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METODI DI INDAGINE

INDAGINI GEOGNOSTICHE

Il sottosuolo può essere caratterizzato dal punto di vista geologico, geotecnico egeomeccanico attraverso indagini:

indirette (misurano la variazione di determinate caratteristiche e permettono dirisalire successivamente alla definizione del terreno che costituisce il sottosuolo);

dirette (consentono un rilievo diretto e dettagliato del terreno).

Indagini indiretteMETODI GEOFISICI

Utilizzano le variazioni, rilevabili in superficie, di alcuni parametri geofisici per la definizione della geometria e delle caratteristiche di corpi geologici sepolti.

Possono essere distinti in metodi che impiegano:

campi naturali ⇒ misurano un campo di forze sulla superficie terrestre e cercano di individuare le anomalie dovute a disomogeneità del terreno: Prospezione gravimetrica, Prospezione magnetica.

campi artificiali ⇒ studiano il comportamento di un campo artificiale che può venire influenzato da corpi o strutture sepolte: Prospezione elettrica, prospezione sismica.

METODI GEOFISICI(indagini indirette)

Una prospezione consiste nel distribuire un certo numero di punti di rilevamento secondo una maglia più o meno fitta di stazioni, in funzione delle dimensioni, profondità e contrasti di proprietà della struttura da rilevare e del rapporto costi/benefici.

METODI GEOFISICI (indagini indirette)

Metodi geofisici: Geoelettrico: segnale elettrico in corrente continua funzione della

resistività delle rocce attraversate. Geosismico: onde sismiche di compressione (P), di taglio (S) e di

superficie (R). Interpretazione di onde di riflessione e di rifrazione

Ricostruire il profilo stratigrafico. In particolare, la posizione di un eventuale basamento roccioso o substrato resistente

Stabilire la posizione della superficie della falda freatica o la presenza di corpi idrici sotterranei

Necessità di abbinare prove geofisiche con carotaggi geognostici!

OBIETTIVI

Geo-elettricaProfili di resistività

PROSPEZIONE ELETTRICAMETODO DELLA RESISTIVITA’

Questo metodo si basa sulla misura delle variazioni della resistività delle rocce o di un terreno, cioè di unagrandezza fisica che esprime l’attitudine di un materiale a lasciarsi attraversare da una corrente elettrica.

L’unità di misura della resistività è Wm.

I minerali costituenti le rocce sono, tranne rare eccezioni come la grafite e alcuni solfuri, degli isolanti perfetti,per cui la resistività assume valori notevolmente elevati. Tuttavia la presenza nei vuoti di elementi caratterizzatida una bassa resistività, come acqua o presenza di terreno, fa si che i valori di resistività si abbassino in modosensibile.

Questi fattori fanno si che a parità di tipo litologico la resistività sia influenzata principalmente dalla porosità delmezzo.

Il dispositivo frequentemente adottato per la misura della resistività è il quadripolo di Schlumberger.


METODI DI PROSPEZIONE ELETTRICA

• Metodo dei Sondaggi Elettrici (Profili Verticali)a) Quadripolo Schlumberger;b) Quadripolo Wenner;c) Dipolo - Dipolo

• Metodo dei profili orizzontali di resistivitàa) Quadripolo Schlumberger;b) Quadripolo Wenner;


SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE

Nel quadripolo Wenner il centro rimane invariato e gli elettrodi sono sistemati in modo equidistante rispetto al centro

Nel quadripolo Schlumberger lo schema rimane sempre AMNB ma la distanza tra gli elettrodi AM e NB dipende da n multiplo n (dato dal rapporto AM/MN = n) e dalla distanza tra gli elettrodi di corrente A e B.

Vantaggi: Utile avalutare la presenzadi strati orizzontali;

Svantaggi: meno pereventuali struttureverticali.

Vantaggi:Discretamente sensibilesia agli strati orizzontaliche verticali.


SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE

I Metodi di prospezione elettrica Wenner e Schlumberger, sono costituiti da una linea di invio AB(collegata ad una batteria), destinata ad immettere nel terreno una corrente continua di nota intensità i e unalinea di misura MN munita di potenziometro P destinata a misurare la differenza di potenziale che si creaper effetto della resistenza opposta dai terreni al flusso di corrente immessa


Allargando ad ogni misura i quattro elettrodi mantenendo invariato il centro del quadripolo si ottiene un SONDAGGIO ELETTRICO VERTICALE (SEV)


Spostando ad ogni misura i 4 elettrodi, senza mantenere invariato il centro, lungo un allineamento orizzontale PROFILO DI RESISTIVITA’

MODELLO 1D


In un modello 2D la resistenza può variare in entrambe le direzioni orizzontali e verticali. La rappresentazione 2D èun giusto compromesso tra costi ed attendibilità dei risultati.Mentre un profilo 1D comprende circa 10/20 letture, un profilo 2D permette di eseguire 100/1000 letture e un profilo3D 1.000.000 di letture.

