentrata nelle due aree in destra e sinistra Sarca dove il tracciato esce dalla galleria naturale in roccia al di sotto del piano campagna e con tunnel artificiale riemerge all altezza della cantina Madonna delle Vittorie per raccordarsi con Via Linfano (lido di Arco). In questo settore sono stati realizzati 810m di tomografia elettrica, 1200m di sismica tra rifrazione in onde di volume (Vp) e di taglio (VSh) e mediante analisi delle onde di superficie (MASW). In corrispondenza dell imbocco est sono stati realizzati due profili sismici a rifrazione in onde di volume (Vp) per complessivi 125m e 100m di profilo MASW. Nella zona del pozzo di ventilazione (V) si è provveduto ad eseguire un profilo di sismica a rifrazione in onde di volume (Vp) di 125m di lunghezza e di un profilo (ReMi) da 46m. La campagna di indagini si è conclusa realizzando 22 profili sismici mediante tecnica ReMi organizzati in tre allineamenti ed un profilo di tomografia elettrica coincidente con l allineamento di Nago. Questa coincidenza è motivata dalla necessità di raccogliere informazioni con metodi di investigazione diversi per poter calibrare il modello geofisico del sottosuolo e formulare ipotesi geologiche. Tutti i profili ReMi sono risultati di 46m di lunghezza (spaziatura geofonica di 2m) mentre quello elettrico si estende per 346.5m (spaziatura elettrodica di 7m). I risultati sono rappresentati da sezioni sismiche dove viene indicato il probabile profilo del bedrock e la stratigrafia sismica della copertura sciolta. Il Committente ha fornito una planimetria con indicata la posizione dei profili da realizzare. Essi si dispongono lungo l ipotesi di tracciato senza tener conto della situazione logistica e delle proprietà. La presenza di ostacoli fisici sia in termini di recinzioni, disposizione dei filari dei vigneti che della autorizzazione all accesso ai fondi ha costretto a modificare l originario impianto investigativo per adattarlo alla realtà dei luoghi. La differenza tra quantità richieste e quantità fornite si giustifica con la necessità di ampliare il raggio di indagine non essendo stato possibile seguire in maniera puntuale il tracciato. I lavori di prospezione sono stati condotti tra il 17 Settembre e il 24 Ottobre Loppio_Buse_relazione 2

4 DxS SxS G B V L Ubicazione aree di intervento 2. CENNI METODOLOGICI 2.1. Sismica a rifrazione La tecnica di sismica a rifrazione si basa sul concetto che una sorgente meccanica eccita il sottosuolo inviando onde elastiche che si propagano in profondità e vengono parzialmente deviate (rifratte) lungo l interfaccia che separa due mezzi a differente impedenza acustica (ρ*v) ed in parte proseguono verso il basso finchè l energia viene completamente assorbita dal mezzo in cui si propaga. L effetto di queste onde è la formazione di vibrazioni che vengono captate da sensori posti sulla superficie, generalmente elettromagnetici, in grado di trasformare la sollecitazione meccanica, che subisce la massa mobile del magnete, in un segnale elettrico che, debitamente amplificato, viene riprodotto su monitor e memorizzato su supporto informatico. Loppio_Buse_relazione 3

5 Profondità Impatto 0-1 V1 V2>V1-2 Arrivo Diretto Geofoni Arrivo Rifratto Esempio schematico (total-rifrazione) del percorso dei raggi sismici tiro esterno di un modello sismico a due strati La lettura dei tempi di primo arrivo della vibrazione ai differenti sensori (geometricamente disposti in linea sul terreno secondo un profilo) è riferita all istante zero, che è quello che corrisponde all istante dell energizzazione del terreno. Essa consente la loro ubicazione su un diagramma cartesiano ottenendo le dromocrone relative ad ogni punto di energizzazione. Il grafico che ne risulta è costituito da una serie di segmenti la cui inclinazione corrisponde alla velocità di propagazione delle onde elastiche nel mezzo. 25 tempo di primo arrivo 20 Raggio rifratto Raggio diretto posizione geofoni Dromocrona relativa all esempio schematico Dall analisi delle dromocrone è possibile (e questo è il dato fondamentale dell interpretazione) definire il numero dei sismostrati presenti nel sottosuolo (ovviamente per la finestra temporale adottata che è funzione della lunghezza dello stendimento e della quantità di energia utilizzata). L interpretazione per la risoluzione geometrica dei sismostrati (profondità e velocità) si avvale di diverse metodologie di calcolo dalle più semplici procedure dirette (Hagedoorn, 1959; Barry,1967), seguendo le leggi generali dell ottica, a quelle più complesse sia 1D che 2D che elaborano i dati mediante la tecnica del GRM (Palmer, 1980), del Ray-tracing o della tomografia (Hampson & Russell,1984; Olsen, 1989). La finalità della tomografia è la dettagliata esplorazione del modello di distribuzione della velocità in un mezzo. Essa si basa sui primi arrivi ottenuti per set plurimi di coppie sorgente-ricevitore: la sola limitazione è quella che i raggi sismici formino una rete completa Loppio_Buse_relazione 4

6 e cioè, idealmente, ciascun punto del mezzo investigato dovrebbe essere attraversato dai raggi in tutte le direzioni. Esempio applicativo di una fitta rete di raggi ideale per la tomografia (24 geofoni e 9 basi di energizzazione) Il metodo tomografico si basa sul principio della rifrazione critica di raggi monocromatici che si retro-propagano in superficie e per la cui simulazione è richiesto un gradiente velocità positivo. Pertanto l applicabilità dell analisi è limitata a variazioni laterali di velocità non elevate e per morfologie della superficie topografica e dei rifrattori non esasperate. Nella figura che segue è riportato un diagramma di flusso che rappresenta lo schema evolutivo del processo di inversione. Oltre all input fornito dai tempi di primo arrivo misurati (t obs ), è sempre necessario introdurre un modello iniziale, che può essere scelto tra semispazio a velocità costante, mezzo stratificato a velocità crescente con gradiente fisso o con step di velocità o modello 2D strutturato in base al livello di conoscenza del sito indagato; la risoluzione del problema diretto avviene per semplice computazione geometrico-temporale tracciando i raggi che attraversano nel minor tempo disponibile le celle in cui è stato suddiviso il modello iniziale. Il calcolo dei residuali rappresenta cella per cella l input per la risoluzione del problema inverso che è di tipo linearizzato con la possibilità di scelta di diversi criteri di ricerca (back projection, damped least squares, max. smoothness e max. flatness constrain). Abitualmente la prima soluzione dell inversione viene utilizzata come input 2D per la successiva, ripetendo l analisi in maniera iterativa ed adottando l ottimizzazione per smoothness o max. flatness constrain. In questo caso l inversione è di tipo non lineare ed il risultato principale è l estremizzazione del bending dei raggi. Questo accorgimento permette di approdare a soluzioni più realistiche soprattutto nei casi in cui sono presenti impedenze acustiche elevate. Loppio_Buse_relazione 5

