IL CAMPO PROVE DELL’ACQUEDOTTO PUGLIESE IN AGRO DI ...

1. PREMESSA Il Comune di Castellana Grotte si è dotato di un

nuovo impianto depurativo con una sezione perl’affinamento ed accumulo delle acque reflue per ilriuso irriguo. L’entrata in vigore del D.M. 12 giugno2003 n.185 ha previsto (art. 8 comma 1) la neces-sità di uno scarico alternativo per le acque refluetrattate nel caso in cui non venga utilizzata l’interaportata. In ottemperanza al decreto legislativo152/06, si è pertanto individuato il recapito alterna-tivo e/o di emergenza “nel suolo e nei primi stratidel sottosuolo” con un sistema costituito da trinceedisperdenti.

Nell’aprile del 2007 l’Area Progettazione e Inge-gneria dell’Acquedotto Pugliese S.p.A. elaborava unprogetto mirato alla verifica del grado di assorbi-mento e vulnerabilità del sottosuolo nelle aree con-

termini l’impianto di depurazione. Al fine di otti-mizzare gli obbiettivi progettuali nonché di imple-mentare una fase di ricerca ed approfondimentoper tale tipologia di recapito finale, l’AQP si èavvalso della collaborazione del Dipartimento diIngegneria Civile ed Ambientale (DICA) del Poli-tecnico di Bari sia per la fase di rilievo e analisi deidati delle indagini geognostiche in sito, sia per laverifica del grado di funzionamento delle trinceedisperdenti attraverso un monitoraggio della duratadi due anni.

2. INQUADRAMENTO GEOLOGICO E IDROGEO-LOGICO

Il nuovo impianto di depurazione di CastellanaGrotte è ubicato nei pressi di Casino Simone a nordest dell’abitato, in direzione di Monopoli (Fig. 1). E’

posto ad una quota di circa 300 ms.l.m., in corrispondenza di un modestorilievo collinare delimitato a nord e a estda due linee di impluvio. La morfologiadel paesaggio è tipicamente carsica conla presenza di bacini endoreici, doline,inghiottitoi e grotte.

Nell’area affiorano estesamente i ter-mini della formazione del Calcare diAltamura riferibili all’intervallo Conia-ciano del Cretacico superiore (Fig. 2). Incorrispondenza di depressioni o solchierosivi è possibile osservare la presenzadi limitati spessori di depositi alluvionalie residuali costituiti da silts limosi rossa-stri.

Le peculiarità idrogeologiche del sot-tosuolo di Castellana Grotte sono daattribuire non tanto alla struttura litolo-gica del sottosuolo caratterizzata da unasuccessione di strati e banchi di calcari

- 27 -

ORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI - PUGLIA

n° 1/2-2008 pagg. 27-46

IL CAMPO PROVE DELL’ACQUEDOTTO PUGLIESE IN AGRO DI CASTELLANA GROTTE: METODOLOGIE D’INDAGINE PER LA

VALUTAZIONE DELLA CONDUCIBILITÀ IDRAULICA IN ZONA VADOSA

Alfredo De Giovanni (1), Pietro Pepe (2), Alessandro Reina (3)

(1) Iscritto n° 334 ORG Puglia, Acquedotto Pugliese Spa(2 )Iscritto n° 402 ORG Puglia, APOGEO s.c.a.r.l. di Altamura

(3) Iscritto n° 123 ES ORG Puglia, Dip. di Ingegneria Civile ed Ambientale, Politecnico di Bari

Figura 1 – Ubicazione dell’area di studio (stralciodalla Tavoletta IGM 190 IV SE della Carta d’Ita-lia in scala 1:25.000)

conseguentemente una sensibileanisotropia nei confronti deimeccanismi di infiltrazione e cir-colazione delle acque sotterra-nee.

Localmente gli elementi idro-geologici, desunti dai dati deipozzi censiti (Fig. 3), indicanoche la falda si rinviene a profon-dità di circa 400÷450 m dal pianocampagna ed è in pressione. Ilivelli statici osservati in alcuni

- 28 -

A. DE GIOVANNI , P. PEPE , A. REINA: Il campo prove dell’Acquedotto Pugliese...

PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI POZZI CENSITI*

Diametro del foro

Tratto rivestitoTratto non

rivestitoNumero

Quota p.c.

(m s.l.m.)

Profondità

(m)

da a da a

Livello

statico dal

p.c. (m)

Portata

(l/s)

Depressione

(m)

Portata

specifica

(l/s m)

2 310 550 300 0 420 250 420 550 300 15 150 0,1

3 293 490 300 0 400 250 400 490 290 15 - -

5 270 350 320 0 250 220 250 350 210 6 10 0,6

6 265 522 220 0 522 220 522 522 260 10 - -

7 306 402 350 0 300 220 300 402 300 12 18 0,66

9 290 550 300 0 420 250 420 550 270 15 - -

10 340 - - - - - - - - - - -

12 293 696 330 0 364 220 364 696 258 9 8 1,12

13 285 500 310 0 420 250 420 500 262 15 28 0,53

17 288 540 310 0 300 220 300 540 250 5 30 0,16

18 350 587 350 0 350 220 350 587 299 - - -

Figura 2 – Principali caratteri geologici dell’area d’indagine esezione geologica: 1) Depositi argillosi eluvio-colluvali; 2) Cal-cari; 3) Ubicazione campi prova; 4) Faglie; 5) Giaciture distrato; 6) Linee di impluvio; 7) Spartiacque; 8) Traccia di sezionegeologica

