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I SISTEMI DI GEOSCAMBIO A CIRCUITO APERTO Sede dell’Ordine degli Ingegneri di Verona 4 dicembre 2015 La geofisica al servizio dell’idrogeologia e dei sistemi di geoscambio a circuito aperto Geol. Matteo Collareda - Studiosisma S.r.l.

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I SISTEMI DI GEOSCAMBIO

A CIRCUITO APERTOSede dell’Ordine degli Ingegneri di Verona

4 dicembre 2015

La geofisica al servizio dell’idrogeologia e dei sistemi di

geoscambio a circuito aperto

Geol. Matteo Collareda - Studiosisma S.r.l.

Perché utilizzare le indagini geofisiche?

Lo svantaggio maggiore è rappresentato dal fatto che sono misure indirette(abbiamo la presunzione di “guardare” il sottosuolo stando in superficie)

Sondaggio geognostico

Indagine geofisica

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Perché utilizzare le indagini geofisiche?

……….però sono molti i vantaggi che si possono trarre dalle indagini geofisiche…….

Indagini non invasive (non necessita di nessun tipo di perforazione…..o quasi)

Acquisizioni molto veloci (da qualche minuto a circa

un’ora in base alla tipologia di indagine)

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Perché utilizzare le indagini geofisiche?

Sono in grado di indagare elevate profondità (da qualche metro a centinaia di metri e oltre)

Le indagini geofisiche misurano un parametro fisico caratteristico dei terreni in base alla

metodologia impiegata. Sarà poi nella fase interpretativa che si associa un determinato

valore al marker che si sta analizzando

Molte volte sono indagini lineari o areali in grado di coprire zone molto ampie a differenza

delle indagini dirette che sono puntuali (sondaggio, prove penetrometriche, prove di

laboratorio)

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

I metodi geoelettrici si basano sulla:

misura delle DIFFERENZE DI POTENZIALE V (volt) che sono indotte nel terreno in seguito

all’immissione di una CORRENTE CONTINUA I (ampere)

La grandezza fisica di cui si determina la distribuzione nel sottosuolo è la

RESISTIVITA’ ELETTRICA (ohm*m)

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Prima legge di Ohm: V = R * I

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Seconda legge di Ohm: R = � * L / A

La proprietà dei materiale è la resistività � (ohm * m)

La resistenza R (ohm) dipende dalle dimensioni del materiale (così come ogni materiale

ha un suo peso specifico e peso di un oggetto dipende dalle sue dimensioni)

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Metalli: resistività elettrica molto bassa (sono molto conduttivi)

es. rame con cui si fanno i cavi elettrici: circa 10-8 ohm * m

Acqua: resistività elettrica abbastanza bassa

acqua di mare o con molti sali: 0,2 - 0,5 ohm * m

acqua dolce: 15 - 40 ohm *m

Aria (anche cavità e vuoti del sottosuolo): ∞

Alcuni valori di resistività

……..e per quanto riguarda i terreni e le rocce?

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

I due aspetti che condizionano la resistività elettrica dei terreni sono:

La resistività del sottosuolo è fortemente condizionata dalla presenza di acqua ➔ le

dinamiche dei fluidi sono ben descritte dalla variazione di resistività

(es. sabbia asciutta 500 ohm * m, sabbia satura 40 ohm * m)

La correlazione petrofisica che lega resistività e saturazione / acqua è descritta dalla

Archie’s Law� = a�-ms-n �wdove:� e �w sono le resistività della roccia effettiva e quella dei pori con acqua� la porosità

s è la frazione volumetrica dei pori con acqua

a, m ,n delle costanti

La resistività elettrica è fortemente condizionata dalla temperatura e salinità del fluido che

riempie i pori

Alcune formazioni hanno un valore di resistività caratteristico che le rende distinguibili

(es: argille azzurre plioceniche romane: 5 ohm * m)

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Cosa misuriamo noi esattamente?

Ciò che si registra prende il nome di resistività apparente

A e B sono gli elettrodi tra cui

trasmettiamo una corrente I

M e N sono gli elettrodi tra cui

misuriamo la

differenza di potenziale V

ResApp = K (Vm - Vn) / I

Corrente Immessa tra A e B

Differenza di Potenziale tra M e N

Fattore Geometrico Dipende solo dalle coordinate degli

elettrodi, cioè da come A, B, M e N

sono reciprocamente disposti

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Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D

INDAGINI GEO-ELETTRICHE

N elettrodi, un sistema di

interruttori interni (relè) selezione

progressivamente i 4 elettrodi di

misura sulla base di una

sequenza quadripolare

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D

Rappresentazione delle misure - PSEUDOSEZIONE DISCRETA

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D

Le varie configurazioni degli array e analisi di sensibilità

WENNER

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

Misure multi-elettrodo (Tomografia elettrica) Interpretazione 2D

Le varie configurazioni degli array e analisi di sensibilità

DIPOLO - DIPOLO

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Resistività apparente

INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: l’obiettivo dell’inversione topografica è quello di convertire il valore di resistività apparente in resistività reale.