7 Flow sheet di processo con analisi Ray Tracing MASW Il Multichannel Analysis of Surface Waves (MASW) è un metodo investigativo che è stato introdotto all inizio del 1999 nell ambito geotecnico e geofisico. Si tratta di una tecnica analitica che genera un profilo di velocità delle onde di taglio (Vs in funzione della profondità) analizzando su una registrazione multicanale le onde di superficie di tipo Rayleigh. Il metodo utilizza i concetti della registrazione ed elaborazione multicanale largamente impiegati da decenni nei rilievi a riflessione per l esplorazione profonda. Le proprietà frequenza dipendenti delle onde di superficie possono essere utilizzate per rappresentare e caratterizzare il sottosuolo nella sua porzione superficiale. La parte principale dell analisi delle onde di superficie si basa sull accurato calcolo delle velocità di fase del modo fondamentale delle ground roll. Il modo fondamentale delle ground roll (onde di superficie tipo Rayleigh) che è senza dubbio una delle più importanti fonti di disturbo nei rilievi a riflessione, nel MASW, invece, viene definito come segnale e le tecniche di acquisizione e di elaborazione sono rivolte alla sua enfatizzazione. A causa di questa diversa concezione di segnale e di rumore in rapporto alla sismica a riflessione il metodo richiede leggere modifiche per quanto riguarda l approccio sia realizzativo che di trattamento dei dati. La fase di acquisizione come si è premesso è analoga a quella adottata nei normali rilievi sismici a riflessione con la sola precauzione che la geometria utilizzata deve essere tale da assicurare un efficiente generazione di onde di superficie che si sviluppano al di sotto del range di profondità delle onde primarie. Le figure sotto riportate sono relative ad una delle registrazioni effettuate dove è evidente l onda di superficie ed il segnale rifratto originalmente raccolto in sito ed il preprocessing dei dati che Loppio_Buse_relazione 6

8 permette di rimuovere qualsiasi evento riconosciuto estraneo temporalmente al passaggio delle onde di superficie. Dall analisi della prima immagine è possibile inoltre apprezzare quanto, in termini di rapporto segnale/rumore, le onde di superficie siano decisamente l episodio più energetico registrato nel record sismico mentre sono decisamente difficili da distinguere dal rumore di fondo gli arrivi rifratti generati dall impatto di una mazza da 8Kg con un offset di una stazione (2m)i. ONDE DIRETTE E RIFRATTE ONDE DI SUPERFICIE Nella fase di elaborazione il compito più delicato è rappresentato dalla costruzione della curva di dispersione. Essa altro non è che il plottaggio della velocità di fase in funzione della frequenza ed ha il suo supporto teorico nel fatto che quando per l energizzazione sismica si usa una sorgente compressionale (impatto) più di 2/3 dell energia sismica generata è rappresentata dalle onde di Rayleigh, che sono la componente principale delle ground roll. Assumendo quindi, come nella maggior parte dei casi si verifica anche per semplice costipazione dei terreni con la profondità, che vi sia una variazione verticale della velocità, ogni componente di frequenza di un onda di superficie ha una propria velocità di propagazione ( chiamata velocità di fase ). Questa proprietà è chiamata dispersione e per osservare la natura dispersiva di un segnale sismico temporale si utilizzano le più svariate trasformate (Tau-P, f-k etc). L analisi che il software adottato in questo lavoro utilizza è chiamata overtone e consente la costruzione di un grafico dove i trend delle massime ampiezze locali rappresentano possibile energia dispersiva (cioè modo fondamentale e modi più elevati di propagazione). Questo viene ottenuto esaminando tutte le possibili velocità di fase per tutte le frequenze considerate nell analisi. La figura sotto riportata rappresenta il risultato di un analisi di overtone dei data set ottenuti per questo lavoro dove si riconosce facilmente l evento dispersivo (modo fondamentale) nel range di frequenza 5-30 e velocità di fase molto basse comprese tra 200 e 300m/s. I dati di velocità ed il campo di frequenza rappresentano i Loppio_Buse_relazione 7

9 valori di input per la costruzione della curva di dispersione riportata sull overtone (puntinato). Modo fondamentale Il passo finale è quello del processo di inversione della curva di dispersione per arrivare alla definizione del profilo delle velocità delle onde di taglio (Vs). Si tratta di un procedimento iterativo che richiede i dati di dispersione e una stima del coefficiente di Poisson (0.4) e della densità (2g/cmc). L approccio con il metodo dei minimi quadrati consente un automatizzazione del processo. La prima operazione è quella di definire un modello iniziale, dedotto dalla curva di dispersione, ed il programma ricerca un profilo delle Vs la cui curva teorica di dispersione meglio si approssima a quella sperimentale usando, come guida e condizioni al limite, l errore RMS. Tanto più è corretto il modello iniziale tanto più piccolo è il numero di iterazioni necessarie per raggiungere il best fit. In questo grafico è riprodotto il risultato di un processo di inversione nel quale si vede il modello iniziale (tratteggiato) e quello finale (tratto continuo blu nonché la curva dispersione relativa alla soluzione finale (tratto continuo nero) e quella misurata (puntinato Loppio_Buse_relazione 8

