geologia applicata geologia applicata

Università Mediterranea di Reggio Calabria
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
FACOLTA
Corso di
GEOLOGIA APPLICATA
Maria Clorinda Mandaglio
TESTI CONSIGLIATI
- Dispense del Corso
- Scesi L., Papini M., Gattinoni P. (2006). “Geologia applicata Il
rilevamento ggeologico-tecnico”.
g
Casa Editrice Ambrosiana
- Casati P. e Pace F. (2000). Scienze della Terra. Volume 2
TERMINOLOGIA
GEOLOGIA
Scienza che studia la costituzione e la struttura della terra,
terra nonché le cause che ne
hanno determinato e ne determinano l’evoluzione
GEOMORFOLOGIA
Scienza che studia ed interpreta le forme della superficie terrestre
GEOLOGIA APPLICATA
Scienza
S
i
che
h studia
di e risolve
i l i problemi
bl i di carattere ingegneristico
i
i i edd ambientale
bi
l che
h
sorgono dall'interazione
interazione fra componente geologica di un territorio ed attività umane
svolte su di esso
GEOLOGIA APPLICATA
Evidenzia le condizioni geologico-stratigrafiche ed idrogeologiche del sottosuolo
(MODELLO GEOLOGICO) attraverso un piano articolato di indagini geologiche,
geomorfologiche geologico-strutturali,
geomorfologiche,
geologico strutturali idrogeologiche,
idrogeologiche geofisiche
Indagini in sito
(geologiche geomorfologiche
(geologiche,
geomorfologiche, idrogeologiche
idrogeologiche, ecc
ecc.))
Caratterizzazione geologica
Modello geologico
Modello di calcolo
Progetto
Modello geotecnico
GEOLOGIA
STRUTTURA E COMPOSIZIONE DELLA TERRA
Formata nelle sue linee essenziali da:
CROSTA (oceanica, continentale),
MANTELLO ((superiore,
p
inferiore),
)
NUCLEO (esterno, interno).
1= nucleo interno
2= nucleo esterno
2
3= mantello inferiore
4= mantello superiore
5= crosta
STRUTTURA E
COMPOSIZIONE
DELLA TERRA
Crosta e mantello superiore
sono sede dei fenomeni geologici
che interessano più direttamente
le attività umane
Discontinuiità di Gu
utemberg
g
Zona
a di tran
nsizione
Velocità d
delle onde ssismiche (k
km/s)
INDIVIDUAZIONE DELLE DISCONTINUITÀ
DELLA TERRA
Mantello
Nucleo
Proprietà degli strati formanti la Terra
[da Attewell & Farmer, 1976]
MODELLO CINEMATICO
Mantello rigido + Crosta terrestre = LITOSFERA
Mantello viscoelastico (parzial.
(parzial fuso) = ASTENOSFERA
TETTONICA A PLACCHE
La litosfera (crosta + mantello rigido) è suddivisa in placche che possono
coinvolgere contemporaneamente aree continentali e aree oceaniche, oppure
solo le une o le altre
SISTEMA TERRA E SUA EVOLUZIONE
[da Pipkin et al., 2005]
Variazioni di temperatura all’interno della Terra
=>
=> correnti convettive nella astenosfera (reosfera ) =>
=>
> movimenti relativi fra le placche della crosta terrestre
=> risalita di magma basaltico lungo le dorsali oceaniche
=> formazione di nuova crosta e allontanamento fra le placche
EVOLUZIONE DELLA CROSTA TERRESTRE
c.ca 220 Ma
c.ca 190 Ma
Posizione
relativa dei
continenti in 4
periodi a partire
dal Trias
inferiore
c.ca 140 Ma
c.ca 65 Ma
MOVIMENTI RELATIVI FRA PLACCHE
Allontanamento di due placche (dorsali oceaniche)
=>
Scontro fra due pplacche ((una continentale e una oceanica)) =>
Scontro fra due placche continentali
=>
Allontanamento di due placche
Dorsali oceaniche: zone di accrescimento (fuoriuscita di materiale lungo
f tt
fratture
edd allontanamento
ll t
t delle
d ll placche
l h simmetrico
i
t i lungo
l
l’asse
l’
della
d ll
dorsale)
Scontro fra due placche
(continentale + oceanica)
=> Zone di subduzione (inflessione della placca oceanica e suo progressivo
riassorbimento nel mantello)
=> formazione di fosse oceaniche (e successivi processi di sedimentazione)
=> fusione e formazione di nuovo magma
=> origine di terremoti profondi
Scontro fra due placche
(continentali)
=> Zone di obduzione (accavallamento fra due placche)
=> formazione di catene montuose (“orogenesi”),
=> loro progressivo innalzamento (e successivi processi di erosione).
erosione)
FENOMENI ENDOGENI
Collegati al movimento delle placche (continentali,
(continentali oceaniche),
oceaniche) alla
formazione e risalita di magmi verso la superficie terrestre ed ai
processi orogenetici.