La Tomografia 2D viene eseguita mediante un numero di elettrodi maggiore di 20 connessi ad un misuratore diresistività che a sua volta è collegato ad un laptop per la elaborazione dei dati registrati.

MODELLO 1D


In un modello 2D la resistenza può variare in entrambe le direzioni orizzontali e verticali. La rappresentazione 2D èun giusto compromesso tra costi ed attendibilità dei risultati.Mentre un profilo 1D comprende circa 10/20 letture, un profilo 2D permette di eseguire 100/1000 letture e un profilo3D 1.000.000 di letture.

La Tomografia 2D viene eseguita mediante un numero di elettrodi maggiore o uguale di 20 connessi ad un misuratoredi resistività che a sua volta è collegato ad un laptop per la elaborazione dei dati registrati.

Il DATA POINT ottenuto rappresenta lamisura di potenziale elettrico che giace incorrispondenza del punto medio del set delettrodi utilizzato e che la profonditàdipende dalla spaziatura utilizzata.

Al DATA POINT è associato un volume diterreno in modo da rappresentare l’interovolume di indagine in tanti singolivolumetti.


Immaginiamo di disporre n.20 elettrodi e di effettuare misure secondo una disposizione WENNER.

Lo strumento verrà posto sui primi 4 elettrodi ad una distanza paria a 1a, si invierà corrente ai 2 esterni e si misureràil potenziale tramite i due centrali.

Si ripeterà la medesima operazione per distanze pari a 2a, 3a, 4a, fino al limite massimo consentito di 20 elettrodi.

Si nota che all’aumentare della spaziatura decresce il numero di letture ma aumenta la profondità.

Perciò il numero di misure effettuabili lungo lo stesso orizzonte dipende dalla geometria.


Essendo nota l’intensità di corrente i inviata al sottosuolo, la misura di potenziale è tramutata in resistività apparente.(per resistività apparente si intende la resistività media di un volume di terreno direttamente investito da n flusso dicorrente)

N.B.: per misurare la massima profondità raggiungibile per mezzo di uno schema, si moltiplica la distanza elettrodicausata «a» oppure la massima distanza «L» dello schema per un fattore di profondità.


Le tecniche 3D forniscono risultati più accurati, ma sono ancora estremamente costose a causa dei lunghi tempi diacquisizione legati all’impossibilità di effettuare più di una misura nello stesso tempo, ed ai tempi di elaborazionedella maggiore mole di dati.

acqua ρ=10-100 Ω⋅m

acqua di mare ρ= 2-3 Ω⋅m

Profilo di resistività da geoelettrica

Profilo stratigrafico da geoelettriche


Come abbiamo visto la profondità di investigazione può variare da poche decine a varie centinaia dimetri, si comprende come i sondaggi elettrici e i profili di resistività, si prestino sia a studi di dettagliodi zone limitate, sia a studi di carattere regionale.

Le applicazioni più frequenti riguardano lo studio delle serie alluvionali, la ricostruzionedall’andamento dello spessore dei materiali acquiferi, oppure del tetto di un substrato rocciosoacquifero sepolto sotto una coltre di depositi poco resistivi e alla ricerca di sacche di gas metano epetrolio.

Geo-sismica

PRINCIPI DEI METODI GEOSISMICI

Sismica a rifrazioneSismica a riflessione

PRINCIPI DEI METODI GEOFISICI

Questi metodi geofisici si basano sulle leggi di Snell, alle quali occorre brevemente accennare per facilitare lacomprensione dei fenomeni che determinano percorsi, geometrie, velocità e caratteristiche dei raggi sismici.

• si denoti un piano di incidenza individuato dal raggio incidente e dalla normale alla superficie di discontinuità tra ilmezzo 1 e il mezzo 2;

• si supponga un’onda che colpisca la superficie di separazione tra i due mezzi aventi caratteristiche meccanichedifferenti: parte dell’onda incidente subirà un fenomeno di riflessione e continuerà a viaggiare nel mezzo 1, mentreuna parte proseguirà il suo percorso al di là della superficie e verrà trasmessa nel mezzo 2.

