METODI GEOFISICI

METODI DI INDAGINE
INDAGINI GEOGNOSTICHE
Il sottosuolo può essere caratterizzato dal punto di vista
geologico, geotecnico e geomeccanico attraverso indagini:
indirette (misurano la variazione di determinate
caratteristiche e permettono di risalire successivamente alla
definizione del terreno che costituisce il sottosuolo);
dirette (consentono un rilievo diretto e dettagliato del
terreno).
Indagini indirette
METODI 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)
OBIETTIVI

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
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
Necessità di abbinare prove geofisiche con carotaggi geognostici!
Geo-elettrica
Profili di resistività
RESISTIVITÀ ELETTRICA DELLE ROCCE
Allo stato naturale le rocce sono permeate da una certa quantità di acqua.
La resistività ρr dipende dalle caratteristiche elettriche della soluzione
acquosa che le permea ρw, secondo l’espressione:
ρr = F · ρw
F = fattore di formazione della roccia
F = (an-mS-k)
ARCHIE (1942)
n = porosità;
S = grado di saturazione (Vw/Vv);
a = parametro funzione della tortuosità delle vie di interconnessione dei pori;
m = parametro funzione del grado di cementazione;
k = parametro generalmente pari a 2.
acqua
=10-100 m
acqua di mare
= 2-3 m
Profilo di resistività

Configurazione minima di 4 elettrodi, ma il numero può essere più
elevato.

Si immette una corrente continua tra due elettrodi (A e B) e si misura
la differenza di potenziale che si genera in altri due (M e N) che
dipende dalla resistività del terreno attraversato dalla corrente.

Ogni formazione ha resistività diversa e si sfrutta l’esistenza di salti di
resistività per individuare le interfacce tra formazioni.

Tecnica particolarmente utile per individuare il substrato roccioso
(>1500 m) o la falda (per terreno saturo <1500 m a seconda
della granulometria)
DISPOSITIVI ELETTRODICI
WENNER: la distanza tra i quattro elettrodi è costante (ri= a).
SCHLUMBERGER: la distanza AB tra gli elettrodi di invio è molto maggiore di quella tra
gli elettrodi di misura MN.
Profilo di resistività da geoelettrica
Profilo di resistività da geoelettrica
Profilo stratigrafico da geoelettriche
PROFILI DI RESISTIVITA’
Geo-sismica
Sismica a rifrazione
Sismica a riflessione
PROVE GEOSISMICHE
Basate sui principi di propagazione, rifrazione e riflessione di onde elastiche
generate mediante:
- esplosioni;
- masse battenti.
Il tipo di fonte energizzante dipende dalla profondità di indagine.
I principi della prospezione sismica sono gli stessi su cui si basa lo studio dei terremoti!
Prove geosismiche
 L’impulso generato da una vibrazione (sorgente) viaggia come
onde di compressione (onde P) o come onde di taglio (onde S)
 La velocità di propagazione è funzione della densità del mezzo
e delle sue caratteristiche elastiche
Sorgente
Ricevitori
Prove geosismiche
 All’interfaccia tra due
formazioni diverse il
segnale è in parte
rifratto e in parte
riflesso
 Più il mezzo è
compatto (roccia
intatta o di elevato
peso di volume) più
la velocità è
elevata
 Nella prospezione sismica normale vengono generalmente
utilizzate le onde P
umida
asciutta

Fattori che riducono la vP
nelle rocce: porosità,
l’umidità, tenore in silice,
alterazione