Comprendono:
PLUTONI
VULCANI
TERREMOTI
Relazioni tra le principali placche terrestri ed i fenomeni endogeni
connessi ai loro movimenti relativi: pposizione dei pprincipali
p vulcani e
degli epicentri di terremoti recenti.
[da Bell, 1998]
FENOMENI ENDOGENI
PLUTONI:
d i
derivano
dalla
d ll solidificazione
lidifi i
di magmii (prevalentemente
(
l
a composizione
i i
acida) all’interno della crosta terrestre, sotto forma di grandi ammassi,
accompagnati da un reticolo di filoni (dovuti alla solidificazione entro fratture) e
circondati da un’aureola di rocce metamorfiche di contatto.
Visibili solo dopo processi di erosione.
I PLUTONI
Rappresentazione
pp
schematica di un
plutone granitico, con
relativi filoni e
porzione superiore
asportata dai processi
di erosione.
FENOMENI ENDOGENI
VULCANI:
derivano dalla fuoruscita in superficie di magmi: i magmi basici danno luogo a
colate laviche (con modesta emissione di gas); i magmi acidi danno luogo in
pprevalenza ad eruzioni esplosive
p
((con emissione di prodotti
p
ppiroclastici).
)
I VULCANI
TIPI DI ERUZIONI
Eruzioni centrali
Cono vulcanico edificato per successive colate di lava emesse da una
bocca centrale.
•Eruzioni laviche
•Eruzioni piroclastiche
•Eruzioni composte
Eruzioni lineari
Tipi di eruzioni - CENTRALI
Eruzioni
u o laviche
a c e
La lava fluisce facilmente ((basaltica),
), si espande
p
e forma un
ampio vulcano a forma di scudo con versanti poco acclivi.
Tipi di eruzioni - CENTRALI
Eruzioni piroclastiche
Bocche vulcaniche che espellono piroclasti
piroclasti, i frammenti solidi si accumulano
e formano coni di scorie, il cui profilo è determinato dall’angolo massimo a cui
i detriti sono stabili.
Tipi di eruzioni - CENTRALI
Eruzioni composte
Vulcano che emette sia lava sia piroclasti; si forma un cono composto
o stratovulcano.
Tipi di eruzioni - LINEARI
La lava defluisce rapidamente dalle fessure e forma estesi strati invece di
accumularsi edificando un cono vulcanico.
PRODOTTI ERUTTIVI
PIROCLASTI: prodotti vulcanici emessi nel corso di eruzioni esplosive
esplosive.
Hanno nomi diversi a seconda della
loro origine e delle loro dimensioni.
Φ > 64 mm
bombe (emesse allo stato liquido)
bl
blocchi
hi (emessi
(
i allo
ll stato
t t solido)
lid )
64 mm ≤ Φ ≤ 2 mm
lapilli
2 mm ≤ Φ ≤ 62 micron
cenere grossolana
Φ ≤ 62 micron
cenere fine
PRODOTTI ERUTTIVI
BASALTI
FENOMENI ENDOGENI
I TERREMOTI
TERREMOTI:
movimenti del suolo dovuti a rotture e/o dislocazioni di grandi masse rocciose, a
seguito di:
1)) movimenti relativi fra le masse rocciose,,
2) lento accumulo di energia,
3) rapida liberazione dell’energia sotto forma di onde sismiche.
Volume di roccia che, sottoposto a tensione, si rompe dando luogo a scorrimento
relativo lungo un piano di debolezza (piano di faglia).
La rottura ha inizio nell’ipocentro e si propaga lungo il piano di faglia, consentendo lo scorrimento
relativo dei due lembi di faglia. Geometria della faglia e senso del movimento sono determinati dalla
combinazione di sforzi tettonici a carattere locale e regionale.
Ipocentro o fuoco sismico: zona interna alla crosta terrestre in cui si origina la
frattura,
attu a, co
con liberazione
be a o e d
di eenergia.
e g a.
Epicentro: zona della superficie terrestre posta sulla verticale dell’ipocentro, dove
arriva un insieme di onde di varia frequenza e velocità che fanno vibrare il terreno.
TEORIA DEL RIMBALZO ELASTICO
L’energia immagazzinata nelle rocce si libera in parte sotto forma di onde elastiche,
generatrici di terremoti,
terremoti e in parte sotto forma di calore.
calore
TIPI DI TERREMOTI
- Tettonici
Tettonici, l’origine delle onde sismiche è provocata dal generarsi
di faglie,
faglie sono i più importanti.
importanti
- Vulcanici
Vulcanici, la liberazione di onde sismiche è provocata dalla
risalita delle masse magmatiche sotto la spinta dei gas.