PRINCIPI DEI METODI GEOFISICI

Il mezzo 1 sarà attraversato da un raggio riflesso chegiacerà nel piano di incidenza: detto θi l'angolo formato dalraggio incidente con la normale alla superficie diseparazione tra i mezzi e θr l'angolo formato dal raggioriflesso con la normale alla superficie, si avrà che

qi = qr

Il raggio rifratto, invece, verrà trasmesso nel mezzo 2:indicato con θR l'angolo formato dal raggio rifratto con lanormale alla superficie di separazione tra i due mezzi.

Da qui, come mostrato in figura, ne consegue che:

• se V2 > V1 il raggio rifratto si allontanerà dalla normalealla superficie di separazione tra i due mezzi;

• se V2 < V1 il raggio rifratto si avvicinerà alla normalealla superficie di separazione tra i due mezzi;

METODO SISMICO A RIFRAZIONE

Se viene fatta esplodere un carica di dinamite in uno scavo o foro di sondaggio si creano delle onde sismiche chesi propagano nei terreni con una velocità che dipende dalle caratteristiche di elasticità dei terreni stessi.

In determinate situazioni strutturali tali onde possono essere rifratte e ritornare in superficie, per cui, se sono notii tempi di percorrenza tra sorgente sonora e un ricevitore, nonché la distanza tra questi due punti, è possibilecalcolare la velocità delle onde in ciascuno strato attraversato e la relativa profondità.


La prova consiste nell’utilizzare un’apparecchiatura, montata su un autocarro o portatile, costituita da unasorgente sonora (ad esempio esplosivo), da una serie di sismografi (Geofoni) in numero di 6 o 12 o 24regolarmente allineati e da altrettanti cronografi in grado registrare fotograficamente l’istante di esplosione e iltempo di arrivo delle onde.

N.B.: la quantità di esplosivo, la profondità dello scavo, la distanza della linea di geofoni dalla sorgente dipendono dalla profondità che si intende raggiungere.

Sperimentalmente è stato osservato che occorre disporre i geofoni a una distanza di 4000m dal punto di scoppio per raggiungere i 1000m di profondità di investigazione, con un consumo di esplosivo pari a 100kg di dinamite.


L’indagine completa prevede una serie di scoppi e quindi di registrazioni eseguite lungo determinate direttrici chepossono anche essere articolate con due sistemi normali fra loro in modo da creare una rete a maglia quadra checopra tutta la zona oggetto di studio.

L’esplosione della carica crea tre tipi di onde che si propagano in tutte le direzioni, tra esse le più importanti sonole onde longitudinali P (Onde di Compressione) e le onde trasversali S (Onde di Taglio).

I geofoni registrano l’arrivo delle onde longitudinali (le quali viaggiano ad una velocità di poco inferiore aldoppio della velocità delle onde trasversali) e delle onde superficiali.

Esempio di prospezione sismica e rifrazione: L'energia rifratta sulle differenti superfici di discontinuità,misurata in superficie da specifici geofoni, fornirà informazioni circa le velocità sismiche dei corpi presentinel sottosuolo: nota la distanza tra sorgente e ricevitore, nonché il tempo di percorrenza delle onde rifratte,sarà possibile risalire alle velocità e alle caratteristiche meccano-elastiche dei mezzi attraversati

METODO SISMICO A RIFRAZIONEDROMOCRONE – CALCOLO DELLE VELOCITA’ – SPESSORI DEGLI STRATI

I raggi sonori prodotti dallo scoppio attraversano il sottosuolo seguendo percorsi differenti. Di questi raggi alcunigiungono direttamente ai geofoni più vicini (per esempio G1-G2-G3); altri vengono rifratti non appena urtano ilpiano di separazione fra i due strati 1 e 2 di velocità V1 e V2 (con V1 < V2)

Di questi ultimi raggi ve ne sono alcuni chepercorrono la superficie di separazione deglistrati 1 e 2 e ritornano in superficie G3-G4-G5-G6-G7 secondo una inclinazione ugualeall’angolo i (angolo di rifrazione r = 90°)

I raggi che incidono invece sullo stessopiano di contatto con i1 < i penetrano nellostrato 2 secondo un certo angolo dirifrazione e possono ritornare in superficieG7 solo quando l‘angolo di incidenza sullasuperficie inferiore dello strato 2corrisponde all’angolo critico i2 (r = 90°).

