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Indagini geognostiche

Indagini atte a conoscere e caratterizzare il sottosuolo con metodi geofisici.

geoLa Geofisica è quella disciplina che studia la Terra mediante misure fisiche effettuate sulla sua superficie. Uno studio geofisico misura le variazioni nello spazio di alcune proprietà dei terreni e delle rocce (es.: densità, elasticità, suscettibilità magnetica, conducibilità elettrica, radioattività). Questa variazione può essere messa in relazione con un cambiamento della natura litologica o ad un diverso assetto strutturale.

Dei vari metodi della geofisica (elettrico, sismico, gravimetrico, magnetico, elettromagnetico, radiometrico), i metodi sismici ed elettrici sono quelli che hanno trovato una più larga applicazione.

• Metodi sismici: basati sull'energizzazione del terreno mediante un'esplosione oppure la caduta di un grave. Si generano così onde elastiche che vengono ricevute in superficie, captate da piccoli sismometri e registrate. Dallo studio e l'elaborazione di questi dati è possibile risalire alla velocità sismica delle formazioni e alla profondità e all'inclinazione dei vari strati investigati.

• Metodi elettrici in corrente continua: consistono nella misura della resistenza specifica delle formazioni al passaggio di una corrente. La tecnica più usata è quella dei cosiddetti sondaggi elettrici, che consiste nello studiare la distribuzione del potenziale al variare della distanza fra gli elettrodi attraverso i quali si immette la corrente nel terreno.

 

 

Prospezioni sismiche

 

Tra le prospezioni sismiche, quello a rifrazione è il più utilizzato nelle applicazioni ai problemi di Ingegneria Civile. Il metodo sismico a rifrazione consiste nel ricevere, a distanze orizzontali variabili dall'origine, le onde sismiche rifratte dalle discontinuità geologiche quando queste corrispondono a variazioni nella velocità di propagazione: la misura dei tempi di arrivo alle varie distanze consente di determinare, per ciascun strato, la velocità di propagazione. La velocità dipende dalle proprietà elastiche del materiale e quindi si può risalire alla natura geologica delle formazioni.

 

La sorgente delle onde sismiche è costituita generalmente da esplosivo oppure da una massa battente. Per gli stendimenti, vengono usati dei geofoni in numero di 6, 12 o 24 regolarmente allineati.

 

È possibile l'interpretazione soltanto di poche discontinuità sovrapposte, non più di 3 o 4 al massimo (per interpretazioni più profonde e precise si può ricorrere alla tecnica di riflessione). Richiede un miglioramento delle caratteristiche meccaniche degli strati investigati con la profondità, cioè la velocità delle onde sismiche deve aumentare con la profondità. In caso contrario, non si ha riflessione totale e quindi le onde rifratte, per esempio nel secondo strato, non ritornano mai in superficie. Per investigare a grandi profondità la necessità di far ricorso a forti quantitativi di esplosivo e a lunghezze notevoli degli stendimenti di geofoni, rende il metodo sismico a rifrazione decisamente antieconomico e quindi meglio adatto a quegli studi di piccola e media profondità che rientrano più precisamente nel campo dell'ingegneria civile e dell'idrogeologia.

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Impiego in campo idrogeologico:

 

-     identificazione e ricostruzione della morfologia del tetto di un substrato roccioso ad alta velocità sepolto sotto una coltre di terreni sciolti o debolmente coerenti in cui non è indispensabile conoscere nel dettaglio le strutture (per esempio, depositi di origine glaciale poggianti sul substrato roccioso).

 

Impiego in campo geologico-tecnico:

 

-    identificazione e ricostruzione dell'andamento dello spessore di alterazione delle rocce cristalline; differenziazione delle caratteristiche elastiche di una massa rocciosa con la profondità; individuazione di livelli singolari profondi ad alta velocità; definizione dello spessore allentato e decompresso di formazioni sciolte o rocciose, ovvero di coltri detritiche o di frana; verifica dell'efficacia degli interventi di consolidamento per iniezioni.

 

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Sondaggi elettrici verticali

 

Questa tecnica, consiste nell'aumentare progressivamente la distanza degli elettrodi d'immissione, misurando ogni volta la differenza di potenziale esistente fra due punti, situati a piccola distanza, posti al centro dello stendimento. In questo modo il flusso di corrente penetra sempre più nel sottosuolo interessando così gli strati via via più profondi. Dalle misure così ottenute si costruisce il diagramma di resistività dal quale, tramite opportune elaborazioni, si potrà risalire al profilo elettrico del sottosuolo. Al fine di individuare oltre che la resistività effettiva anche lo spessore reale dei vari strati investigati, si devono effettuare opportune interpretazioni. Esse consistono nel mettere a confronto le curve di campagna normalizzate con delle curve teoriche precalcolate e riferite ad un'ampia casistica. I sondaggi elettrici verticali trovano largo impiego nella ricostruzione stratigrafica di terreni sciolti, nell'individuazione di falde acquifere, nella realizzazione di opere di ingegneria civile (gallerie, canali artificiali, dighe ecc.) e nella ricerca di idrocarburi.