- di Crollo
Crollo, l’origine delle onde sismiche è dovuta alla caduta
improvvisa di volte di caverne, di gallerie o anche di grandi falde
rocciose
i
su versantii montuosi.
i
Si l i
Simulazione
Onde
O d sismiche
i i h
La rottura all’interno della terra libera energia sotto forma di onde
elastiche, che vengono registrate dai sismografi
Le onde sismiche
Le onde sismiche
Nell’ipocentro
Nell
ipocentro Nell
Nell’epicentro
epicentro
Onde P
Onde S
Onde L
Le onde sismiche
S
Sono
caratterizzate
tt i t da
d un trasferimento
t f i
t di energia
i e non da
d un trasporto
t
t di massa.
Onde P,
P prime o di
compressione,
p
devono la
loro propagazione a
successive fasi di
compressione e di
espansione delle rocce,
rocce per
cui le particelle vibrano
avanti e indietro nella stessa
direzione in cui avviene la
propagazione.
Si propagano in qualsiasi
mezzo
Le onde sismiche
Onde S,
S seconde o trasversali o
di taglio
taglio, la vibrazione provoca
l’oscillazione delle particelle
lungo un piano perpendicolare
alla
ll direzione
di i
di propagazione.
i
Si propagano soltanto nei solidi.
MOTI DEL SUOLO
Onde P
VP =
4
μ+k
3
δ
μ
Vs =
δ
δ = densità
μ = modulo di taglio
Resistenza che oppongono le
rocce alle forze che tendono a
variare la forma
k = modulo di incompressibilità
Resistenza che oppongono
pp g
le
rocce alle forze che tendono a
variare il volume
Onde S
Le onde sismiche
Onde superficiali L
O d
Onde
R l i h: sii trasmettono
Rayleigh:
Rayleigh
t
tt
i
in
qualsiasi mezzo e producono spostamenti
retrogradi e di forma ellittica nel piano
verticale.
verticale
Onde Love
Love:: producono spostamenti
orizzontali, trasversali rispetto alla
direzione di propagazione.
Strumenti di registrazione
SISMOGRAFI: strumenti costituiti da masse sospese
p
per mezzo di molle che
p
restano ferme per inerzia quando si verifica un terremoto, mentre una punta
scrivente, fissata alla massa sospesa, segna i movimenti su un rullo di carta avvolto
attorno a un cilindro in rotazione,
rotazione solidamente ancorato al suolo e quindi capace di
entrare in vibrazione contemporaneamente alle vibrazioni della terra stessa.
Sismogrammi
La registrazione del sismografo è un sismogramma,
sismogramma su cui si può leggere ll’arrivo
arrivo successivo
delle onde sismiche.
Si distingue
di i
una prima
i
parte riferibile
if ibil alle
ll sole
l onde
d longitudinali,
l i di li le
l più
iù veloci
l i e quindi
i di le
l
prime ad arrivare, una seconda parte formata dalle onde longitudinali e da quelle trasversali,
una terza parte formata dalle onde longitudinali, trasversali e lunghe, e talvolta una parte finale
o coda formata soltanto dalle onde lunghe,
lunghe prima quelle di Rayleigh e poi quelle di Love.
Love
Grandezze misurate
La misura delle onde sismiche può avvenire in termini di energia rilasciata
all’ipocentro (magnitudo M) oppure attraverso la stima degli effetti in superficie
(intensità).
Magnitudo: grandezza collegata alla quantità di energia che le rocce possono
accumulare prima di rompersi e all
all’area
area della frattura.
frattura
Il valore dell’energia effettivamente liberata da un terremoto si ricava dalla
magnitudo
ag udo mediante
ed a e relazioni
ea o
eempiriche
p c e cchee va
variano
a o a seco
secondo
do de
dellee aaree
ee
geografiche e soprattutto geologiche. In Italia la relazione che si adopera è la
seguente:
log E = 9,15 + 2,15 M
con E espressa in erg e M magnitudo delle onde di superficie.
