Si vuole fare un breve cenno ai metodi di indagine geofisica per l’esplorazione geologica del sottosuolo, evidenziandone gli utilizzi ai fini geologico applicativi e i loro vantaggi – senza entrare nel merito della spiegazione della fisica e della metodologica dei singoli metodi di indagine – fermo restando che ciascun metodo di prospezione geofisica del sottosuolo richiede necessariamente un “dato” certo di taratura e calibrazione dei risultati.
Le indagini geofisiche sono delle indagini di tipo “indiretto” (a differenza dei sondaggi geognostici), poiché misurano la variazione di determinate proprietà fisiche dei terreni da cui poter elaborare dei modelli geologici del sottosuolo. Più nel dettaglio, la misura delle variazionidi tali parametri geofisici e la loro successiva elaborazione consente di definire la geometria e le caratteristiche dei corpi geologici sepolti. I principali utilizzi nel settore geoingegneristico corrispondono alla definizione del profilo litostratigrafico, la localizzazione della profondità del substrato o del basamento roccioso, l’individuazione di cavità sotterranee, individuazione di strutture o elementi artificiali sepoliti e l’individuazione della superficie della falda freatica o di corpi idrici sotterranei.
A tale scopo possono essere impiegati due approcci distinti: la misura di campi naturali o di quelli artificiali. I primi misurano un campo di forze sulla superficie terrestre e cercano di individuare le anomalie dovute a disomogeneità del terreno. Appartengono a questo tipo di indagine la prospezione gravimetrica e la prospezione magnetica. I secondi, per lo più utilizzati nell’approccio geologico applicativo, misurano il comportamento di un campo artificiale che può venire influenzato da corpi o strutture sepolte. Appartengono a questo tipo di indagine la prospezione elettrica e la prospezione sismica.
In particolare nella prospezione geosismica occorre distinguere due principali modalità di indagine: Sismica a Rifrazione per indagare strutture a profondità minori di 100 m e la Sismica a Riflessione per indagare strutture profonde ed utilizzata per lo più nel settore petrolifero. Vi sono poi dei metodi sismici applicabili in fori di sondaggio, di cui il più noto è il down-hole, ma vi sono anche l’up-hole, il cross-hole ed il bottom-hole che si differenziano gli uni dagli altri per la posizione sia della sorgente di energia che degli strumenti di registrazione del segnale.
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La geofisica applicata può quindi contribuire alla soluzione di numerosi problemi sia di tipo geotecnico che ambientale: ad esempio elevate conducibilità possono essere messe in relazione a un pennacchio inquinante inorganico sulla superficie della falda; alti potenziali apparanti possono favorire l’individuazione e la localizzazione di serbatoi sepolti; evidenti contrasti di densità possono evidenziare aree minerarie abbandonate.
Un altro metodo di indagine indiretto utilizzato nel settore applicativo è il georadar, che si basa essenzialmente sulla misura dell’intervallo di tempo necessario ad un’onda elettromagnetica, emessa da un’antenna trasmittente, per arrivare all’oggetto di cui deve essere determinata la posizione e ritornare al ricevitore, fornendo così informazioni sulla profondità dell’oggetto riflettente. L’impiego del georadar in ambito urbano è piuttosto versatile e permette la localizzazione di servizi quali tubazioni, condotte, tubi etc., localizzazione di armature nel calcestruzzo; analisi e individuazione di fondazioni in edifici da ristrutturare quali ad esempio travi o plinti isolati, localizzazioni di cavità al di sotto di pavimentazioni etc.
Alcuni esempi di applicazione dei metodi geofisici
- a) Sismica a Rifrazione
Caratteristiche litostratigrafiche del sottosuolo
Dall’osservazione del modello tomografico si rileva un assetto stratigrafico caratterizzato da tre tipologie di terreno (dal più superficiale al più profondo):
- Terreni scarsamente addensati (argille e limi), caratterizzati da velocità Vp da 200 a 1000 m/s). Lo spessore di questo strato superficiale varia da circa 3 a 4 m.
- Strato mediamente addensato (marne alterate/argille) con velocità circa compresa tra 1000 e 2000 m/s. Tale strato (sottostante i terreni di riporto superficiali) costituisce lo strato di alterazione della formazione lapidea marnoso-argillitica
- Terreni addensati/rocce tenere con velocità delle onde sismiche maggiore di 2000 m/s. Si tratta di rocce tenere di tipo arenaceo-marnoso con alternanze di livelli più “competenti” (rigidi).
Profilo sismostratigrafico del sottosuolo
Il modello di velocità delle onde di compressione evidenzia tre livelli sismostratigrafici distinti:
- il primo sismostrato comprende materiali sciolti in spessori variabili e pari a 2 metri in corrispondenza delle quote maggiori e pari a 4 metri tra le progressive 28÷38 metri (velocità 300 ÷ 400 m/s, colore blu-turchese);
- il secondo sismostrato è materializzato da un moderato incremento nel gradiente di velocità fino alla profondità di circa 5 metri da piano campagna. Tale secondo livello si estende fino a circa 12 metri di profondità ed è costituito da materiali da scarsamente a mediamente addensati (velocità 500 ÷ 1200 m/s, colore azzurro-giallo).
3. Un terzo sismostrato si estende oltre i 12 metri di profondità con un nuovo incremento nel gradiente di velocità (Vp 1400 ÷ 2000 m/s, colore arancio-rosso) con materiali caratterizzati da grado d’addensamento medio-alto.
- b) Prospezione geoelettrica
Ispezione di aree in frana
Localizzazione della superficie di scivolamento potenziale e venute d’acqua.
L’immagine rivela una situazione estremamente eterogenea, con:
- una coltre sabbioso-argillosa superficiale completamente satura (valori di resistività elettrica pari a circa 10-20 ohm.m, colore blu), estesa soprattutto sul lato est a fianco della proiezione della superficie di frana
- una possibile venuta d’acqua localizzata, posta in posizione mediana rispetto al corpo di frana a circa 4-5 m di profondità. Si ritiene che tale venuta d’acqua abbia avuto (e possa avere) un ruolo fondamentale sulla instabilità del versante, agendo sia sulla riduzione dei parametri di resistenza della coltre detritica e sia con un’attività lubrificante sulla superficie di potenziale scivolamento.
Ricerca di acqua sotterranea
Come illustrato nella sezione tomografica, si osserva una sequenza stratigrafica composta da argille marnoso-sabbiose (valori di resistività compresi tra i 0.8÷1.2 LogΩ*m, tonalità di colore blu – verde), con intercalazioni di limi e/o argille (valori di resistività 0.2÷0.6 LogΩ*m, tonalità di colore blu-azzurro).
Ulteriori esempi e studi specialistici di applicazione dei metodi geofisici sono contenuti in