Ne consegue che note le distanze fra puntodi scoppio e ciascun sismografo, noti gliistanti in cui sono avvenuti gli scoppi quellidi arrivo delle onde e quindi noti i tempi dipercorrenza, è possibile costruire undiagramma (dromocrona) unendo i varipunti di coordinate s (distanze) e t (tempi).

METODO SISMICO A RIFRAZIONEDROMOCRONE – CALCOLO DELLE VELOCITA’ – SPESSORI DEGLI STRATI

Ciascun segmento della dromocrona è caratterizzato da una inclinazione, sull’asse delle ascisse, che equivaleall’inverso della velocità delle onde nello strato cui esso si riferisce; inoltre gli stessi segmenti consentono ilcalcolo degli spessori degli strati h1, h2, ecc.

ovvero

Nel caso di spessori ridotti, quali si considerano in genere duranteleindagini per tracciati lineari (ad esempio nel caso delle strade), si può assumere che il tragitto del raggio sonoro negli strati sia pressochè verticale (cioè, i = 0 e cos 0 =1). In tal caso le formule si semplificano e diventano:

METODO SISMICO A RIFRAZIONEAPPLICAZIONE DELMETODO SISMICO A RIFRAZIONE

ASPETTI NEGATIVIIl metodo sismico a rifrazione richiede innanzitutto che gli strati che caratterizzano la successione litologica delsottosuolo presentino delle caratteristiche meccaniche che migliorano con la profondità, cioè la velocità delleonde sismiche deve aumentare con la profondità.

In caso contrario, ossia nel caso in cui V1 > V2, non si ha riflessione totale e quindi le onde rifratte nel secondostrato non ritornano mai in superficie. Inoltre per grandi profondità di investigazione la necessità di utilizzareenormi quantitativi di esplosivo e a lunghezze notevoli della linea di geofoni rende il metodo sismico a rifrazionedecisamente antieconomico e quindi meglio adatto a studi di piccola e media profondità.

ASPETTI POSITIVILa sismica a rifrazione trova una corretta applicazione dei seguenti tipi di indagine:a) Identificazione e ricostruzione della morfologia del tetto di un substrato roccioso sepolto sotto una coltre di

strato argilloso;b) Identificazione e ricostruzione dell’andamento dello spessore di alterazione delle rocce;c) Differenziazione delle caratteristiche elastiche di una massa rocciosa con la profondità;d) Verifica dell’efficacia degli interventi di consolidamento per iniezioni.

Sezione sismostratigrafica

METODO SISMICO A RIFLESSIONE

La sismica a riflessione analizza i tempi che intercorrono tra l'istante di generazione di un impulso elastico el'istante di ricezione in superficie, dopo una o più riflessioni da parte di altrettante superfici riflettenti.

Tale metodologia sfrutta le proprietà elastiche del terreno: ogni superficie che marca un passaggio litologico, siaessa di carattere stratigrafico o tettonico, rappresenta una discontinuità in grado di riflettere parte dell'energiasismica indotta nel sottosuolo.

I raggi sismici generati dalla sorgente (S), si rifletteranno sulle interfacce che separano i diversi corpi presentinel sottosuolo (caratterizzati da differenti litologie, differenti proprietà fisiche, etc..); i segnali riflessi, registratiin superficie da appositi ricevitori (geofoni o idrofoni, a seconda che si stia conducendo un’indagine delle areeemerse o di quelle sommerse) ed opportunamente elaborati, permetteranno di determinarne la profondità, distudiarne la geometria e di trarre elementi di giudizio sulle caratteristiche strutturali dell'area indagata.

METODO SISMICO A RIFLESSIONEDIFFERENZA TRA METODI

La sismica a rifrazione è un metodo di indagine del sottosuolo basato sull’analisi dei tempi di arrivo delle onderifratte.

La sismica a riflessione è una tecnica d'indagine del sottosuolo che sfrutta le proprietà elastiche del terrenoandando a studiare direttamente l’onda riflessa.

A RIFLESSIONE

• Strutture tettoniche profonde (fino a qualche migliaio di metri). Usati soprattutto nel campo della ricerca petrolifera.

• Lunghezze di linee di geofoni minori;

• Visualizzano in modo schematico e fedele la situazione strutturale del sottosuolo


• La fase di acquisizione dei dati è la più importante e deve essere adeguatamente progettata al fine diottenere buoni risultati in un sondaggio sismico;

• La scelta della sorgente sismica in un’indagine a bassa profondità viene affrontata ponderando diversifattori, tra cui il costo, la ripetitività, l’efficienza e la sicurezza.