Intensità sismica: Grado di danneggiamento delle strutture e dell’entità dello
sconvolgimento
l i
d l suolo
del
l che
h sii verifica
ifi in
i tutta l’area
l’
i cuii il terremoto è avvertito.
in
i
Grandezze misurate
Grandezze misurate
Grandezze misurate
Accelerazione massima al suolo (Pga): parametro espresso come percentuale
dell’accelerazione di gravità (g) sulla superficie terrestre. Consente di stimare le forze
che agiscono sulle strutture durante i terremoti, con particolare riferimento alle spinte
orizzontali, le più pericolose per gli edifici.
orizzontali
edifici Strumenti di misura→ accelerografi
Per la valutazione della pericolosità sismica, riveste grande importanza la
componente orizzontale della accelerazione massima al suolo
Scale di misura
La misura dell’intensità dei terremoti è basata su scale empiriche, suddivise in gradi di
d
danneggiamento
i
crescente, normalmente
l
i di i con numerii romani,
indicati
i ognuno dei
d i quali
li è
individuato da una serie di effetti che un certo terremoto provoca sulle persone, sugli oggetti,
sulle costruzioni e sul territorio (dati macrosismici) (es. scala MCS).
Le varie scale di misura hanno in comune una serie di effetti caratteristici, riferiti
all’esperienza locale:
a – effetti psichici e meccanici sugli uomini e sugli animali;
b – effetti sugli oggetti;
c – effetti sulle costruzioni;
d – effetti sul suolo;
e – effetti sulle acque superficiali e sotterranee;
f – effetti ggeologici
g e ggeomorfologici.
g
Grado di danneggiamento
Scale di Misura
MCS
Effetti in superficie delle onde sismiche
Onde longitudinali
g
((P):
) raggiungono
gg g
la superficie
p
terrestre,, vengono
g
rifratte dall’aria
e, se la loro frequenza è di un certo tipo, nel propagarsi nell’atmosfera danno luogo a
vibrazioni acustiche che sono la causa dei rumori e dei boati che talvolta vengono
uditi quando si verificano i terremoti.
terremoti
Onde trasversali (S): producono spostamento sia orizzontale che verticale della
superficie terrestre ⇒ sono in grado di danneggiare le strutture.
Onde superficiali (R e L): provocano i danni maggiori a causa della loro ampiezza.
Le onde sismiche, allontanandosi dall’ipocentro, subiscono generalmente
un assorbimento progressivo (attenuazione), causato dall’attrito interno
delle rocce, che comporta la trasformazione dell’energia meccanica in
energia termica.
Le onde sismiche, allontanandosi dall’ipocentro, subiscono “generalmente” un
assorbimento progressivo (attenuazione)
Conseguenze dei terremoti
1) Deformazioni:
Deformazioni:
⇒danni/distruzioni di:
edifici (pubblici, privati);
infrastrutture (strade, ferrovie);
tubazioni interrate (es.
(es oleodotti);
altre opere antropiche (es. dighe).
=> rotture nel terreno e
riattivazione di faglie; innesco di
f
frane
((es. crolli);
lli) innesco
i
di
valanghe; modifiche di corsi
dd’acqua;
acqua; svuotamento/riempimento
di laghi.
Conseguenze dei terremoti
2) Variazioni di pressione neutra:
neutra
=> livello delle falde idriche; portata/temperatura delle sorgenti;
liquefazione dei terreni; innesco di frane (per liquefazione).
3) Tsunami:
=> distruzioni lungo le coste.
4) Conseguenze sociali, politiche, economiche:
economiche
=> panico incontrollato; criminalità indotta; uso del
suolo e del territorio
territorio.
Effetti dei terremoti sulla superficie
Effetti dei terremoti sulle costruzioni
Effetti dei terremoti sulle costruzioni
Isosisme per il terremoto dell’Irpinia 1980
Fenomeni indotti:
indotti: i maremoti o Tsunami
Sono onde lunghe che si propagano in acqua con periodo
generalmente compreso fra 5 e 60 minuti.
P
Possono
essere generate
t da:
d
- Eruzioni vulcaniche;
- Frane sottomarine;
- Crolli di roccia in mare;
- Forti Terremoti sottomarini (≥ 7 magnitudo Scala Richter).
Fenomeni indotti:
indotti: i maremoti o Tsunami
1) Si sposta una grande massa d'acqua;
2) L
Lo spostamento
t
t dell'acqua
d ll'
sii propaga progressivamente
i
t e crea onde
d lunghe
l
h
(qualche centinaia di chilometri) e di grande durata (qualche decina di minuti);
3) La forza distruttiva dipende dall
dall'altezza
altezza di colonna dd'acqua
acqua sollevata
sollevata. Un
terremoto in pieno oceano può essere estremamente pericoloso, perché può
sollevare e spostare tutta l'acqua presente al di sopra del fondale marino;
4) L’enorme massa d'acqua spostandosi in prossimità delle coste trova un fondale
marino sempre più basso e tende a sollevarsi ulteriormente.
Fenomeni indotti:
indotti: i maremoti o Tsunami
Distribuzione dei terremoti