Università Mediterranea di Reggio Calabria
FACOLTA’ DI INGEGNERIA
Corso di
GEOLOGIA APPLICATA
Maria Clorinda Mandaglio
TESTI CONSIGLIATI
- Dispense del Corso
- Scesi L., Papini M., Gattinoni P. (2006). “Geologia applicata Il
rilevamento geologico-tecnico”. Casa Editrice Ambrosiana
TERMINOLOGIA
GEOLOGIA
Scienza che studia la costituzione e la struttura della terra, nonché le cause che ne
hanno determinato e ne determinano l’evoluzione
GEOMORFOLOGIA
Scienza che studia ed interpreta le forme esterne della superficie terrestre
GEOLOGIA APPLICATA
Scienza che studia e risolve i problemi di carattere ingegneristico ed ambientale che
sorgono dall'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-TECNICO) attraverso un piano articolato di indagini
geologiche, geomorfologiche, geologico-strutturali, idrogeologiche, geofisiche
Indagini in sito
(geologiche, geomorfologiche, idrogeologiche, ecc.)
Caratterizzazione geologicotecnica
Modello geologico-tecnico
Modello di calcolo
Progetto
Modello geotecnico
GEOLOGIA GENERALE
MODELLO COSTITUTIVO DELLA TERRA
Formata nelle sue linee essenziali da:
CROSTA (oceanica, continentale),
MANTELLO (superiore, inferiore),
NUCLEO (esterno, interno).
1= nucleo interno
2= nucleo esterno
3= mantello inferiore
4= mantello superiore
5= crosta
STRUTTURA E
COMPOSIZIONE
DELLA TERRA
La struttura interna della Terra è
stata ricostruita con metodi
indiretti, il più diffuso è quello
sismico che si basa sulla
propagazione delle onde elastiche
generate dai terremoti
sup.
Discontinuità di Gutemberg
Zona di transizione
Velocità delle onde sismiche (km/s)
INDIVIDUAZIONE DELLE DISCONTINUITÀ
DELLA TERRA
Mantello
inf.
est.
Nucleo
int.
STRUTTURA E
COMPOSIZIONE
DELLA TERRA
Crosta e mantello superiore
sono sede dei fenomeni geologici
che interessano più direttamente
le attività umane
Proprietà degli strati formanti la Terra
[da Attewell & Farmer, 1976]
MODELLO CINEMATICO
Mantello rigido + Crosta terrestre = LITOSFERA
Mantello viscoelastico (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 nell’astenosfera
=>
=> movimenti relativi fra le placche litosferiche =>
=> 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 placche (dorsali oceaniche)
=>
Scontro fra placche (una continentale e una oceanica) =>
Scontro fra placche continentali
=>
Allontanamento di placche
Dorsali oceaniche: zone di accrescimento (fuoriuscita di materiale lungo la
dorsale ed allontanamento delle placche simmetrico rispetto all’asse della dorsale.
L’asse della dorsale non è continuo ma interrotto da faglie trasformi)
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).
FENOMENI ENDOGENI PRINCIPALI
Collegati al movimento delle placche (continentali, 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: posizione dei principali vulcani e
degli epicentri di terremoti recenti.
[da Bell, 1998]
FENOMENI ENDOGENI
•PLUTONI:
derivano dalla solidificazione di magmi (prevalentemente a composizione
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
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:
- magmi basici (contenuto in silice circa uguale al 45%, poco viscosi)
danno luogo a colate laviche (con modesta emissione di gas);
- magmi acidi (contenuto in silice maggiore del 65%, molto viscosi) danno
luogo in prevalenza ad eruzioni esplosive (con emissione di prodotti
piroclastici).
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 laviche
La lava fluisce facilmente (basaltica), si espande e forma un
ampio vulcano a forma di scudo con versanti poco acclivi.
Tipi di eruzioni - CENTRALI
Eruzioni piroclastiche
Bocche vulcaniche che espellono 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.
Hanno nomi diversi a seconda della
loro origine e delle loro dimensioni.
> 64 mm
bombe (emesse allo stato liquido)
blocchi (emessi allo stato solido)
64 mm 2 mm
lapilli
2 mm 62 micron
cenere grossolana
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, con liberazione di energia.