• Le sorgenti di energizzazione del terreno possono essere divise in tre categorie:

a) Esplosivi;

b) Cannoncini sismici

c) percussioni


L’esplosivo è la fonte di energizzazione più efficace: una carica di dinamite viene fatta esplodere in un perforo appositamente eseguito ad una profondità dettata dallo scopo dell’indagine.

Questo tipo di sorgente per le difficoltà connesse al suo utilizzo è ormai esclusiva della prospezione industriale.


I fucili sismici (cannoncini sismici ) consentono di “sparare” cartucce speciali direttamente nel terreno.

Si ottengono impatti rapidi ma di energia limitata.

a) b) c)


Il terzo metodo, meno costoso, consiste nel percuotere con una mazza una piastra posta sul terreno o facendo

cadere una massa sospesa da una determinata altezza.


Strumenti di registrazione dei segnali sismici

Geofoni: dispositivi che convertono le vibrazioni in segnali elettrici inviati all’apparecchiatura di registrazione.

Idrofoni: ricevitori di segnali sismici in acqua, in cui l’elemento sensore è un cristallo piezoelettrico.


Amplificatori e filtri

Il debole segnale di uscita dei geofoni viene amplificato e filtrato in modo da eliminare i possibili disturbi.

L’unità di amplificazione è preceduta da un filtro il cui scopo è quello di eliminare o quanto meno ridurre idisturbi (vento, traffico, moto ondoso, ecc.) che possono generare ulteriori vibrazioni del terreno.

Registratori

I segnali provenienti dai geofoni, filtrati ed amplificati, vengono visualizzati e registrati per le analisi successive.La registrazione può essere analogica (a) o digitale su supporto magnetico (b).

a) b)

Geo-sismicaMisure Sismiche in foro

MISURE SISMICHE IN FORO

Le misure sismiche in foro richiedono l’ubicazione della sorgente e/o dei ricevitori all’interno delterreno, alla profondità a cui si vuole effettuare la misura. Per tale motivo necessitano dell’esecuzione diun foro prima di effettuare la prova (cross-hole, down-hole, suspension velocity logging method) ocontestualmente (cono sismico, dilatometro sismico).

Di conseguenza:• Comportano costi maggiori rispetto alle prove simiche superficiali;• Sono invasive e possono avere un certo impatto ambientale;• Forniscono informazioni limitate dal terreno circostante la verticale di esplorazione.

Si tratta di misure attive in cui viene utilizzata una sorgente meccanica collocata in superficie oppureall’interno del foro.

LE ONDE SISMICHE GENERATE SONO ONDE DI VOLUME (ONDE P e S).

MISURE SISMICHE IN FORO

I risultati delle prove sismiche in foro vengono in genere restituiti sotto forma di grafici che riportano ivalori puntuali delle velocità misurate con la profondità.

Le tecniche di misura in foro più diffuse sono:

• Prove Down Hole (e più raramente le Up-Hole);

• Prove Cross Hole;

• Prove con cono sismico;

• Prove con dilatometro sismico;

• Prove Suspension-Velocity-Logging Method (molto diffusa in Giappone, pococonosciuta in Italia).

MISURE SISMICHE IN FOROPROVA DOWN-HOLE

E’ una delle tecniche più utilizzate (a partire dagli anni ’60) nell’ambito della dinamica deiterreni e dell’Ingegneria geotecnica sismica.Oltre ad una pratica diffusa, esiste anche una vasta sperimentazione nel campo della ricerca.

FINALITA’Determinazione della velocità di propagazione dionde P ed S con la profondità in prossimità di unaverticale.

SCHEMA E ATTREZZATURASorgenti meccaniche di onde P ed S disposte insuperficie;

1 o 2 ricevitori (geofoni) ubicati nel foro disondaggio in corrispondenza della verticale daesaminare e collegati ad un sistema di acquisizione(sismografo);


CAMPO DI APPLICAZIONEMisure affidabili per profondità comprese fino a circa 50÷60m, compatibilmente con il tipo disorgente utilizzato; a maggiori profondità i segnali diventano di difficile interpretazione

OPERAZIONI PRELIMINARIEsecuzione, rivestimento e cementazione del foroNella fase di perforazione il foro (φ =80÷125 mm) viene temporaneamente sostenuto (confanghi bentonitici o tubi “camicie”), per ridurre l’effetto di disturbo del terreno.