10 nero ). Convenzionalmente Il profilo di velocità è riferito al punto centrale dell array. Il risultato del processo di elaborazione è una sezione pseudo- 2D (contouring di modelli 1D contigui) della distribuzione nel sottosuolo della velocità delle onde di taglio (Vs in m/s) che è il parametro fisico che meglio di ogni altro coglie la variabilità delle caratteristiche geotecniche di un materiale essendo influenzato soltanto dal comportamento della frazione solida di un terreno (le onde S, infatti, non si trasmettono nei fluidi). Per la costruzione dei profili di velocità delle onde di taglio è stata impiegata una geometria a 24 canali con spaziatura geofonica ed offset di due metri (1 stazione = 2m). Il passo tra i singoli record è pari a 6 stazioni (v.schema sotto riportato). Stazioni (1stazione=2m) Direzione dello spostamento 0 SEZIONE 2D Sezione pseudo-2d Tomografia geoelettrica Negli ultimi anni si è registrato un crescente interesse nei confronti dell utilizzo dei metodi geoelettrici ed in particolare della tomografia elettrica applicata all ambito idrogeologico e della caratterizzazione ambientale. Questo tipo di prospezione geofisica è in grado di fornire un elevata risoluzione, un ampia copertura areale, la minimizzazione del personale e del tempo utilizzato per l acquisizione dati e la presentazione dei risultati in una forma comprensibile al fruitore. La tecnica dell imaging elettrico (o tomografia elettrica) adotta una procedura automatizzata sia per l acquisizione che per l elaborazione e consente di raccogliere dati elettrici del sottosuolo con una densità elevata impiegando cavi multicore con spaziatura interelettrodica molto piccola (generalmente 1-2m ed anche meno). L unità di misura è costituita da un georesistivimetro classico assistito da un computer che mediante un software dedicato gestisce la configurazione geometrica e la sequenza del grande numero di letture che vengono effettuate. Gli elettrodi da controllare sono molte decine, spesso qualche centinaio, ed i vari cavi impiegati vengono tra loro connessi, e collegati all unità di misura. Il sistema è interfacciato ad un PC su cui è installato un software (GeoTest 2.0) che lavora su piattaforma Windows per gestire l attivazione successiva e programmata di 4 elettrodi alla volta (due di corrente e due di Loppio_Buse_relazione 9

11 potenziale nel caso configurazioni convenzionali quali Wenner, Schlumberger, dipolo-dipolo o polo-polo). Le misure vengono effettuate in corrente alternata con periodo di misura che può essere compreso tra 0,8s e 0,12s con cicli di alcuni secondi; i voltaggi variano da un minimo di 0,2mV a massimi di 300V picco-picco mentre l intensità di corrente varia da minimi di 0,001 ma a massimi di 100A. Ogni valore di resistività apparente fornito strumentalmente è il risultato di un ciclo di misura che è costituito generalmente da 3-8 ripetizioni delle misure. Il valore proposto rappresenta il risultato di una media mobile tra le letture (minimo di 3 letture) protratta fino al punto in cui la differenza tra successive letture scende al di sotto di scarti compresi tra 3 e 5%. Per evitare disturbi legati a fenomeni di polarizzazione le misure sono separate da un ritardo di regime che di default è fissato a 2500ms. In pratica, il rilievo consiste dapprima nel posizionare gli elettrodi nel terreno secondo arrays 2D o 3D, quindi nell effettuare il collegamento ai take-out dei cavi che portano il segnale (di input ed output) all unità di misura. Da software vengono poi impostate la configurazione prescelta ed i relativi parametri geometrici (passo di misura, numero di misure ecc.). Le misure sono ciclicamente ripetute fino ad un massimo di 4-6 volte qualora non si raggiunga prima una stabilizzazione della lettura (indicata da un basso scarto percentuale tra il 2-6%). Le misure non soddisfacenti, comunque salvate nel data set, potranno essere eliminate in sede di analisi. Per ottenere una densità di valori idonea alla costruzione di una pseudosezione di resitività è necessario che il passo di misura non superi la distanza interelettrodica. Il primo risultato dell analisi è costituito da una pseudosezione che è solo rappresentativa della sezione reale. Ritrae, infatti, l andamento della resistività apparente, una specie di valore mediato, con la pseudoprofondità, calcolata con semplici considerazioni geometriche. Ogni misura viene posta convenzionalmente al centro del quadripolo attivo ed alla pseudoprofondità che gli compete. I dati acquisiti in campagna e rappresentati secondo pseudosezioni (2D) o pseudopiani (3D) vengono successivamente elaborati per risalire alla elettrostratigrafia reale (resistività vera, modello di resistività) del volume indagato che si ottiene utilizzando una tecnica di inversione. Nelle indagini geoelettriche è possibile scegliere diversi tipi di configurazioni in base a criteri che considerano, ad esempio, il tipo di target da individuare, la profondità massima da raggiungere o la sensibilità delle misurazioni condotte. Le configurazioni si distinguono in base alla distribuzione geometrica della programmazione di attivazione delle coppie di elettrodi attivati per l acquisizione. Nel caso in questione è stata adottata in acquisizione la configurazione Wenner con il seguente array geometrico: elettrodi con spaziatura interelettrodica da 3.5m; sono stati impostati da 12 a 14 livelli di misura che hanno interessato una tranche massima di terreno pari a 35-40m. Loppio_Buse_relazione 10