Figura 3 – Ubicazione dei pozzi analizzati per la ricostruzione delcontesto idrogeologico, con indicazione delle linee isopiezometri-che principali: 1) Ubicazione campi prova; 2)Identificativo pozzo;3) Linee isopiezometriche ( m s.l.m.) dal PRA Regione Puglia

Figura 4 – Principali lineamenti geomorfologici dell’area d’inda-gine: 1) Calcari; 2) Depositi argillosi eluvio-colluvali; 3) Ubicazionecampi prova, perforazioni e scavi; 4) Doline e/o bacini endoreici; 5)Linee spartiacque; 6) Linee di impluvio; 7) Giaciture di strato

Tabella 1 – Principali caratteristiche dei pozzi censiti

e calcari dolomitici, quanto alla distribuzione dellediscontinuità (piani di strati, fratture e faglie) e dellemanifestazioni carsiche (terra rossa e cavità) checonferiscono al substrato sedimentario una per-meabilità secondaria per fessurazione e carsismo e

pozzi posti nelle vicinanze del depuratore indicanoanche quote di 50 m s.l.m (Tab. 1).

3. METODOLOGIE DELLE INDAGINI GEOGNO-STICHE

Al fine di stabilire le condizioni idrogeologicheiniziali per lo smaltimento delle acque di scaricocon le trincee disperdenti sono stati realizzati duecampi prove.

Il Campo prova n.1, posto in corrispondenza diuna solco erosivo (impluvio), presenta in affiora-mento depositi di terra rossa ed è ubicato ad unadistanza maggiore dal depuratore rispetto al Campo

prova n. 2. Quest’ultimo è ubicato in adiacenza aldepuratore, all’incirca alla stessa quota altimetrica epresenta in affioramento strati di calcari e calcaridolomitici (Fig. 4).

L’acquisizione dei dati geologici e idrogeologicinei due campi prova si è articolata attraverso il rile-vamento geologico e con l’ausilio di un consistentenumero di indagini geognostiche dirette ed indi-rette (Fig. 5 e 6).

In particolare, nei due campi prova sono stateeseguiti:– sondaggi a carotaggio continuo di profondità

variabili tra 8,0 e 40 m.; – prove di permeabilità tipo Lefranc (a carico

costante) e prove di permeabilità tipo Lugeon abasse pressioni (intervallo 0,5÷2,5 atm);

– sondaggi elettrici verticali (S.E.V.);

- 29 -


Figura 5 – Campo prova n.1 - Stralcio planimetrico ed ubica-zione indagini: A) Perforazioni e scavi geognostici; B) Indaginigeofisiche; 1) perforazioni; 2)scavi; 3) tomografia elettrica 2D;4) tomografia elettrica 3D; 5)sondaggio elettrico verticale

Figura 6 – Campo prova n.2 - Stralcio planimetrico ed ubica-zione indagini: A) Perforazioni e scavi geognostici; B) Indaginigeofisiche; 1) perforazioni; 2)scavi; 3) tomografia elettrica 2D;4) tomografia elettrica 3D; 5)sondaggio elettrico verticale

– tomografie elettriche 3D nell’intorno dei fori disondaggio prima, durante e dopo le prove diimmissione, con elaborazione dei dati per mezzodi metodologia time-laps;

– scavi in roccia di dimensioni pari 4,0x10,0 m atte-stati per almeno 2,0 m nella roccia in posto;

– prove di assorbimento a carico costante all’in-terno degli scavi in roccia con installazione disensori per il monitoraggio remoto di livelli idrici,temperatura, pH, torbidità;

– tomografie elettriche 2D con visualizzazione deirisultati su pseudosezioni di resistività apparenteed inversione dei dati mediante apposito algo-ritmo (Loke).

3.1 Rilievi, sondaggi e scaviLe perforazioni ad andamento verticale sono

state eseguite con la tecnica della rotazione a caro-taggio continuo con impiego di doppio carotieredel diametro di 101mm.

L’analisi delle stratigrafie dei sondaggi a carotag-gio continuo effettuati in corrispondenza delCampo prova n.1, ha evidenziato per tutto lo spes-sore attraversato la presenza di roccia calcarea frat-turata e a luoghi molto fratturata, con frequentiintercalazioni di terra rossa. La presenza di terrarossa è visibile nelle fessurazioni ma risulta ancheintercalata agli strati rocciosi con intervalli decime-trici accompagnati da clasti calcarei di dimensionicentimetriche.

Nel suo insieme si tratta di un ammasso rocciosocon un grado di fratturazione elevato e con marcateevidenze di affezioni di origine carsica, evidenziatodalla presenza di cavità diffuse, livelli ”cariati”,talora alterati e con tracce di ricristallizzazione.

Il grado di qualità della roccia, ricavato anchedalla valutazione del rapporto RQD (estremamentebasso, con un range dello 0÷20%), indica unammasso dalle caratteristiche tecniche “molto sca-denti” (Foto 1).

I rilievi effettuati sui fronti di roccia visibili aseguito della apertura degli scavi hanno sostanzial-mente confermato lo stato di intensa fessurazioneper fratturazione dell’ammasso roccioso.

Il rilievo strutturale dell’ammasso roccioso, incorrispondenza degli scavi, ha evidenziato che perentrambi i campi prova è risultata ben evidente lafamiglia di discontinuità con direzione appenninica.

In corrispondenza del Campo prova n.1 si èriconosciuta una famiglia di discontinuità con dire-zione N 65°-75°W e due con direzioni N50°-60°W eN70°-80°W.