Fattori che aumentano la vP nelle rocce:
anisotropia (vp maggiore parallelamente
alla stratificazione o alla scistosità),
tenore in carbonato
METODI SISMICI
A RIFRAZIONE
Indagano strutture a profondità
< 100 m.
A RIFLESSIONE
Strutture tettoniche profonde (fino a qualche
migliaio di metri). Usati soprattutto nel campo
della ricerca petrolifera.
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.
DROMOCRONA
Diagramma avente in ordinata i tempi di arrivo degli impulsi ai
geofoni e in ascissa le distanze di questi ultimi dal punto di scoppio
Sezione sismostratigrafica
METODI SISMICI IN FORO
Utilizzano gli stessi principi dei metodi sismici tradizionali ma si servono di fori di
sondaggio.
Metodo up-hole: sorgente di energia
in foro e apparecchi di registrazione in
superficie.
Metodo cross-hole: sorgente di energia
in un foro e apparecchio di misura in un
altro sondaggio alla stessa profondità.
necessità di due fori.
Metodo down-hole: sorgente di energia
in superficie e apparecchi di
registrazione in foro.
Metodo bottom-hole:
sorgente di energia e
apparecchio di
registrazione nello stesso
sondaggio ed alla stessa
profondità.
Esempio di ricostruzione di profilo stratigrafico da prova up-hole
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.
SONDAGGI
(indagini dirette)
SONDAGGI
 Possono
raggiungere
notevoli
attraversare terreni sotto falda;
profondità
e
 Permettono di determinare la stratigrafia del terreno;
 Permettono il prelievo di campioni rappresentativi;
 Possono essere utilizzati per l’esecuzione di prove in
sito e per l’installazione di strumentazione geotecnica
(piezometri, inclinometri, ecc.).
SONDAGGI
Perforazioni di diametro compreso tra alcuni cm e pochi decimetri
eseguite per conoscere natura e qualità dei terreni ubicati in
profondità
a carotaggio continuo: consentono di eseguire un carotaggio
continuo della verticale investigata e di risalire all’assetto
stratigrafico.
a distruzione di nucleo: il terreno attraversato viene completamente
distrutto e la stratigrafia dedotta dall’analisi del detrito (cutting).
A scopo geognostico
raggiungono profondità elevate e
caratterizzano la successione
anche da un punto di vista
geotecnico (prove in situ)
A scopo archeologico
analizzano generalmente
i primi strati del terreno
(possono anche essere
eseguiti con trivella).
PROCEDIMENTI IMPIEGATI
Metodi a percussione
Metodi a rotazione
Metodo di
perforazione
Diametro
usuale
(mm)
Profondità
usuale
(m)
Percussione
150-160
60
Rotazione
75-150
15-150
PROCEDIMENTI IMPIEGATI
Metodi a percussione
Utilizzano utensili (scalpelli) molto robusti fatti avanzare nel terreno per
battitura con maglio o per caduta.
Metodi a percussione
Gli utensili (scalpelli) vengono
fatti avanzare nel terreno per
battitura con maglio o per
caduta.
PROCEDIMENTI IMPIEGATI
Metodi a percussione
SVANTAGGI
 Impossibilità di ottenere campioni indisturbati;
 Difficoltà di ricostruire l’andamento stratigrafico in
terreni con fitte alternanze;
 Rifluimento del terreno nel foro dopo l’estrazione,
che rende impossibile l’esecuzione di prove in sito.
PROCEDIMENTI IMPIEGATI
Metodi a rotazione
L’utensile di perforazione è costituito da un tubo carotiere (semplice o
doppio) che presenta un’estremità munita di corona dentata
(tagliente).
Metodi a rotazione
L’avanzamento
dell’utensile è realizzato
applicando
contemporaneamente,
ad una batteria di aste
che lo collegano alla
superficie,
spinta
e
rotazione.
Carotiere: tubo di ferro, lungo 1,5 m, dotato in
sommità di una testa che permette l’avvitamento alle
aste e alla base di una corona dentata che serve per lo
scavo del materiale.
SONDAGGI
CASSETTA CATALOGATRICE
SONDAGGI
I campioni prelevati nel corso dei sondaggi possono essere:
Disturbati, utilizzati soprattutto per la descrizione e la classificazione.
Indisturbati, prelevati in campionatori infissi nel fondo del foro di
sondaggio. I campioni indisturbati possono essere prelevati adoperando
tecniche a rotazione in cui una testa rotante taglia una corona circolare
attorno al campione da prelevare.
CAMPIONATORI: tubi d’acciaio di lunghezza variabile da 60-200 cm e
diametro di 10 cm, dotati di scarpa tagliente, per favorire l’infissione, e di
camicia interna, per conservare il materiale campionato.
CAMPIONATORI
Campionatore a pareti sottili aperto
Campionatore a pistone Osterberg
MISURE SULLE CAROTE
lunghezza carote
% di carotaggio  Lunghezza tratto perforato
Per le rocce
lunghezza carote 10 cm

R.Q.D.  Lunghezza tratto perforato  100
Rock Quality Designation
RQD 
l
i 10cm
LT
%carotaggio 
l
LT
i
 100 
640
 100  53%
1200
 100 
1150
 100  96%
1200
STRATIGRAFIA
SONDAGGIO
Descrizione dettagliata dei terreni attraversati.
Deve contenere:
 denominazione del sondaggio;
 ubicazione del sondaggio;
 data di esecuzione;
 quota boccaforo;
 quote superiori e inferiori degli strati attraversati e relative profondità
dal p.c.;
 dettagliata descrizione degli strati attraversati, con indicazioni sul
colore, odore e consistenza;
 informazioni sull’eventuale presenza di gas;
 informazioni sull’eventuale presenza di acqua;
 esito di eventuali prove eseguite all’interno del foro di sondaggio;
 profondità di eventuali prelievi di campioni, modalità di estrazione e
esito di eventuali prove eseguite sugli stessi.
Esempio di
STRATIGRAFIA