12 La configurazione tipo Wenner prevede che l interdistanza (a) tra gli elettrodi esterni di corrente (C 1,C 2 ) e quelli interni di potenziale (P 1,P 2 ) sia uguale per ogni dato acquisito. L aumento della penetrazione della corrente nel terreno si ottiene tramite allargamenti dell interdistanza elettrodica per multipli unitari di a(2a;3a;..7a). Lo schema sotto riportato permette di comprendere la modalità con cui viene costruita una pseudozezione: ogni misura è localizzata sulla base di assunzioni esclusivamente geometriche. Acquisizione con configurazione Wenner per un sistema multielettrodico Questo tipo di arrangiamento è molto vantaggioso in quanto fornisce uno tra i più elevati rapporti segnale/rumore. L elaborazione è effettuata in termini bidimensionali con inversione del modello utilizzando il software Res2Dinv v3.55 prodotto dalla Geotomo (Malesia). Di seguito viene esposto il procedimento utilizzato comunemente per l analisi: Il procedimento di calcolo prevede la suddivisione iniziale del volume in una griglia di regolarizzazione (analoga a quella impiegata nelle computazioni ad elementi finiti). Ad ogni cella della griglia viene attribuito un valore di resistività sulla base dei dati misurati ed a quelle di confine viene impostata una resistività pari alla media delle letture eseguite. Il modello iniziale viene quindi sottoposto ad un processo di inversione che utilizza una routine conosciuta con il nome di smoothness-constrained least-square method (de Groot-Hedlin e Constable 1990, Sasaki 1992) implementata con una tecnica di ottimizzazione quasi-newtoniana (Loke e Barker 1996a) che la velocizza notevolmente. Le elaborazioni considerano in blocco tutti i dati acquisiti ed ottimizzano un modello a celle di resistività. Questo modello è meno viziato dalla assunzione di una elettrostratigrafia piana valida per il monodimensionale e risulta, quindi, più adattabile alle complesse geometrie che si incontrano nella realtà. L inversione ha termine al momento in cui si ottiene una buona coincidenza, in senso statistico (scarto quadratico medio), tra i dati sperimentali e quelli teorici (confronto tra pseudosezioni misurate e calcolate). Loppio_Buse_relazione 11

13 Disponendo di una taratura (sondaggio meccanico o dati desunti da scavi) il modello geoelettrico del sottosuolo proposto al termine dell analisi può essere ricondotto a quello geolitologico ReMi Il profilo verticale delle Vs può essere ricavato per inversione monodimensionale o per modellizzazione diretta della velocità di fase delle onde di superficie (Rayleigh e/o Love) (Dorman e Ewing, 1962). Le onde di Rayleigh (1885) costituiscono un particolare tipo di onde di superficie che si trasmettono sulla superficie libera di un mezzo isotropo e omogeneo e sono il risultato dell interferenza tra onde di pressione (P-waves) e di taglio verticali (Sv-waves). Tali onde sono presenti in natura e sono conosciute con il termine di microtremori. Possono venire accuratamente captate ed analizzate nei loro contenuti cromatici ed energetici con un array geometrico lineare simile a quelli utilizzati nella prospezione sismica classica. In un mezzo stratificato queste onde sono di tipo guidato e dispersivo e vengono definite pseudo-rayleigh. La dispersione è un fenomeno indotto dalla deformazione del treno d onda che produce una variazione di propagazione di velocità con la frequenza. Le componenti a frequenza minore penetrano più in profondità rispetto a quelle a frequenza maggiore, per un dato modo, e presentano normalmente più elevate velocità di fase. Un apposito grafico (spettro di potenza p-f) in cui è diagrammato in ascissa la frequenza f (Hz) ed in ordinata lo slowness, che altro non è che l inverso della velocità di fase (m/s), consente agevolmente di individuare il trend dispersivo che contraddistingue il sito sottoposto ad indagine. Dalla curva di dispersione si passa al profilo di velocità verticale mediante modellazione diretta. Viene cioè costruito il modello teorico la cui curva di dispersione calcolata presenta il minor errore rispetto alla curva sperimentale. Il processo di modellazione diretta soffre delle limitazioni prodotte dal principio dell equivalenza secondo il quale esistono più modelli che soddisfano la medesima curva di dispersione. In questo caso quindi diventa importante avere dei dati di calibrazione per una ricostruzione litologica della struttura sismica del sottosuolo. Per il trattamento di questo tipo di dati è stato utilizzato il software ReMi aggiornato alla sua ultima versione V.5 e commercializzato dalla Optim LLC (Reno, Nevada -USA). L approccio analitico si basa sugli studi condotti da J.Louie presso la Nevada University. Loppio_Buse_relazione 12

14 3. SINTESI DEI RISULTATI La finalità delle indagini geofisiche programmate era quella di ottenere una serie di informazioni utili per la costruzione del modello geologico di una fascia sufficientemente ampia nell intorno del tracciato della galleria artificiale, dell imbocco est, del sito ove è prevista la realizzazione del pozzo di ventilazione edella zona di imbocco meridionale della circonvallazione di Torbole (area della frana delle Busatte). La richiesta di caratterizzare il sottosuolo mediante indagini sismiche in Vp e Vs ha un evidente motivazione nel prevedere le condizioni di addensamento dei materiali e per il calcolo dei parametri elastodinamici dei terreni. Il lungo tratto dove è prevista la galleria artificiale corre all interno dei sedimenti di piana alluvionale del Sarca con la falda che si trova a 4.5m dal p.c.. In queste condizioni geologiche eseguire dei profili di tomografia a rifrazione in onde P ha uno scarso significato qualora si intenda qualificare i materiali in quanto la trasmissione dell onda elastica è fortemente condizionata dalla presenza della falda che fa sì che il segnale sismico si muova con la velocità dell acqua più quella dello scheletro solido piuttosto che con quella di quest ultimo. Come risultato si avrà quindi una sezione tomografica del sottosuolo dove al di sotto dei 4.5m di profondità si raggiungono e si superano i 1500m/s rendendo inutilizzabili queste informazioni a fini qualiquantitativi e per raffronto con le velocità in termini di Vs che non sono invece influenzate dalla presenza dei fluidi (v.ad esempio il profilo Vs1 realizzato nell area DxS). Si è quindi proposto come alternativa alla tomografia sismica in onde P di utilizzare la tomografia elettrica che in questo contesto è in grado di fornire risultati più significativi in termini di caratterizzazione granulometrica dei materiali. Inoltre la possibilità di effettuare stendimenti fino a 300m di lunghezza consentiva di raggiungere profondità ampiamente significative per il progetto. La prospezione in onde di taglio Sh è stata sperimentata in alcuni transetti (VSh1 e VSh2 in SXS e DXS) con una sorgente di tipo leggero (minitrave caricata da 70Kg): il dato che è subito emerso è la ridotta emergenza dei raggi sismici che non appaiono rifrangersi entro i primi 10m e ciò porta a ridotte profondità ottenibili con questa metodologia (75m di stendimento= 7-8m di penetrazione). Il livello di rumore ambientale è stato mitigato eseguendo le indagini in tarda serata e l energia impiegata utile per non più di 100m di array. Probabilmente sarebbe servito estendere l allineamento geofonico (più di 150m) e adottare di conseguenza sorgenti pesanti (pendolo pesante da 60Kg allestito su pick up) per produrre un segnale utile a queste distanze. Questa ipotesi è resa improponibile per l elevata densità colturale del sito con vigneti a pergola e guiot che non facilitano l acceso. A ciò va inoltre aggiunto che il metodo a rifrazione non consente di risolvere le inversioni di velocità che erano qui da attendersi per la presenza di sedimenti fini. L alternativa proposta al Committente (e da questo accettata) era quindi quella di utilizzare una tecnica sismica attiva che analizza Loppio_Buse_relazione 13