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, e in parte sotto forma di calore.
TIPI DI TERREMOTI
- Tettonici, l’origine delle onde sismiche è provocata dal generarsi
di faglie, sono i più importanti.
- Vulcanici, la liberazione di onde sismiche è provocata dalla
risalita delle masse magmatiche sotto la spinta dei gas.
- di Crollo, l’origine delle onde sismiche è dovuta alla caduta
improvvisa di volte di caverne, di gallerie o anche di grandi falde
rocciose su versanti montuosi.
Simulazione Onde sismiche
La rottura delle rocce all’interno della terra libera energia sotto
forma di onde elastiche (onde sismiche), che vengono registrate dai
strumenti chiamati sismografi
Le onde sismiche
Le onde sismiche
Ipocentro (o
fuoco)
Onde P
Onde S
Epicentro
Onde L
Sismogramma
Sismografo
Le onde sismiche
Sono caratterizzate da un trasferimento di energia e non da un trasporto di massa.
Onde P, prime o di
compressione, devono la
loro propagazione a
successive fasi di
compressione e di
espansione delle 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, seconde o trasversali o
di taglio, la vibrazione provoca
l’oscillazione delle particelle
lungo un piano perpendicolare
alla direzione di propagazione.
Si propagano soltanto nei solidi.
MOTI DEL SUOLO
Onde P
4k k
Vp =V 3
P
4
3
Vs =
= densità
= modulo di taglio
Resistenza che oppongono le
rocce alle forze che tendono a
variare la forma
k = modulo di incompressibilità
Resistenza che oppongono le
rocce alle forze che tendono a
variare il volume
Onde S
Le onde sismiche
Onde superficiali L
Onde Rayleigh: si trasmettono in
qualsiasi mezzo e producono spostamenti
retrogradi e di forma ellittica nel piano
verticale.
Onde Love: producono spostamenti
orizzontali, trasversali rispetto alla
direzione di propagazione.
Strumenti di registrazione
SISMOGRAFI: strumenti costituiti da masse sospese per mezzo di molle che
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, 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, su cui si può leggere l’arrivo successivo
delle onde sismiche.
Si distingue una prima parte riferibile alle sole onde longitudinali, le più veloci e quindi le
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, prima quelle di Rayleigh e poi quelle di 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’area della frattura.
Il valore dell’energia effettivamente liberata da un terremoto si ricava dalla
magnitudo mediante relazioni empiriche che variano a secondo delle aree
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 del suolo che si verifica in tutta l’area in cui il terremoto è avvertito.
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. 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
danneggiamento crescente, normalmente indicati con numeri romani, ognuno dei quali 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 geologici e geomorfologici.
Grado di danneggiamento
Scale di Misura
MCS
Effetti in superficie delle onde sismiche
Onde longitudinali (P): raggiungono la superficie terrestre, vengono 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.
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:
danni/distruzioni di:
edifici (pubblici, privati);
infrastrutture (strade, ferrovie);
tubazioni interrate (es. oleodotti);
altre opere antropiche (es. dighe).
=> rotture nel terreno e
riattivazione di faglie; innesco di
frane (es. crolli); innesco di
valanghe; modifiche di corsi
d’acqua; svuotamento/riempimento
di laghi.
Conseguenze dei terremoti
2) Variazioni di pressione 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:
=> panico incontrollato; criminalità indotta; uso del
suolo e del 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: i maremoti o Tsunami
Sono onde lunghe che si propagano in acqua con periodo
generalmente compreso fra 5 e 60 minuti.
Possono essere generate da:
- Eruzioni vulcaniche;
- Frane sottomarine;
- Crolli di roccia in mare;
- Forti Terremoti sottomarini ( 7 magnitudo Scala Richter).
Fenomeni indotti: i maremoti o Tsunami
Ipocenter
1) Si sposta una grande massa d'acqua;
2) Lo spostamento dell'acqua si propaga progressivamente e crea onde lunghe
(qualche centinaia di chilometri) e di grande durata (qualche decina di minuti);
3) La forza distruttiva dipende dall'altezza di colonna d'acqua 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: i maremoti o Tsunami
Distribuzione dei terremoti