Nel Campo prova n.2, le famiglie di disconti-nuità hanno direzioni N20°-40°W (la misura N40°Wè risultata la più frequente) con sporadiche misura-zioni N50°W e N10°-15°W, che ragionevolmentepossono essere associate alla stessa famiglia di dis-continuità (Fig. 7).

Nel complesso l’ ammasso roccioso del Campoprova n.1 si mostra con una fitta rete di fratture pre-valentemente sub verticali, per lo più chiuse e sub-ordinatamente aperte (d>2mm) con terra rossa. Laestrema anisotropia strutturale si manifesta su brevidistanze, tanto che anche su un medesimo fronte discavo, le osservazioni svolte non sono state effet-tuate per l’intera lunghezza del fronte, per la pre-senza di tratti in cui la roccia si presentava non inte-gra ed eccessivamente fratturata.

I rilievi svolti in corrispondenza del Campoprova n.2 hanno portato a considerazioni abba-

- 30 -


Foto 1 – Campo prova n.1 - Cassette catalogatrici relative al sondaggio S02

stanza differenti rispetto a quelle desunte per ilCampo Prova n.1. Le perforazioni hanno eviden-ziato la presenza di una roccia intensamente frattu-rata, ma con un grado di fratturazione decisamenteinferiore, sia pure non omogeneo in tutti i son-daggi, e scarsa presenza di terra rossa e di manife-stazioni carsiche in genere (cavità).

In particolare il valore di RQD (25÷50%) risultanel complesso decisamente più elevato rispetto aquello osservato per il Campo Prova n.1 (Foto 2).

Il rilievo strutturale svolto negli scavi ha confer-mato quanto già desunto in prima analisi dai caro-taggi, evidenziando la presenza di un ammasso roc-cioso con caratteristiche fisiche sensibilmente diffe-renti da quelle osservate nel primo campo, mavariabili anche nell’ambito dello stesso campoprova.

Al fine di assegnare una classificazione “uni-voca” dell’ammasso roccioso, partendo natural-mente dalla sintesi delle osservazioni svolte siadurante i rilievi di superficie che dall’analisi deicarotaggi effettuati, oltre che naturalmente dal pun-tuale rilievo strutturale svolto, si è ritenuto utileassociare dette risultanze alle classificazioni di Bar-ton e di Bieniawsky (Tab. 2a e 2b).

Con entrambe le classificazioni l’ammasso roc-cioso può essere associato ad una qualità scadente.

3.2 Prove di permeabilità: Lefranc e LugeonLe prove di permeabilità in foro sono state effet-

tuate per valutare la conducibilità idraulica dell’am-masso roccioso e, in seconda analisi, per determi-narne il grado e il tipo di fratturazione.

Al fine di mantenere elevata l’attendibilità di cia-scuna prova si è cercato di curare in particolare:

– la realizzazione di una sezione filtrante di geo-metria definita con minimo disturbo del terrenocircostante, utilizzando come fluido di circola-zione solo acqua pulita;

– l’ottenimento di un moto laminare dell’acquaimmessa secondo schemi di flusso il più possi-bile simili ai modelli teorici;

– la conduzione delle prove in tempi sufficiente-mente lunghi per ottenere moti di fluidi in regimepermanente (stabilizzazione della prova)

– le immissioni di acqua con caratteristiche chimicofisiche assimilabili al potabile (tab. 3).

Sono state eseguite complessivamente n. 24prove di permeabilità di tipo “Lefranc” all’internodelle aree in esame.

Le prove, condotte a carico idraulico costante,sono state svolte sul tratto terminale dei sondaggigeognostici (φ=101 mm) spinti fino alla profonditàdi 8 m dal p.c., mentre per i sondaggi di 40m dalp.c. sono state eseguite in avanzamento, a diverseprofondità ed intervalli regolari di 5 m o 10 m.

Sono state eseguite tre prove di immissione perogni foro di sondaggio.

Nel corso della prova è stata misurata la portatanecessaria a mantenere costante per circa 10minuti, il livello dell’acqua nel foro dopo la pre-ventiva saturazione del terreno in modo tale da sta-bilire un regime di flusso idrico permanente. Lasaturazione del terreno è stata necessaria in quantola prova ha interessato l’ammasso roccioso postomolto al di sopra della falda idrica. La costanza dellivello piezometrico è stata verificata con un’astagraduata se prossimi al boccaforo e con una son-dina piezoelettrica se in profondità.

- 31 -


Foto 2 – Campo prova n.2 - Cassette catalogatrici relative al sondaggio S13

Il coefficiente di permeabilità è stato valutatoutilizzando la seguente formula generale (AGI,1977):

dove:Q = portata immessa (m3/s);F = coefficiente di forma (m);h = livello dell’acqua dal fondo del foro (m).

La valutazione del coefficiente di forma è stataimpostata in base alle caratteristiche della prova ealle condizioni idrogeologiche; si è ritenuta ade-guata la seguente formula:

dove:L = lunghezza del tratto investigato (m);D = diametro del foro di prova (m).Il coefficiente di Forma è stato altresì confrontatocon il grafico riportato nella Tabella 4.

Si è inoltre proceduto alla determinazione delcoefficiente di permeabilità con il metodo diNasberg-Terletskata secondo la seguente formula:

dove:h = altezza d’acqua nel tratto di foro assorbente (m);q = portata iniettata (m3/s);d = diametro del tratto di foro assorbente (m).Tale espressione è valida, come in questo caso,solo se risulta 25<Δh/d<100,

Sono state condotte n. 22 prove di permeabilitàdi tipo “Lugeon” negli stessi fori di sondaggio doveerano state precedentemente eseguite le proveLefranc a carico costante.