15 le onde di superficie e che è conosciuta con l acronimo MASW (Multi Channel Analysis of Surface Waves). Detta metodica permette di superare queste difficoltà logistico-operative (è sufficiente una mazza da 8Kg con impatto diretto sul terreno) e che non soffre della limitazione delle inversioni di velocità. Le sezioni del sottosuolo in termini di Vs sono state quindi ottenute con questa metodologia. Nello studio dell area del pozzo di ventilazione unitamente alla tomografia a rifrazione è stata impiegata un altra tecnica sismica di analisi delle onde di superficie che lavora però in condizioni passive (ReMi) essendo il rumore ambientale la sorgente vibrazionale che produce le onde di superficie. Quest ultima metodica è stata la prescelta per indagare la zona della frana delle Busatte e dellaporzione meridionale della piana di Nago in località Grumiello. Per comodità espositiva vengono descritti i risultati relativi ad ognuna delle aree descritte in premessa nelle quali è stato suddiviso il lavoro. DXS -circonvallazione ovest e gall. artificiale progr.0-300m M3 M2 Vsh1 Vp1 M1 E1 M4 Ubicazione profili (giallo:elettrica,rosso:masw,blu:rifrazione VSh,verde:rifrazione Vp) Il modello elettrico ottimizzato mostra una struttura del sottoduolo costituita da un orizzonte superiore prevalentemente resistivo dello spessore di una decina di metri che ricopre un pacco di sedimenti conduttivi i cui valori di resistività tendono ad aumentare al di sotto dei 20-25m. La sezione di resistività appare complicata da anomalie resistive che sembrano interporsi tra le lenti conduttrici simulando l effetto di setti verticali. In realtà si tratta di estremizzazione di un modello di sedimentazione che prevede la presenza di canali di erosione all interno dei sedimenti conduttivi fini come rappresentato nell interpretazione geologica dei dati. Loppio_Buse_relazione 14

16 Questa struttura con forme erosive di modeste dimensioni e con probabili fianchi molto ripidi è di difficile modellizzazione in termini elettrici in quanto il processo di inversione, nel tentativo di ridurre al massimo l errore tra pseudosezione e modello sintetico porta all esasperazione delle forme. Rispetto al modello sopra descritto una condizione anomala si registra nei primi 100m ad ovest del Sarca (zona in cui è stato realizzato un sondaggio geognostico) dove non si riconosce una netta discontinuità tra resistivo di superficie e conduttivo. In questa regione dominano materiali resistivi anche se i valori che li caratterizzano sono inferiori a quelli tipici della coltre superficiale. In considerazione della sua vicinanza all argine attuale è lecito ipotizzare che si tratti di un paleoalveo. L orizzonte resistivo di superficie raggiunge valori elettrici che possono superare i 1000ohm m e generalmente si mantengono superiori a 350 ohm m. Depositi di questo tipo sono generalmente riconducibili a terreni a granulometria da elevata a molto elevata con matrice non abbondante e talora scarsa mentre nella zona del paleoalveo la sensibile riduzione della resistività è indicatrice di un sedimento dove la frazione grossolana è subordinata a quella della matrice che comunque si mantiene di tipo granulare (come è anche riportato nella descrizione stratigrafica del sondaggio meccanico). La presenza della falda a 4,5m di profondità non condiziona in maniera significativa le caratteristiche elettriche dei materiali. La posizione della piezometrica può essere tracciata in corrispondenza all inversione di resistività del pacco ghiaioso superiore. Il conduttore di base non appare essere organizzato in un pacco di sedimenti fini omogenei bensì si riconoscono lenti a resistività inferiore a 100ohm m immerse in materiali leggermente più resistivi ( ohm m). Le prime sono sicuramente dei sedimenti a limo prevalente mentre i secondi possono essere rappresentati da sabbie e ghiaie fini sature. I risultati dell indagine sismica di tipo MASW mostrano una sovrapposizione di materiali con differenti velocità crescenti fino a una decina di metri di profondità e con una evidente inversione tra i 10 e i 15m. Al di sotto dei 20m la velocità ritorna ad aumentare con un gradiente significativo. In corrispondenza della circonvallazione (progr.0-100m) il corpo rigido di base risale fino a 13m con corrispondente riduzione dei terreni ad addensamento intermedio correlabili con il conduttivo del modello elettrico. In direzione sud (M4) si mantengono le condizioni di planarità e omogeneità descritte per il profilo M1. La distribuzione orizzontale delle velocità disegna una struttura prevalentemente planare con locali ispessimenti o riduzioni dei singoli corpi. Essa fa inoltre rimarcare come le condizioni di addensamento tendano a migliorare in direzione ovest per quanto riguarda lo strato più superficiale mentre si mantengono relativamente più costanti al di sotto della falda. L orizzonte rigido di base è contraddistinto da valori di vs superiori a 350m/s mentre al di spora i corpi più addensati hanno velocità inferiori a 320m/s con un valore medio di 300m/s. Loppio_Buse_relazione 15