Il foro viene poi rivestito con un tubo di materiale ad alta impedenza alle vibrazioni (es.alluminio o PVC) riempiendo accuratamente lo spazio tra foro e tubo con malta a ritirocontrollato (cementazione) in modo da garantire perfetta aderenza tra tubo e terreno (in modoche le onde sismiche possano trasmettersi ad ogni profondità dal terreno al tubo e quindi aigeofoni). Se non è stata effettuata una buona cementazione (problema particolarmente sentitooperando in terreni granulari) durante la prova DH le registrazioni risulteranno ricche di altefrequenze.

Per eseguire una cementazione efficace è buona regola eseguirla dal basso, mediante tubi cheiniettano la malta in pressione nell’intercapedine, piuttosto che per gravità.

Prima di effettuare la prova DH occorre far trascorrere un tempo adeguato per il ritiro dellamalta (ovvero almeno 30gg) in modo che sia garantita l’aderenza tubo-terreno


CARATTERISTICHE DELL’ATTREZZATURASorgentiSi tratta di sorgenti meccaniche in grado di generare prevalentemente onde elastichedirezionali SH e onde P.

Generalmente la sorgente delle onde S è costituita da una longarina metallica oda unatrave dilegno con estremità di acciaio o da una trave in c.a. mantenuta aderente alla superficie delterreno; per la generazione delle onde P è invece utilizzata una piastra di acciaio.

Considerata l’entità di energia prodotta, le deformazioni indotte nel terreno in prossimità dellasuperficie sono inferiori a 10-2 % e decrescono con la profondità.

Mezza traversa per energizzazioni orizzontali (Generazione di onde S) (Ltot = 250cm)

Piastra per energizzazioni verticali (Generazione di onde P) (30x30 cm2)


Sorgenti

https://www.youtube.com/watch?v=8YltsdALTso


Sistema di ricezione

Si compone di uno o due ricevitori, ciascuno deiquali costituito da contenitore cilindricocontenente una terna di trasduttori di velocitàorientati secondo le componenti di una ternacartesiana ortonormale in modo che uno siaorientato secondo la lunghezza del contenitore(trasduttore verticale) e gli altri ad essoperpendicolari (trasduttori orizzontali).

I trasduttori devono possedere appropriatecaratteristiche di frequenza e sensitività. Nelcaso si utilizzino due ricevitori, essi devonoessere uniti da un collegamento in grado difissarne la distanza verticale (compresa tra 1 e 3m) e l’orientazione relativa (in modo che itrasduttori orizzontali siano sempre paralleli econcordi a due a due).

È opportuno che il sistema di ricezione siadotato di un dispositivo per controllarel’orientazione dei trasduttori rispetto allasorgente (orientamento assoluto).


Sistema di ricezione

• Collegamento tra geofoni per mantenerel’orientamento relativo.

• Batteria di aste orientabili per mantenerel’orientamento assoluto.


TRIGGERIl trigger è un dispositivo dotato di sensore (inerziale, di spostamenti, di velocità,d’accelerazione, collegato al sistema di acquisizione dati, che permette di far partire laregistrazione del segnale sismico acquisito dai geofoni nell’istante in cui la sorgente vieneattivata e parte la sollecitazione dinamica. Il trigger può essere realizzato mediante ungeofono di superficie posizionato in prossimità della sorgente o mediante un circuitoelettrico che viene chiuso nell’istante in cui il martello colpisce la sorgente (un polo sulmartello e l’altro sulla piastra di battuta).

SISTEMA DI ACQUISIZIONE E REGISTRAZIONE DATISi tratta di un sistema multicanale in grado di registrare su ciascun canale in forma digitalele forme d’onda e di conservarle in memoria di massa. È collegato a ciascuno dei tretrasduttori di ciascun ricevitore e al sensore del trigger; consente anche di visualizzarecome forme d’onda su un apposito monitor le vibrazioni rilevate dai trasduttori dei geofoninonché l’impulso inviato dal trigger (se costituito da un geofono di superficie).