Per le prove è stata utilizzata la seguente attrez-zatura:– otturatore singolo, costituito da un tubo metallico

con membrana di gomma gonfiabile contro laparete del foro;

– pompa con pressioni d’iniezione superiori a 1MPa;

– conta litri, inserito nel circuito di mandata della

- 32 -


Tabella 2 – Classificazione del-l’ammasso roccioso secondoBeniawski (2a) e Barton (2b)

pompa, per la misura delle portate immesse, conprecisione di 0,1 litri;

– manometro per la misura della pressione di inie-zione, con precisione di 0,05 MPa;

– tubazioni idrauliche di adduzione dell’acqua neltratto di prova;

– registratore a rullo collegato alle apparecchiature

suddette della marca Camille Bauer modelloLINAX L200, per la registrazione su carta millime-trata delle portate immesse e della pressione diiniezione per ogni singolo intervallo di prova.Le prove sono state eseguite effettuando tre

diversi gradini di pressione in salita e ripetendo glistessi primi due gradini in discesa. Ciascun gradinodi portata è stato mantenuto per circa 10 minutidopo il raggiungimento della stabilizzazione degliassorbimenti e la costanza della portata è stata con-trollata ogni 2 min.

La scelta dei valori dei gradini di pressione èdipesa dal tipo di ammasso roccioso e dagli obiet-tivi progettuali. Nel sito in esame sono stati eseguitii seguenti gradini di pressione, generalmente utiliz-zati per ammassi rocciosi molto fratturati: 0,5 – 1,5– 2,5 – 1,5 – 0,5 bar.

In tutti i casi, dopo un’accurata pulitura del foro,sono state rivestite le pareti delle perforazioni pertutto il tratto non direttamente interessato dallaprova.

Avendo operato con basse pressioni, il coeffi-

- 33 -


Tabella 3 - Principali caratteristiche chimico-fisiche dell’acquautilizzata per le prove di permeabilità (Fonte: Vigilanza Igie-nica – Direzione Operativa - Acquedotto Pugliese S.p.A.)

Tabella 4 – Scheda riassuntiva calcolo coefficiente di permeabilità da prova Lefranc utilizzata per tutte le prove

ciente di permeabilità è stato valutato secondo laseguente formula:

dove:Q = portata immessa (m3/s);γω = peso specifico dell’acqua (t/m3);F = coefficiente di forma;Pc = pressione corretta ottenuta attraverso la for-mula:

dove:Pe = Pc = pressione corretta (t/m2); Pm = pressione al manometro (t/m2);H = altezza della colonna d’acqua (m);Hp =perdite di carico in altezza dell’acqua (m).

Per la valutazione del coefficiente di forma èstata utilizzata la stessa formula utilizzata nel casodelle prove Lefranc a carico costante, in quanto talevalore risulta legato alle caratteristiche geometrichedel foro di sondaggio e alle caratteristiche geolitolo-giche del terreno attraversato, per cui non soggettoa cambiamenti in quanto tali caratteristiche sonorimaste inalterate durante l’esecuzione successivadelle due prove per ogni foro di sondaggio (Tab. 5).

3.3 Prove di assorbimento in scavo Le prove eseguite in trincea consentono di valu-

tare la permeabilità dei terreni superficiali al disopra del livello di falda idrica. Le prove possonoessere effettuate in condizioni di carico costante e dicarico variabile. La prova a carico variabile è stataeseguita subito dopo la prova a carico costante. Taleprova risulta essere più rappresentativa della prece-dente in quanto evidenzia meglio, dal punto di vistafisico, lo smaltimento delle acque depurate cosìcome avverrà realmente nel momento in cui si rea-lizzeraano in tale sito le trincee disperdenti.

In riferimento alle portate assorbite dalla trincea,nella prova a carico costante e a carico variabile, èstato valutato il valore della permeabilità facendoriferimento, in prima approssimazione, allaseguente formula:

dove:Q = portata assorbita (m3/s);A = superficie filtrante totale (m2);J = gradiente idraulico.

Sono state eseguite due trincee disperdenti, unaper ogni campo di prova, corrispondenti a duescavi in roccia opportunamente predisposti didimensioni 4,00x10,00 attestati per almeno 2,0 mnella roccia (Fig. 8).

- 34 -

Tabella 5 - Scheda riassuntiva calcolo coefficiente di permeabilità da prova Lugeon utilizzata per tutte le prove


Le pareti e il fondo degli scavi sono state rego-larizzate con opportuni mezzi meccanici al fine diottenere delle superfici regolari (Foto 3 e 4).

Le prove a “carico costante” hanno avuto unadurata di circa 10 giorni per lo scavo effettuato nelCampo prova n.1 e 54 ore per lo scavo eseguito nelCampo prova n. 2, con battenti idrici medi rispet-tivamente pari a 1,00 e 0,80 metri (Foto 5).

Al fine di simulare un’immissione repentina diacqua nelle trincee (così come può avvenire nellefasi di esercizio dell’impianto) è stata altresì effet-tuata una prova di permeabilità a carico variabileimmettendo acqua direttamente negli scavi attra-verso 2 autobotti da 5 m3.

Le prove di assorbimento a carico variabilehanno avuto una durata di circa 44 ore per loscavo sito nel Campo prova n.1 e 18 ore e mezzoper lo scavo eseguito nel Campo prova n.2, conbattenti idrici rispettivamente di 2,00 e 1,20 metri(Foto 6).