 

Sondaggi elettrici orizzontali

 

Lo scopo di questo metodo d'indagine è mettere in evidenza le variazioni laterali della resistività dei terreni; questo è utile per la ricerca dei minerali solidi, di cavità sotterranee, per la ricostruzione dell'andamento del tetto del substrato roccioso e per valutare, per esempio, i contatti laterali di tipo eteropico o tettonico. Con il dispositivo Wenner si spostano in blocco i quattro elettrodi (A, B, M e N) lungo un profilo; ogni elettrodo avanza quindi della stessa quantità e poiché la profondità d'investigazione è in funzione di AB, con questa tecnica si ricava la variazione della resistività apparente lungo uno spessore costante.

 

A volte si compiono le misure con due distanze di AB: si ottengono così, per ciascun punto, due valori della resistività apparente e quindi due carte della resistività che si riferiscono a diverse profondità di penetrazione della corrente. È possibile, infine, costruire delle curve di isoresistività apparente eseguendo più profili di resistività in direzioni parallele e normali; differenziando poi graficamente le varie aree delimitate da queste curve si ottiene la carta della resistività.

 

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Il Georadar

 

Il georadar (o GPR) è uno dei metodi di indagine geofisica mediante i quali si ottiene la “risposta” del terreno quando quest’ultimo è attraversato da campi elettromagnetici. Si tratta di un metodo che funziona a riflessione, consentendo di elaborare profili continui ad alta risoluzione. I suoi vantaggi principali sono la rapidità di acquisizione dei dati e la sua versatilità, data dalla possibilità di usare antenne con frequenze diverse. Lo svantaggio principale è l’eccessiva dipendenza dalle caratteristiche superficiali del terreno che è studiato. Le attrezzature GPR irradiano, attraverso un’antenna di emissione, brevi impulsi di energia elettromagnetica. Quando le onde incontrano delle eterogeneità nelle proprietà elettromagnetiche dei materiali del sottosuolo (contatti litologici, fratture, cavità, zone di alterazione, ecc.), parte dell’energia è riflessa verso la superficie, mentre una parte è trasmessa in profondità. Il segnale riflesso, dopo essere stato amplificato e trasformato, consente l’elaborazione di un profilo continuo, nel quale si indica il tempo totale del percorso di un impulso per attraversare il sottosuolo, essere riflesso da una discontinuità e ritornare in superficie (TWT = Two Way Time). L’attrezzatura per georadar comprende quattro elementi principali: l’unità di emissione, quella di ricezione, quella di controllo e quella di registrazione. Il procedimento operativo consiste di solito nel realizzare dei profili spostando le antenne lungo un determinato allineamento, mantenendone fissa la distanza relativa. L’interpretazione delle registrazioni georadar, chiamate anche radargrammi, si basa sulla caratterizzazione della densità, dell’ampiezza, della continuità e della geometria delle riflessioni.

 

Per pianificare una campagna d’indagine con il GPR, occorre considerare preliminarmente alcuni fattori:

 

• contrasto tra le proprietà elettriche dei materiali;

 

• penetrazione e risoluzione, che dipendono sia dalle proprietà del terreno, che dalle frequenze utilizzate;

 

• “rumori di fondo” ambientali (presenza di strutture metalliche, onde radio, linee elettriche, ecc.).

 

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Video ispezioni delle cavità

 

Per accertare la natura, l’estensione e le apparenti condizioni statiche delle cavità, si possono eseguire una serie di video ispezioni. Le apposite telecamere verranno inserite fino a profondità desiderata attraverso fori preesistenti, o in mancanza di questi, verranno create delle vie preferenziali ottimali. Le ispezioni vengono eseguite con l’inserimento e l’avanzamento di una piccola sonda dotata di un gruppo ottico con sorgente luminosa, collegata ad un monitor. È un’indagine non invasiva, semplice da eseguire, con risultati immediati e a basso costo. In edilizia, viene utilizzata per ottenere utili informazioni, in special modo per localizzare e intercettare la presenza di anomalie o problematiche di diversa natura in elementi difficilmente accessibili e ispezionabili e quindi di verificare: solai, pareti e murature, composizione e stratigrafia di murature e solai, intercapedini, individuare la presenza e tipologia di isolanti, corpi estranei, individuare vuoti, crepe e lesioni interne, fori, tubazioni, canne fumarie, ecc.

 

 

 

 

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