1. Si predispone il piano d’appoggio per lesorgenti togliendo le eventuali asperitàrendendo la superficie liscia mediante sabbia(eventualemente). La sorgente delle onde ditaglio viene sistemata in superficie ad unadistanza compresa tra 1.5m e 2.5m dal foro, inmodo che gli estremi siano equidistanti da esso,e orientata in direzione ortogonale ad un raggiouscente dall’asse foro;

https://www.youtube.com/watch?v=8YltsdALTso

2. i ricevitori, collegati tra loro ad una distanza di 1÷3m, vengono inseriti nel foro fino araggiungere la profondità di prova (generalmente si parte da fondo foro);

3. i ricevitori vengono assicurati alle pareti del tubo di rivestimento;4. la sorgente di onde SH viene colpita a destra e a sinistra, e la sorgente di onde P

verticalmente e, allo stesso tempo, inizia la registrazione del segnale (trigger ericevitori);

5. eseguite le registrazioni, la profondità viene modificata (generalmente di 1.0÷1.5m) ela procedura ripetuta.


1. L’interpretazione delle registrazioni finalizzata alla determinazione delle velocità dipropagazione delle onde P ed S, per ciascuna delle profondità indagate, può essere fatta neldominio del tempo.


VANTAGGI

1. attenuazione dell’ampiezza delle onde con la profondità (profondità di esplorazione limitata);2. problemi di rifrazione e di riflessione delle onde dirette (difficoltà di interpretazione);3. Impossibilità di caratterizzare terreni fittamente stratificati.

SVANTAGGI

1. ingombro areale limitato;2. misura continua delle velocità con la profondità;3. disponibilità di un numero ridondante di registrazioni;4. Oggetto di una vasta sperimentazione e di una ricerca decennale.

COSTI E AFFIDABILITA’

1. Rispetto alle altre prove sismiche le prove DH si collocano in una fascia media con affidabilitàdelle misure da media a buonaRichiedendo l’esecuzione di un foro di sondaggio il costo èsensibilmente più elevato rispetto a quello delle misure sismiche superficiali.

MISURE SISMICHE IN FOROPROVA CROSS-HOLE

La prova Cross-Hole (che significa letteralmente attraverso i fori) è per eccellenza quella checi permette di ricavare la velocità di propagazione delle onde di taglio Vs.

Consiste nel misurare il tempo impiegato dalle onde di taglio S per propagarsi all’interno delterreno; note le distanze percorse, è possibile quindi calcolare la velocità di propagazione delleonde.

ATTREZZATURA

Sorgenti di onde di taglio di tipo S;

Trasduttore che identifica l’istante di partenzadell’impulso sismico

1 o 2 ricevitori (geofoni) in grado di recepire gliimpulsi trasmessi;

Sismografo ossia un sistema capace di registrare econservare i segnali indotti.


- Si eseguono preventivamente almeno tre fori ( di sondaggio o a distruzione se per la solainstallazione degli strumenti), che vengono rivestiti con tubazioni costituite da materiale conelevato isolamento (PVC);- All’interno di essi vengono posti un trasmettirore (sorgente) e due ricevitori (uno per foro)alla stessa profondità del trasmettitore.- Le tubazioni devono essere soldali ai trasmettitori e al terreno.


- La vibrazione del trasmettitore si traduce in una onda di taglio S, che viaggia all’internodel terreno e raggiunge i ricevitori; si misura il tempo impiegato dall’onda a percorrere ladistanza L sorgente-ricevitore (tempo di arrivo) e, note le rispettive distanze si ricava Vs.

- In teoria basterebbe un solo ricevitore per il calcolo di Vs, tuttavia se ne utilizza più di uno- per il controllo dei risultati.- Eseguendo la prova a differenti profondità, otteniamo il profilo di Vs con la profondità.

MISURE SISMICHE IN FOROPROVA SCPT (CONO SISMICO)

Nasce come evoluzione della prova CPT con lo scopo di acquisire tutti i vantaggi derivantidalle prove DH (e CH) superandone i limiti connessi all’elevato costo dovuto allarealizzazione dei fori.

FINALITA’Determinazione della velocità di propagazione dionde P ed S con la profondità in prossimità di unaverticale.

SCHEMA E ATTREZZATURAIn modalità DH la prova viene eseguita con lasorgente meccanica ubicata in superficie e 1 o 2ricevitori inseriti all’interno dell’asta del piezoconoaldi sopra del manicotto (in modalità CH, unpenetrometro è usato come sorgente, un altro, o altri2, come ricevitori).

OPERAZIONI PRELIMINARINessuna operazione preliminare


CAMPO DI APPLICAZIONEMisure affidabili per profondità comprese da 10 a 50, compatibilmente con il tipo di sorgenteutilizzata.Limiti legati alla penetrazione della punta nei terreni.