Gli abbassamenti nel tempo, i valori di pH, tem-peratura e torbidità, sono stati misurati attraverso lacentralina di registrazione (data-logger) che hamemorizzato i dati su supporto magnetico conapprossimazione temporale di 60 secondi.

I dati riassuntivi di tutti i parametri rilevati sonoriportati nei grafici delle tabelle 6 e 7.

3.4 Prospezioni geofisicheFra le metodologie di indagine indirette la meto-

dologia geoelettrica è stata ritenuta la più appro-priata sia per ricostruzione geologico-stratigraficadel sito sia per le attività di monitoraggio e con-trollo durante le prove di immissione.

Non si riportano nel presente articolo richiamisulla metodologia per le quali si rimanda allanumerosa bibliografia disponibile mentre si ripor-tano informazioni sugli approcci metodologici uti-lizzati sia in fase di acquisizione che di inversionedei dati.

E’ stata utilizzata una strumentazione costituitada un georesistivimetro Syscal Pro Switch 96 a 10canali di registrazione in grado di gestire 96 elet-trodi contemporaneamente.

La campagna di indagini geofisiche è stata ese-guita utilizzando diverse configurazioni elettrodichecon metodologie 2D e 3D. In particolare, sono stateeseguite Tomografie elettriche 2D nell’intorno degliscavi geognostici e Tomografie Elettriche 3D in cor-rispondenza dei fori di sondaggio in cui venivano

- 35 -


Figura 7 – Orientazione deisistemi delle discontinuità

3D si è utilizzato il Software ErtLAB della Multi-Phase Technologies LLC e Geostudi Astier s.r.l..Il RES2DINV ha consentito di eseguire contem-

poraneamente inversioni di resistività per i Tempi 0ed 1. I risultati sono stati rappresentati secondopseudosezioni di resistività bidimensionali. Lepseudosezioni relative ad ogni tomografia elettricasono state riportate in scala.

Le elaborazioni eseguite mediante il softwareERTLAB sono state rappresentate mediante slicesorizzontali a varie profondità ai Tempi 0, 1 e 2.

Sono stati, inoltre, rappresentati i volumi in cuila differenza percentuale dei valori di resistività aiTempi 0 e 1 risultava maggiore di zero e di conse-guenza i volumi in cui si è avuta una maggioreinfluenza dell’immissione di acqua (Fig. 11).

Come ben noto le prospezioni geofisiche (concampi di forze artificialmente indotti) essendo inda-

eseguite le prove di permeabilità. Su ogni griglia 3D sono state eseguite 2786

misure di resistività utilizzando i metodi Dipolo-Dipolo (1036 letture), Wenner-Schulmerger (336letture) e Polo-Dipolo (1414 letture); per ogni pro-filo 2D sono state eseguite, invece, 3993 letture,rispettiva mente Dipolo-Dipolo (1749 letture), Wen-ner-Schulmerger (315 letture) e Polo-Dipolo (1929letture).

Si è inoltre proceduto ad acquisire i dati in fasitemporali successive (time-lapse) al fine di monito-rare l’effetto indotto sui valori di resistività dall’im-missione di acqua.

Ai fini dell’interpretazione dei risultati sono statiutilizzati principalmente 2 software:1. Per le elaborazioni delle Tomografie Elettriche

2D si è utilizzato il software RES2DINV;2. Per le elaborazioni delle Tomografie Elettriche

- 36 -


Foto 3 – Campo prova n.1 – Scavo geognostico SC1 (4,0x10,0x2,1 m) utilizzato per prove di permeabilità di lunga durata; si noti ladiffusione della terra rossa

- 37 -

Foto 4 – Campo prova n.2 – Scavo geognostico SC6 (4,0x10,0x2,5 m) utilizzato per prove di permeabilità di lunga durata; si noti comerispetto al Campo Prova n.1, la terra rossa abbia una distribuzione concentrata

Foto 5 – Campo prova n.1 – Fase di preparazione della prova dipermeabilità a carico costante nello scavo SC1; in primo pianomisuratore livello idrico ad ultrasuoni

Foto 6 – Campo prova n.2 – Visione d’insieme della scavo SC6attrezzato per la prova di permeabilità di lunga durata; da destraa sinistra: sonda per la misura della torbidità ad immersione;sonda per la misura del pH e temperatura; punto di immissionedell’acqua


gini indirette richiedono come input un modellogeologico.

Nel caso in esame l’assetto litostratigrafico risultaricostruito in modo esaustivo: le linee di alterazioneal modello geofisico risultano ascrivibili alle intera-zioni con le circuitazioni idriche e ovviamente all’e-terogeneità del sottosuolo in esame, che produ-cono distorsioni marcate al campo elettrico artifi-

cialmente indotto.Con tale input determinativo si sono potute

affrontare le problematiche relative alle dualità diinterpretazione (principio di equivalenza geofisica)delle variazioni della risposta del parametro fisicomisurato. In fase di applicazione dei modelli diinversione del dato si sono potute esperire forza-ture di iterazione, proprio perché note le condi-

- 38 -


Tabella 6 – Variazione di: volumi di acqua assorbiti (m3), pH, Temperatura e torbidità nel corso della prova di permeabilità a caricocostante nello scavo SC01 (Campo prova n.1) della durata di 10 giorni

zioni geologiche. La metodologia “time-lapse” è stata eseguita al

fine di valutare l’effetto che una “sollecitazioneesterna” (nel caso specifico l’immissione di acqua)può generare sulla distribuzione spaziale delle resi-stività.

In definitiva il metodo Time-Lapse nel caso spe-cifico ha consentito di monitorare il deflusso delle

acque in profondità e ottenere informazioni sulstato di fratturazione e carsificazione dell’ammassoroccioso definendo anche i principali aspetti geo-strutturali.