17 È interessante notare come lo strato resistivo di superficie sia assai poco addensato ( m/s) sopra falda e decisamente di più al di sotto (Vs media=300m/s). Il conduttivo appare relativamente omogeneo in termini di addensamento con velocità che non scendono sotto i 220m/s senza evidente differenziazione tra limi prevalenti e sabbie e ghiaie. Il profilo di tomografia sismica a rifrazione in Vp mostra come le velocità crescano molto rapidamente al di sotto dei 4,5m raggiungendo valori superiori a 1500m/s poco sotto questa quota. Nell insaturo le velocità crescono fino a 600m/s con un valore medio di 450m/s. Poco significative sono le considerazioni che si possono fare per la zona satura in quanto le velocità sono ovviamente alterate per la presenza del fluido interstiziale. Il profilo a rifrazione in VSh, che è stato realizzato di tarda serata per mitigare il brusio ambientale, ha una lunghezza di 100m e le dromocrone ottenute mostrano una struttura priva di rifrattori significativi eccettuato quello situato a 2m di profondità (base areato). L inversione dei dati di primo arrivo propone solo variazioni laterali di velocità da ricondursi all incapacità di risolvere le inversioni di velocità osservate tramite l analisi delle onde di superficie. SXS -gall. artificiale e imbocco gall. naturale progr m M5 E2 E3 Vsh2 M6 Ubicazione profili (giallo:elettrica,rosso:masw,blu:rifrazione VSh) Il modello geofisico del sottosuolo di quet area si differenzia passando dal tratto a ovest di strada Granda a quella a est. Nella porzione occidentale la tomografia elettrica mostra una struttura semplice costituita da un resistivo di superficie e da un conduttivo di base riconosciuto fino a 20m. Esso si presenta decisamente più omogeneo di quello descritto in destra Sarca e con valori di resistività costantemente al di sotto dei 150ohm m. Lo strato resistivo mantiene caratteristiche elettriche analoghe a quelle descritte nel capitolo precedente e con una minore variabilità in termini di spessore. Anche nel modello sismico (M5) è riconoscibile una sequenza analoga con la differenza più evidente nell aumento repentino di velocità al di sotto dei 12-15m ancora all interno della sequenza conduttrice. Loppio_Buse_relazione 16

18 Un orizzonte molto soffice si trova invece tra 7 e 12m con valori di velocità dell ordine dei 150m/s contenuto tra due corpi significativamente più addensati. Anche in questo caso la presenza della falda è riconoscibile nel profilo elettrico in corrispondenza dell inversione di resistività mentre in quello sismico coincide con un aumento di addensamento. Nel tratto a est di strada Granda (M6 e E3) l assetto di relativa omogeneità strutturale comincia a variare risentendo verso nord della vicinanza del versante roccioso e delle perturbazioni di tipo deposizionali introdotte dall azione erosivo-deposizionale del rio che è attualmente regimato e guidato verso il lago. Il profilo elettrico (E3) arriva ad attraversare il tracciato di progetto in corrispondenza del limite meridionale. Il modello ottimizzato mostra ancora una lente resistiva che tende a chiudersi verso nord dove viene messa in evidenza un apparato ad elevata resistività che è stato interpretato come un corpo di frana appoggiato sul substrato roccioso. La lente resistiva risulta inglobata in un mezzo conduttivo i cui valori caratteristici sono indicativi di materiali a dominante limosa. Il profilo MASW (M6) riprende la disposizione delle forme del modello elettrico confermando con le velocità (Vs=450m/s) che il corpo ad elevata resistività non è costituito dal bedrock. Per quanto riguarda i sedimenti fini le loro caratteristiche sono del tutto analoghe a quelle del profilo M5 con un minore addensamento in superficie e maggiore nei materiali in falda. Questo dato dovrebbe significare che in corrispondenza dell attuale livello piezometrico si associa una variazione delle caratteristiche geotecniche dei materiali, non potendo altrimenti spiegare questo incremento di velocità passando da un mezzo insaturo ad uno saturo. In quest area è stato eseguito anche un profilo a rifrazione in VSh di lunghezza pari a 75m e parzialmente sovrapposto ai profili Masw ed di tomografia geoelettrica. Anche per questo sito le dromocrone sono molto lente e mostrano una struttura con andamento dei raggi quasi lineare. Il modello di velocità ottenuto dal processo di inversione dei tempi di primo arrivo presenta pertanto un aumento continuo della velocità con la profondità e deboli variazioni laterali di velocità. L esasperazione del processo tomografico determina inoltre velocità sovradimensionate in profondità che tendono a salire oltre 500m/s. Loppio_Buse_relazione 17

19 V -pozzo di ventilazione progr m ReMi 1 Vp2 Ubicazione profili (verde:rifrazione Vp, giallo:remi) Nell area ove è prevista la realizzazione del pozzo di ventilazione è stato eseguito un profilo di sismica a rifrazione di 125m di lunghezza integrato con un profilo ReMi di 46m allo scopo di risolvere le incertezze interpretative connesse con la particolare natura dei materiali presenti nel sottosuolo. La traccia del profilo segue il sentiero principale nel momento in cui cambia direzione per salire verso nordest. Le zone di frana come quella del lago di Loppio ed in genere di tutte quelle dell area alto gardesana producono una firma caratteristica sul segnale sismico. In particolare esse si comportano come se il substrato roccioso fosse a piccola profondità ciò è legato alla particolare natura della massa alloctona che conserva effettivamente le caratteristiche di un ammasso roccioso per le modalità di mobilizzazione lungo superfici di strato. La scelta di eseguire anche un profilo ReMi in corrispondenza del primo terzo del profilo a rifrazione è dettata dall esigenza di verificare la presenza di inversioni di velocità e quindi determinare il reale spessore della massa mobilizzata al di sotto dell orizzonte pellicolare formato da depositi a blocchi (primi 8-10m). La sezione tomografica presenta una immagine del sottosuolo caratterizzata da valori di velocità crescenti molto rapidamente con la profondità e raggiungendo i 1000m/s già a profondità di 3-5m. La morfologia delle curve di isovelocità ha un caratteristico andamento seghettato che riprende la struttura delle dromocrone: è questo un carattere diagnostico per definire la presenza di blocchi di grosse dimensioni vista la spaziatura geofonica adottata (5m). Le velocità tendono al di sotto dei 10m a crescere in maniera molto rapida e questo è una sorta di artifact prodotto dall algoritmo di inversione che tende a far chiudere i raggi verso il basso. La lettura di queste informazioni porterebbe a localizzare la presenza del bedrock al di sotto dei 10m. Il modello ReMi delle Vs propone una struttura più articolata con velocità molto elevate (Vs=1500m/s) in corrispondenza della interfaccia roccia copertura derivabile dalla sezione Vp ma mette in luce una inversione di entità non trascurabile tra 16 e 34m con Vs Loppio_Buse_relazione 18