MODALITA’ OPERATIVESi mantiene fissa la sorgente in superficie a distanza di 1 -2 metri dalla verticale diindagine e si procede con l’avanzamento della punta conica, eseguendo la misuracontinua della resistenza alla punta qc, dell’attrito laterale Rl e eventualmente dellapressione interstiziale u (prova SCPTU).

Ad intervalli di 1m viene arrestata lapenetrazione e vengono energizzate lasorgente delle onde P (battute verticali) ela sorgente delle onde S (battuteorizzontali eventualmente invertendonel’orientazione), e si acquisiscono icorrispondenti segnali tramite i ricevitoriinseriti all’interno dell’asta, dei quali èfissata la distanza e l’orientazionerelativa.

MISURE SISMICHE IN FOROPROVA CON DILATOMETRO SISMICO

E’ una tecnica di recente sperimentazione (1999)

SCHEMALa prova viene eseguita in una configurazione down-hole simile a quella già descritta per la prova SCPT,con la sorgente meccanica ubicata in superficie e duericevitori (a distanza di 0,5m) posizionati aldi sopradella lama dilatometrica e con essa solidali

ATTREZZATURA•Sorgente onde P,S;•N.2 ricevitori•Sismografo•Lama dilatometrica


MISURE SPERIMENTALITempi di percorso delle onde S tra due ricevitori, oltrele grandezze caratteristiche del DMT meccanico.

OBIETTIVO•Valutazione dei profili delle velocità delle onde S ditaglio (Vs);•Indice dimateriale, Id;•Modulo edometrico, Ed;•Resistenza al taglio non drenata, Cu;•Indice di spinta orizzontale Kd.


VANTAGGI• Non occorre alcun foro per l’esecuzione della prova;• Fornisce profili di Vs in modo rapido, preciso ed

economico;• Valutazione delle Vs alle basse deformazioni.

SVANTAGGIStessi svantaggi della prova Down-hole:•Attenuazione delle onde con la profondità;•Problemi di rifrazione e riflessione;•Valori medi di velocità;•Profondità di esplorazione limitata.

METODI SISMICI IN FORO

Utilizzano gli stessi principi dei metodi sismici tradizionali ma si servono di fori disondaggio.

Metodo up-hole: sorgente di energiain foro e apparecchi di registrazione insuperficie.

Metodo bottom-hole: sorgente di energia e apparecchio di registrazione nello stesso sondaggio ed alla stessa profondità.

Metodo down-hole: sorgente di energiain superficie e apparecchi diregistrazione in foro.

Metodo cross-hole: sorgente di energiain un foro e apparecchio di misura in unaltro sondaggio alla stessa profondità.necessità di due fori.

ALTRI METODI DI INDAGINE (indiretti)

METODO RADAR

METODO RADAR

Grandezza misurata: intervallo di tempo necessario ad un’onda elettromagnetica (impulso a radiofrequenza), emessa da un'antenna trasmittente, per arrivare all'oggetto di cui deve essere determinata la posizione e ritornare al ricevitore.Nota la velocità di propagazione del segnale e il tempo misurato si determina la profondità dell'oggetto riflettente.

Strumento utilizzato: georadar costituito da un sistema complesso antenna-trasmettitore-ricevitore.

Il sistema antenna-trasmettitore-ricevitore viene spostato lungo la superficie da indagare e per ogni punto di questa viene ricavato un valore del tempo di andata e ritorno dell’onda elettromagnetica.

L’oggetto sepolto risulta visibile se si trova nel fascio di irradiazione dell'antenna

GEORADAR

Svantaggi:non utilizzabile in terreni argillosi dove l'alta conduttività trasforma l'energia dell'impulso elettromagnetico in calore, con forte limitazione della profondità di penetrazione dello stesso (in terreni argillosi difficilmente si arriva ad una profondità di 1 metro!).

Impieghi: - Ricostruzione di sezioni stratigrafiche in terreni "resistivi" ed aridi (rocce compatte, alluvioni ghiaiose asciutte, ecc.); - localizzazioni di cavità e di strutture al di sotto di pavimentazioni di centri urbani (spesso unico sistema d'indagine proponibile!); - localizzazione di servizi (tubi, cavi, condotte);- localizzazione di armature nel calcestruzzo;- test di integrità su calcestruzzo e materiali da costruzione; - analisi di fondazioni in edifici da ristrutturare ecc.

METODI DI INDAGINE Geofisica.pdfMETODI GEOFISICI (indagini indirette) Una prospezione consiste nel...

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