Una fase di studio successiva potrebbe consen-tire, attraverso una idonea conoscenza delmodello geologico e la taratura con metodi diretti,di eseguire correlazioni fra i valori di resistività e i

- 39 -

Tabella 7 – Variazione di: volumi di acqua assorbiti (m3), pH, Temperatura e torbidità nel corso della prova di permeabilità a caricocostante nello scavo SC06 (Campo prova n.2) della durata di 54 ore


valori di permeabilità del sottosuolo. Considerata la velocità di acquisizione della stru-

mentazione utilizzata si è scelto di eseguire un ele-vato numero di misure di resistività acquisendo,per ogni stendimento a griglia 3D, le metodologieDipolo-Dipolo, Polo Dipolo e Wenner.

Ciò ha consentito di poter analizzare qualitativa-mente i dati prima della fase di elaborazione elimi-

nando tutti i dati con Deviazione Standard supe-riore al 2%. In base alle letture fornite su supportomagnetico, la percentuale di dati rigettata è statasempre inferiore allo 0,5%.

Le attività di indagini geofisiche sono state sud-divise in cinque fasi temporali (ripetute per ognicampo di prova), che possono essere così schema-tizzate:

- 40 -

Foto 7 – Panoramica del campo prova n.2; fase delle misure ditomografia elettrica 3D durante l’esecuzione delle prove di per-meabilità in foro (cella n.9 - tempo T1)

Foto 8 – Particolare del georesistivimetro utilizzato per le tomo-grafie 2D e 3D


Figura 8 – Schema prova di permeabilità a carico costante in trincea di prova

- 41 -

Figura 9 – Campo prova n.1 – Tomografia elettrica n.1 (2 m aNE dello scavo SC1) - Al Tempo 1 (stato di prova) la forte ano-malia negativa (in blu) testimonia l’infiltrazione dell’acqua neivolumi di roccia in maniera concentrata

Figura 10 – Campo prova n.2 - Tomografia elettrica n.17 (2 ma SO dello scavo SC6) – Evidente differenza fra le sezioni dipseudoresistività al Tempo 0 (stato naturale) ed al Tempo 1 (statodi prova) dovuta alla forte anomalia negativa a “goccia” determi-nata dall’immissione di acqua nello scavo


Fase 1A: esecuzione di indagini geoelettriche3D prima dell’esecuzione delle prove di permeabi-lità nei fori di sondaggio (tempo T0);

Fase 1B: esecuzione delle indagini geoelettriche3D durante l’immissione continua di acqua nei foridi sondaggio (tempo T1);

Fase 1C: esecuzione delle indagini geoelettrichesubito dopo l’esecuzione delle prove di permeabi-

lità nei fori di sondaggio (tempo T2);Fase 2A: esecuzione delle indagini geoelettriche

2D nell’intorno dello scavo di prova prima dell’im-missione di acqua (Tempo T0);

Fase 2B: esecuzione delle prove di permeabilitànell’intorno dello scavo durante l’esecuzione dellaprova di permeabilità a carico costante dopo almeno48 ore di immissione continua di acqua (Tempo T1).

- 42 -

Tab. 8 – Risultati delle Prove di permeabilità in foro a carico costante tipo Lefranc

Tabella 10 – Risultati delle Prove diassorbimento a carico costante nelloscavo SC1

Tabella 11 - Risultati delle Prove diassorbimento a carico variabile nelloscavo SC1

Tabella 9 – Risultati delle Prove di permeabilità in foro tipo Lugeon


4. INTERPRETAZIONE DEI RISULTATI E VALU-TAZIONE CONDUCIBILITÀ IDRAULICA

4.1 Prove di permeabilitàAttraverso l’applicazione delle formule indicate

nel paragrafo 3, è stato possibile valutare la condu-cibilità idraulica dei siti in esame. I singoli valoriottenuti con le diverse prove e nei differenti puntidi indagine presentano lo stesso ordine di gran-dezza, pari a circa 10-6 m/s.

Ad ogni modo è bene fare alcune precisazioni inmerito ai risultati ottenuti; nel campo prova n. 1,sono state riscontrate situazioni nelle quali il valoredi conducibilità idraulica è molto elevato, tanto chenon è stato possibile eseguire correttamente taluneprove. Questa circostanza è da legarsi principal-mente alla presenza di vie preferenziali (fratture)con assenza di terra rossa attraverso le quali l’acquaimmessa si è dispersa rapidamente nel sottosuolorendendo difficile e talora impossibile la stabilizza-zione del flusso e quindi l’esecuzione di tali prove.

Le caratteristiche lito-stratigrafiche dell’ammassoroccioso nel campo prova n.2 hanno condizionatola valutazione del coefficiente di permeabilità: lapresenza di famiglie di fratturazioni e discontinuitàriempite di terra rossa, che durante le prove hannosubito un dilavamento, ha determinato la possibilitàche con il tempo la permeabilità dell’ammasso roc-cioso potesse aumentare sensibilmente. Nel casospecifico si è notato che la maggior parte dei valoridelle misure ottenute tendono col tempo ad unvalore dell’ordine di 10-5 m/s.

I risultati di tutte le prove di permeabilità sia inforo sia in scavo sono riportati nelle tabelle 8, 9, 10,11, 12 e 13.