20 che scendono a 1100m/s. Al di sotto di questa profondità i valori salgono a 1800m/s. L interpretazione che si ritiene sostenibile è che l ammasso roccioso presente tra 10 e 34 sia in realtà una massa non radicata che nella parte superiore (Vs=1500m/s) conserva caratteristiche meccaniche comparabili con quelle di un bedrock poco fratturato ed in quella inferiore sono trasferite tutte le sollecitazioni dinamiche (zona di frizione) controllate strutturalmente dai sistemi Nord-sud e Nordest-sudovest con scivolamento lungo i piani di stratificazione. L imbocco est gall. naturale progr m M7 Vp4 Vp3 Ubicazione profili (verde:rifrazione Vp, rosso:masw) La zona dell imbocco est è stata indagata mediante due profili sismici a rifrazione in Vp ed un profilo Masw. I due a rifrazione sono orientati perpendicolarmente uno all altro in maniera tale da avere informazioni sia in asse del tracciato sia ortogonalmente. La loro lunghezza è rispettivamente 75 e 50m. Il profilo masw è stato eseguito parallelamente a quello a rifrazione più lungo. I modelli tomografici consentono di riprodurre la struttura del sottosuolo mettendo in evidenza la presenza del bedrock a piccola profondità sia in asse che perpendicolarmente a questo. La sezione del profilo Vp3 è verosimilmente una proiezione della struttura del sottosuolo laterale rispetto alla traccia del profilo in quanto la superficie di erosione del bedrock tende ad allontanarsi verso ovest rispetto all affioramento che arriva in prossimità della statale nel tratto più settentrionale del profilo (piano orientato verso sud-ovest di ). È infatti verosimile ritenere che la superficie di erosione in direzione del lago di Loppio (dir.nord-est) sia molto inclinata come si deduce anche dalla sezione tomografica del profilo Vp4 che è disposto proprio in quella direzione. Le profondità quindi leggibili sulla sezione del profilo Vp3 sono da intendersi quindi come profondità radiali e non verticali sotto i geofoni come invece avviene per la sezione corta che è orientata lungo la direzione di massima pendenza. Un ulteriore conferma viene anche dalla sezione in Vs (M7) dove le velocità crescono con la profondità ma dove si raggiungono valori tipici di un bedrock al di sotto dei 15-20m. Si Loppio_Buse_relazione 19

21 ricorda che le profondità ottenute dalla analisi delle onde di superficie di Rayleigh sono da considerarsi verticali per polarizzazione su un piano verticale di questo tipo di onde. La copertura sciolta è costituita da una parte superiore formata da detrito molto sciolto che ha una maggiore evidenza nel profilo Vp4 che poggia su una coltre nettamente più addensata al cui interno si possono rinvenire blocchi di taglia significativa. Le velocità relativamente elevate che competono a questi materiali potrebbero spiegarsi con un tenore in acqua non trascurabile anche se non è possibile parlare di sedimenti saturi. La caratterizzazione in termini di Vs è stata ottenuta con il profilo Masw (M7) che propone per la porzione non litoide dei valori di velocità crescenti che vanno da 250m/s fino a 750m/s. A titolo indicativo sulla sezione è rappresentata l isotaca Vs=800m/s che, sulla base della normativa antisismica vigente, rappresenta il valore minimo del bedrock. G e B Grumiello, Busatte e Conca d Oro Dalle precedenti investigazioni e dalle indagini geologiche effettuate dal Dott.Valle risaltava la possibilità che la valle di Loppio si collegasse con la depressione gardesana attraverso un solco erosivo ubicato tra la Conca d Oro, il parco delle Busatte e la località Grumiello sulla piana di Nago. Attraverso la porzione più meridionale della piana corre anche il tracciato della galleria principale e era quindi importante verificare la profondità del substrato roccioso in questo settore. I modelli verticali di velocità ottenuti dall elaborazione delle serie temporali dei profili remi sono relative a curve di dispersione con velocità di fase crescente con il diminuire della frequenza. In altri contesti geologici l interpretazione sarebbe immediata in quanto al di sotto di una sottile copertura con Vs tipica di una terra si incontrano materiali molto rigidi che potrebbero essere ascrivibili al bedrock. Anche se non si registrano immediatamente valori superiori a 800m/s. Modellando le curve di dispersione in un ipotesi verosimile dove il substrato roccioso non si trova immediatamente a contatto con la copertura sciolta si ottiene che il sottosuolo, per uno spessore variabile tra 30 e oltre 90m può essere costituito da terreni di elevato addensamento che non costituiscono il bedrock radicato. L area è infatti caratterizzata dalla presenza di un deposito gravitativo il cui cinematismo è riconducibile ad uno scivolamento confinato e mobilizzato lungo superfici di strato. Rilievi di analoga tipologia eseguiti in altre situazioni nel medesimo contesto geologico (Lavini di Marco, Marocche di Dro) hanno come costante la presenza di materiali molto rigidi con caratteristiche di tipo litoide. Questo è da ricondursi all elevato addensamento tipico di questi depositi gravitativi di grandi dimensioni volumetriche. Nel caso specifico delle Busatte si deve aggiungere il fatto che si possono rinvenire dei setti lapidei che sono molto simili per caratteristiche di competenza con il substrato roccioso. Loppio_Buse_relazione 20