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

Ubicazione: Vicino a casa

Indagini: n°1 tomografia elettrica

Finalità: individuazione di cavità sotterranee

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

Ubicazione: Valeggio sul Mincio - Materiale morenico

Indagini: n°3 tomografia elettriche

Finalità: individuazione di cavità sotterranee

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

Ubicazione: Arzignano

Indagini: Tomografie elettriche

Finalità: individuazione probabili circolazioni idriche

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

Ubicazione: Zona di

montagna

Indagini: tomografie

elettriche in alta quota

Finalità: ricerca idrica

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

Ubicazione: Zona di collina

Indagini: tomografie elettriche

Finalità: ricerca idrica

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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Ubicazione: Zona di

montagna

Indagini: tomografie

elettriche in alta quota

Finalità: ricerca idrica

INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI GEO-ELETTRICHE

TOMOGRAFIA ELETTRICA 2D: case history

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INDAGINI SISMICHE

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INDAGINI SISMICHE

Il sismografo

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SISMICA A RIFRAZIONE

INDAGINI SISMICHE

Il picking rappresenta la fase più delicata (e soggettiva) dell’intera procedura: tutto

dipende dalla sua accuratezza

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SISMICA A RIFRAZIONE - CENNI TEORICI

INDAGINI SISMICHE

In mezzi stratificati omogenei, i primi arrivi possono essere costituiti da due fasi

differenti

Onde dirette: onde che viaggiano immediatamente al di sotto della superficie del

terreno

Head Waves (“onde rifratte”): generate alla superficie di separazione di due mezzi

a velocità differenti, dalla propagazione di una perturbazione nel mezzo a velocità

maggiore

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SISMICA A RIFRAZIONE - CENNI TEORICI

INDAGINI SISMICHE

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

Ubicazione: zona di montagna - Bormio (BZ) - Ingresso nuova autostrada in galleria

Indagini: n°4 linee sismiche - tomografiche

Finalità: ricostruzione stratigrafica e individuazione ammasso roccioso

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

Sond:

15 m di ghiaie

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

Sond.

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INDAGINE SISMICA PASSIVA

INDAGINI SISMICHE

La tecnica passiva è basata sull’analisi delle vibrazioni del terreno generate

da sorgenti non controllate.

Il segnale è rappresentato dal “rumore sismico ambientale” costituito da piccole variazioni di spostamento dell’ordine di 10-4, 10-3 cm osservabile

sperimentalmente in qualsiasi punto

della superficie terrestre.

Dal momento che il “rumore sismico ambientale” non può essere controllato il suo andamento sarà molto irregolare e

di natura essenzialmente stocastica per

questo l’analisi non potrà essere fatta con le metodologie tradizionali ma si

dovranno analizzare le proprietà medie

del segnale.

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INDAGINE SISMICA PASSIVA

INDAGINI SISMICHE

Se l’attenzione si sposta sulle proprietà medie del rumore registrato su intervalli di tempo

relativamente lunghi, appaiono delle regolarità

Per esempio, la forma dello spettro medio delle vibrazioni ambientali registrate su terreno rigido

non varia sensibilmente con la posizione geografica

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INDAGINE SISMICA PASSIVA

INDAGINI SISMICHE

Il “rumore sismico ambientale” è composto da un range frequenziale molto ampio:

segnale a bassa frequenza (≤ 0.5 Hz): generato da sorgenti di origine naturale di grandi dimensioni spaziali (onde oceaniche, grandi perturbazioni, ….);segnale a media – alta frequenza (≥ 1 Hz): generato principalmente da sorgenti antropiche (attività industriali, mezzi di trasporto, ….) e occasionalmente da sorgenti naturali;

segnale compreso tra 0.5 e 1 Hz: generato sia da sorgenti naturali che antropiche

con stazionarietà variabile da caso a caso.

Se la forma dello spettro medio delle vibrazioni ambientali dipende:

Dalla forma e dalla distribuzione delle sorgentiDalle modalità di propagazione dell’energia dalle sorgenti e quindi dalle caratteristiche del sottosuolo

è possibile stabilire delle relazioni tra la forma dello spettro medio e la struttura del

sottosuolo e utilizzare il campo di rumore ambientale per la caratterizzazione dinamica

dei terreno.

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INDAGINE SISMICA PASSIVA H.V.S.R.

INDAGINI SISMICHE

Tecnica a stazione singola: H.V.S.R. (Horizontal to Vertical Spectral Ratios)

La tecnica sismica H.V.S.R. (Horizontal to Vertical Spectral Ratios) utilizza i rapporti spettrali fra le

componenti verticali e orizzontali del moto sismico al suolo per estrarre informazioni importanti dal

segnale sismico registrato.

I risultati teorici sono confermati da numerose indagini sperimentali condotte nell’ambito di progetti

europei (SESAME, NATO, …)

IL MASSIMO DELLA FUNZIONE HVSR PERMETTE DI DETERMINARE

CORRETTAMENTE LA FREQUENZA CARATTERISTICA DI RISONANZA DI SITO che

rappresenta un parametro fondamentale per il corretto dimensionamento degli edifici in

termini di risposta sismica locale.

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INDAGINE SISMICA PASSIVA H.V.S.R.

INDAGINI SISMICHE

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Vicenza centro: 100 metri di

copertura fine seguita da

roccia calcarea compatta

Badia Calavena: zona

collinare circa 4 m di

copertura seguita da

substrato roccioso

compatto

SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

Ubicazione: val Cellina - Progettazione di una centra idroelettrica e sfruttamento falda idrica

Indagini: linee sismiche - tomografiche + HVSR + MASW

Finalità: ricostruzione stratigrafica e individuazione ammasso roccioso

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

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SISMICA A RIFRAZIONE: case history

INDAGINI SISMICHE

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INDAGINI SISMICHE

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Comune Chiuppano: case history

INDAGINI SISMICHE

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Comune Chiuppano: case history

INDAGINI SISMICHE

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Comune Chiuppano: case history

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4 dicembre 2015

GRAZIE PER L’ATTENZIONE!!!!!

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