4.2 Descrizione dei risultati delle indagini elet-triche: Tomografie Elettriche 2D, 3D

I risultati ottenuti dalle indagini hanno consen-tito di ottenere informazioni sulle direzioni di

deflusso dell’acqua nel sottosuolo, sui volumi inte-ressati e di correlare tali informazioni con gli studigeostrutturali eseguiti.

Le tomografie 2D sono state effettuate nell’in-torno degli scavi geognostici; considerate le elevatequantità di acqua immesse e la lunga durata delleprove, le pseudosezioni di resistività mostranomolto chiaramente l’effetto dell’infiltrazione dell’ac-qua (Figg. 9 e 10).

Nel Campo prova n.1 è stato possibile rilevareun forte abbassamento della resistività dopo l’im-missione di acqua nello scavo in corrispondenzadei profili tomografici TE 01, TE 04, TE 09 e TE 10(ubicati in prossimità dello scavo); le anomalienegative indotte si rilevano maggiormente a SSEdello scavo.

Nel Campo prova 2 le tomografie elettriche ela-borate prima dell’immissione hanno evidenziato lapresenza di un’anomalia positiva a SSE dello scavoSC6 con direttrice SW-NE; dopo l’immissione diabbondante acqua è stato possibile rilevare unabbassamento di resistività in corrispondenza delletomografie TE 17, TE 18, TE 22 e TE 23; tali tomo-grafie sono relativamente vicine allo scavo.

In entrambi i campi è stato possibile rilevare chein virtù della presenza delle fratture (con piani ver-ticali) la profondità delle anomalie negative indotte,aumenta allontanandosi lungo la verticale delloscavo.

In definitiva risulta abbastanza evidente che l’as-sorbimento dell’acqua è avvenuto secondo lineepreferenziali sub-verticali, e non anche orizzontali,come potrebbe avvenire in litotipi con permeabilitàprimaria omogenea ed isotropa.

Le tomografie elettriche 3D sono state acquisitenell’intorno dei fori di sondaggio prima durante edopo le prove di immissione. Rispetto alle tomo-grafie 2D realizzate vicine agli scavi, le quantità diacqua immesse sono state molto inferiori (dai 5 ai10 m3 per sondaggio) e ed è stato, quindi, sicura-

- 43 -

Tabella 12 - Risultati delle Prove di assorbimento a caricocostante nello scavo SC6

Tabella 13 - Risultati delle Prove di assorbimento a caricovariabile nello scavo SC6


- 44 -

Figura 11 – Campo prove n.1 – Tomografia elettrica 3D: le slices rappresentano le variazioni di resistività alla profondità di 2,0 e 12m dal p.c.; in basso rappresentazione 3D dei volumi con differenza positiva di resistività tra il tempo T0 e il tempo T1 (elaborazioneeseguita con il metodo Time Lapse per mezzo del software ERTLAB)


mente più difficile apprezzare le variazioni di resi-stività indotte. In generale è stato comunque possi-bile apprezzare le aree in cui l’immissione di acquaha determinato un generale abbassamento di resi-stività (Fig. 11).

All’interno del Campo prova n.1 è stato possibilerilevare un’area conduttiva (di colore blu) che sisviluppa in direzione NW-SE ad andamentosinuoso. Tale area è attribuibile alla presenza didepositi terrosi conduttivi all’interno di una depres-sione morfologica. Le slices relative al Tempo 1indicano che l’immissione dell’acqua nei fori disondaggio determina un generale abbassamento diresistività nelle aree conduttive.

Nel Campo prova n.2 non si evidenzia la pre-senza di aree conduttive prima dell’immissione epertanto i valori di resistività misurati sono rappre-sentativi di un ammasso carbonatico fratturato ecarsificato con rara terra rossa. Dopo l’immissionesi nota un generale abbassamento delle resistività incorrispondenza dei sondaggi.

4.3 Sondaggi Elettrici VerticaliI sondaggi elettrici verticali sono stati eseguiti

per ottenere informazioni sulla geologia a profon-dità maggiori e sulla falda profonda.

Sono stati eseguiti due SEV con AB/2 fino a 1000metri; ciò ha consentito di ottenere informazionisulle variazioni di resistività lungo la verticale alcentro di ogni SEV fino da una profondità di circa400 metri.

In generale, è possibile rilevare un modello geo-fisico complesso con frequenti variazioni di resisti-vità lungo la verticale con valori elevati dovuti allapresenza di calcare molto compatto o cavità evalori molto bassi dovuti alla presenza di terra rossao alla falda profonda.

Il modello geofisico che meglio approssima lacurva sperimentale è costituito da 6 elettrostrati peril SEV 01 e 5 elettrostrati per il SEV 02.

Si vuole sottolineare che in entrambi i SEV ilmodello interpretativo indica la presenza di unforte abbassamento di resistività intorno ai 380metri. Tale dato potrebbe essere attribuito alla pre-senza della falda profonda in pressione.

5. CONCLUSIONIL’opportunità del campo prove dell’AQP di

Castellana Grotte ha confermato l’importanza dellageognostica applicata alla determinazione di pro-blematiche complesse quali quelle dell’analisi dei

processi di infiltrazione nelle porzioni insaturedegli ammassi rocciosi fratturati e carsificati.

Il dato più importante che emerge è la buonaomogeneità e comparabilità tra i valori di conduci-bilità idraulica rilevati attraverso le prove in foro acarico costante tipo Lefranc e le prove Lugeon ese-guite ai più bassi valori di pressione.

I risultati della tomografia elettrica e del monito-raggio mediante time-lapse resistivity tomopgraphy,hanno consentito di evidenziare macroscopica-mente la sezione interessata dal flusso nei diversimomenti temporali della sperimentazione.