22 Assumendo quindi che i terreni rigidi presenti sotto la copertura non siano il substrato radicato la modellazione sismica ipotizza che il substrato roccioso in posto si trovi al di sotto di un deposito definito come materiale di frana al cui interno sono riconoscibili almeno due unità principali delle quali quella inferiore è stata definita come a granulometria più fine e quella superiore come a blocchi. L orizzonte inferiore ha caratteristiche di addensamento leggermente minori attestandosi tra 550 e 650m/s mentre quella superiore sta mediamente tra 650 e 900m/s. Il bedrock mostra velocità superiori a 1000m/s. Adottando questo modello interpretativo si è potuto disegnare il probabile andamento del fondo della valle di Loppio tra il valico di Nago e la Conca d Oro di Torbole. La morfologia della superficie di erosione è stata interpretata in maniera tale da fare evidenziare come gli elementi strutturali principali siano costituiti dalle superfici di strato e, nel caso del profilo di Nago, come la maggiore profondità sia individuabile all estremità nordovest laddove vi è il contatto stratigrafico tra rocce Giurassiche e quelle Cretacico-Eoceniche. Nei due profili sul versante meridionale (Busatte) la parte più accentuata del solco avrebbe una direzione nordest-sudovest con una profondità massima stimabile in un centinaio di metri mentre quella media si attesta sui 40-60m. Sulle sezioni sismiche allegate per l orizzonte gravitativo inferiore è stata ipotizzata una possibile natura alluvionale. Non vi sono indicazioni oggettive che facciano propendere per questa interpretazione se non assumendo che questo fosse il solco erosivo attraverso il quale si scaricava nella depressione gardesana la valle di Loppio. I risultati di questa indagine pongono quindi in evidenza delle potenziali problematiche relativamente all esecuzione della galleria della circonvallazione che dovrebbe attraversare per alcuni tratti il materiali di frana. Come specificato poco sopra l interpretazione di queste curve di dispersione ha richiesto l assunzione di un modello precostituito che non ponesse il bedrock a debole profondità. I risultati ottenuti sono tra di loro congruenti ma potrebbero essere viziati da un peccato originale che non è possibile riconoscere senza una taratura. Per questo motivo, viste anche le implicazioni costruttive che ne derivano, è indispensabile eseguire delle indagini dirette che consentano di trasporre il modello sismico in modello geologico. Il profilo di tomografia elettrica ha prodotto un modello ottimizzato che risulta dominato dal corpo altoresistivo che si rinviene al di sotto del sottile livello di materiale conduttivo. I valori di resistività sono molto elevati ed in accordo con la struttura del corpo di frana costituita da grandi blocchi lapidei con vuoti importanti. Questa caratteristica del deposito fa si che non sia risolvibile il contatto con il bedrock radicato che verrebbe a trovarsi nella parte più profonda della sezione (>50m) dove non vi sono le condizioni geometriche per la sua ricostruzione come corpo meno resistivo. Infatti per modellare in termini elettrici una siffatta struttura Loppio_Buse_relazione 21

23 sarebbe stato necessario mettere in opera uno stendimento dell ordine dei 500m di lunghezza e questo non era possibile per le limitazioni morfologiche. Il dato certo è che al di sopra dei 40m non c è il substrato roccioso e questo rappresenta una calibrazione indiretta per i dati sismici. 4. CONCLUSIONI La campagna di indagini geofisiche eseguite a supporto del progetto preliminare della nuova viabilità Loppio-Buse è consistita in prospezioni geoelettriche e sismiche sia in termini di Vp che di Vs ottenute mediante tecniche di analisi delle onde di superficie. Complessivamente sono stati eseguiti 4 profili di tomografia elettrica (635m), 4 profili sismici a rifrazione in Vp (300m), 2 profili sismici a rifrazione in Vsh (175m), 7 profili Masw (1100m) e 23 profili ReMi (46m). Mediante la geoelettrica si è ricostruito il modello litologico correlando i parametri di resistività con classi granulometriche mentre con i profili sismici ed in particolare con quelli in Vs si è potuta rappresentare la distribuzione delle condizioni di addensamento dei materiali. Con la tomografia in Vp si è definita la posizione del bedrock in corrispondenza dell imbocco est della galleria naturale a Loppio e della zona in corrispondenza del pozzo di ventilazione. In questo frangente si è utilizzata anche una tecnica passiva (ReMi) che ha permesso di collocare con maggior dettaglio la posizione del bedrock radicato. Dai risultati delle indagini emerge come la piana alluvionale del Sarca tra l uscita della galleria naturale e l innesto con la circonvallazione di Linfano sia costituita da un orizzonte superficiale (10m max. di spessore) di materiali grossolani con addensamento crescente con la profondità poggiati su sedimenti elettricamente conduttivi dove sono rappresentate le classi granulometriche che vanno dai limi fino alle sabbie con ghiaie. I materiali più fini sono organizzati in lenti di spessore variabile e confinate tra 10 e 20m di profondità inglobate da terreni con scheletro granulare più importante. Al di sotto dei 20m (dei 15m all altezza della circonvallazione progr.00) ricompaiono sedimenti grossolani dotati di addensamento elevato (Vs>400m/s). La falda, che si trova a 4,5m sotto il piano campagna non da origine sulle sezioni ad un orizzonte elettricamente distinto e si individua per l inversione di resistività posta a circa mezza altezza dello strato grossolano superficiale. I dati di velocità delle onde di taglio presentano in generale un incremento dei valori nella prima decina di metri per diminuire successivamente fino a 12-15m e quindi risalire verso valori superiori a 400m/s. Nell area del pozzo di ventilazione i risultati della sismica a rifrazione identificano la presenza d un rifrattore molto potente a una decina di metri di profondità ricoperto da un corpo di frana a blocchi. L integrazione di un profilo ReMi, eseguito durante un fermo Loppio_Buse_relazione 22