Grazie a tali indagini è stato possibile verificarela presenza di fenomeni di infiltrazione secondo viepreferenziali concentrate, quali fratture e disconti-nuità di strato. Tale contesto strutturale ed idrogeo-logico, a rigore, non permetterebbe di interpretarei dati delle prove di assorbimento in scavo conmodelli che utilizzano le soluzioni numeriche del-l’equazione di Richards, basate sulle stesse ipotesidell’equazione di Darcy. Nel caso in esame, la valu-tazione della conducibilità idraulica è stata calco-lata, indirettamente, attraverso il rapporto travolumi assorbiti dalle trincee durante i periodi diprova e le sezioni di filtrazione, in considerazionesoprattutto delle modalità di filtrazione, del conte-sto geologico e di quello strutturale.

Il monitoraggio in remoto dei principali parame-tri chimico-fisici all’interno degli scavi (pH, tempe-ratura e torbidità) ha mostrato una possibileinfluenza delle condizioni ambientali, in particolarequelle atmosferiche, sulla variazione della capacitàdi assorbimento del suolo e degli strati superficialidi sottosuolo.

Al fine di raggiungere una valutazione qualita-tiva della permeabilità degli ammassi rocciosi car-bonatici, la ricerca futura sarà orientata alla verificadella possibile correlazione, ancorché localizzata acontesti specifici, tra le prove di permeabilità inforo e l’indice RQD.

RINGRAZIAMENTIIl campo prove di Castellana Grotte non sarebbe

stato possibile senza il proficuo interesse e l’attiva-zione dell’Area Progettazione e Ingegneria dell’Ac-quedotto Pugliese ed in particolare degli ingegneriRaffaele Andriani, Anna Angela Basile e FrancescaFresa, nonché degli ingegneri Antonio De Risi edAntonio Vona che hanno creduto fermamente nellarealizzazione di questa sperimentazione.

A tutti va il nostro più sincero ringraziamento

- 45 -


assieme agli operatori di campo ed ai collaboratoriDott. Franco Moccia, Dott. Giovanni Indelicato,Ing. Domenico Bruno e non ultimo Geom. VitoMoramarco che ha curato la delicata organizza-zione del cantiere.

BIBLIOGRAFIA BENETTI A., GODIO A., FERRARIS S. (2004) – Analisi

di processi di infiltrazione in zona vadosa –GNGTS - Atti del 22° Convegno Nazionale – 11.04

BARKER, R. AND MOORE, J., (1998) - The applica-tion of time-lapse electrical tomography in ground-water studies - The Leading Edge, 17, 1454-1458.

CELICO P. (1988) – Prospezioni idrogeologiche(Vol. 1). Liguori Editore, Napoli

CIARANFI N., PIERI P., RICCHETTI G. (1988) – Notealla carta geologica delle Murge e del Salento(Puglia Italia meridionale). Mem. Soc. Geol. It., 41,449-460

CIVITA M. (2005) – Idrogeologia applicata eambientale. Casa Editrice Ambrosiana, Milano

COLOTTA T. (2003) – Prontuario interattivo digeotecnica (Vol. 1). Dario Flaccovio, Palermo

FISCHANGER, F., MORELLI, G., LABRECQUE D.J. (2004)- Sviluppo di procedure di acquisizione ed elabo-razione dati per tomografia elettrica tridimensio-nale - La Geofisica dalla Ricerca alle ApplicazioniProfessionali, GeoFluid 2004, Piacenza

FISCHANGER, F., MORELLI, G., LABRECQUE, D.J.,OCCHI, M. (2007) - Monitoring resins injection with3D Electrical Resistivity Tomography (ERT) using

surface and multi-borehole electrode arrays -SAGEEP 20th Annual meeting, Denver

LOKE, M.H., 1999 - Time-lapse resistivity imaginginversion - 5th Meeting of the Environmental andEngineering Geophysical Society European Section.Proceedings. Em1

MAGGIORE M., STANISCI E. P. M., CROVACE F. (2004)– Caratteri idrogeologici del territorio di CastellanaGrotte (Bari). Grotte e Dintorni, 4 (7), 33-58

LABRECQUE D.J., MORELLI G., LUNDEGARD P. (1996)– 3-D Electrical resistivity tomography for environ-mental monitoring – In: Spies, B. (Ed.), Three-Dimensional Electromagnetics. SEG, Tulsa, OK.

MORELLI G., LABRECQUE D.J., (1996) - Advances inERT inverse modeling - European Journal of Envi-ronmental and Engineering Geophysics, 1, 171-186.

RAMIREZ A., DAILY W., LABRECQUE D., OWEN E.,CHESNUT D. (1993) – Monitoring an undergroundsteam injection process using electrical resistancetomography – Water Resources Res., 29: 73-87

REINA A. E PARISE M. (2002) – La successionestratigrafica delle Grotte di Castellana (Puglia Italiameridionale). Grotte e Dintorni, 2 (3), 31-41

REYONLDS J.M. (1997) – An introduction toapplied and environmental geophysics – Ed. Wiley

SASAKI, Y. (1994) – 3-D resistivity inversion usingthe finite-element method - Geophysics, 59: 1839-1848

TANZINI M. (2002) – L’indagine geotecnica. Col-lana di Geotecnica e Ingegneria geotecnica - DarioFlaccovio, Palermo

- 46 -


IL CAMPO PROVE DELL’ACQUEDOTTO PUGLIESE IN AGRO DI ...

Documents

Transcript of IL CAMPO PROVE DELL’ACQUEDOTTO PUGLIESE IN AGRO DI ...