CAMPO APERTO

1)

  • INQUAFRAMENTO DEL “SITE TEST”

Il “Site Test” della prima fase della Ricerca è stato ubicato all’interno dell’abitato di Mirabello (Fe) in una porzione di terreno non edificata situata in Via Caduti di Nassirya.

Scopo di tale Campo Prove è quello di costruire un modello in una zona limitata, al fine di prendere confidenza con questo (apparato  software e hardware) e di validarlo su di un piccolo campo non edificato,

ma di dimensioni paragonabili al perimetro di edifici medio grandi. Tale test servirà da calibratura per le fasi successive, che interesseranno edifici in aree urbane.

2)

LA LIQUEFAZIONE NEL COMUNE DI MIRABELLO (FE)

Il Comune di Mirabello in Provincia di Ferrara, è stato scelto come Site Test visti i grandi fenomeni di liquefazione avuti in seguito alle scosse sismiche del 20 maggio 2012. Tali fenomeni si sono manifestati attraverso la formazione di vistosi “vulcanelli” di sabbia, rigonfiamenti del manto stradale o dei marciapiedi e da fuoriuscite di sabbia da fratture formatesi sul terreno. Il Campo Prove del Progetto ubicato in via Caduti di Nassirya rientra in una di quelle aree dell’abitato in cui vi sono stati evidenti fenomeni di liquefazione.

Vulcanello di sabbia

Sezione del terreno in cui è evidente la frattura nella quale si è insinuata la sabbia del paleoalveno del Reno.

CREAZIONE E SPERIMENTAZIONE DEL PROTOCOLLO DI INDAGINE DEL PROGETTO

 DI RICERCA SU CAMPO APERTO

SVILUPPO E VALIDAZIONE DI UN MODELLO SU DI UN PICCOLO CAMPO PROVE NON EDIFICATO FINALIZZATO ALLO STUDIO DELLE PROBLEMATICHE DI LIQUEFAZIONE E ANALISI DEI TERRENI  NEL SOTTOSUOLO

 

 

PARTE A – PROVE CONVENZIONALI

3)

1.    FASE 0: ESECUZIONE DI INDAGINE GEOFISICA CON TECNOLOGIA GEORADAR

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA: Il rilievo preliminare con georadar è stato impiegato al fine di valutare le caratteristiche superficiali del terreno in campo aperto in relazione alla localizzazione di possibili reti e sottoservizi, all’andamento delle tubazioni, alla mappature di eventuali rilevanze strutturali ed archeologiche.

MOTIVAZIONI: al fine di trasporre in ambiente urbano la metodologia operativa sviluppata nel Campo prove, si è reso necessario eseguire una “scansione” del sottosuolo che consentisse di applicare successivamente le diverse tecniche di indagine in condizioni di sicurezza, salvaguardando l’integrità dei sottoservizi e delle strutture interrate. L’indagine georadar è stata impiegata in modo rapido, non lesivo ed economico se rapportato ad altri metodi di indagine diretti per supportare la esatta ubicazione dei sottoservizi in funzione delle

attività geognostiche, geosismiche e geofisiche (sondaggi, Cpt, geofisica) programmate nel “site Test” che prevedevano:

  • n. 1 sondaggio a carotaggio continuo verticale fino a -30 mt da p.c.;
  • n. 1 sondaggio a distruzione di nucleo verticale fino a -10 mt da p.c.;
  • n. 3 prove CPTU;
  • n. 20 prove SPT in foro
  • n. 2 prove Masw;
  • n. 2 prove REMI
  • n. 1 prova ESAC
  • n. 4 prove HVSR
  • n. 1 indagine sismica DOWN-HOLE
  • n. 72 esecuzione di fori e ubicazione picchetti metallici profondi fino a 1 m per la geoelettrica superficiale 2D;
  • n. 8 sondaggi profondi fino a 17 m per inserire le catene di misura per la geoelettrica 3D.

APPLICAZIONE DEL METODO GEORADAR AL CASO IN ESAME:

A seguito di un sopralluogo preliminare, si è appurato che

l’area d’indagine ha dimensioni di circa 85 x 20 m.

Si è quindi deciso di procedere con l’indagine GPR mediante l’esecuzione di n. 10 scansioni, di cui 5 longitudinali e 5 trasversali.

La figura adiacente mostra tutti i profili radar eseguiti sul campo oggetto di studio.

Vista la geologia dell’area e l’alta saturazione del terreno dovuta alle abbondanti piogge che hanno interessato l’area in esame durante la fase di acquisizione è difficile riuscire a trarre tutte le informazioni ricercate; tuttavia, da un’analisi attenta, è possibile fare alcune considerazioni.

In tutte le sezioni GPR elaborate si riesce a distinguere due principali porzioni, la prima (riquadro rosso) contornante la parte del dato ad alta qualità, poco interessata dal rumore di fondo.

La seconda, a profondità maggiori, mostra un aspetto nettamente diverso, vale a dire un segnale a bassa frequenza e maggiore ampiezza.

La differente facies del segnale radar rispecchierà, indubbiamente, un diverso contesto litologico attraversato, che potrà essere evidenziato meglio dai successivi studi geologici e geofisici. A meritare particolare attenzione è sicuramente la porzione circoscritta in giallo, caratterizzata da un segnale radar particolarmente sporco, tale fenomeno potrebbe essere riconducibile ad una risalita di materiale sabbioso in seguito alla liquefazione del sottosuolo. Tale teoria potrà poi essere confutata con i risultati ottenuti dalla fase di studio successiva applicando la metodologia geoelettrica.

4)

1.    FASE 1: CAMPAGNA DI INDAGINI GEOGNOSTICHE “CONVENZIONALI”

Appurata l’assenza di sottoservizi e di rilevanze strutturali ed archeologiche nell’area del Test Site, potendo quindi operare in condizioni di sicurezza, la prima fase della campagna di ricerca è consistita nell’esecuzione di prove “convenzionali” – in accordo a quanto previsto dalle attuali Norme Tecniche per le Costruzioni nel capitolo 6 – necessarie a:

  • caratterizzare dal punto di vista geologico, geotecnico e sismico l’area su cui sorge, o come in questo caso “test” dovrebbe sorgere l’edificio;
  • ricavare un primo set di dati atti previsione della stabilità alla liquefazione.

 

Il Programma di indagine è stato articolato come segue:

 

  • Sottofase 1.1 – INDAGINE GEOLOGICA utile alla definizione delle unità litotecniche, degli eventuali processi geomorfici e alla modellazione geologica del sito (6.2.1. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.2 – INDAGINE GEOTECNICA necessaria a fornire tutti i dati geotecnici utili per il progetto, la caratterizzazione e la modellazione del volume significativo di terreno interessato (6.2.2. DM 14/01/08).

 

  • Sottofase 1.3 – VALUTAZIONE DELLA RISPOSTA SISMICA DEL SITO (ai sensi del D. M. 14/01/2008 NNTC), ai fini della verifica agli Stati Limiti Ultimi (SLU) (6.4 del D.M. 14/01/08) e della verifica di possibili fenomeni di liquefazione, al fine della progettazione per azioni sismiche.

INQUADRAMENTO  

GEOLOGICO: 

L’area oggetto di studio è situata nel Comune di Mirabello (FE) in una porzione di terreno non edificata. Dal punto di vista geologico l’area relativa al campo prove risulta insistere su una copertura superficiale di terreni argillosi contenenti, come da descrizione più del 60% di frazione argillosa.

Alla luce di quanto descritto dalla carta geologica redatta a corredo degli studi di microzonazione sismica (Ordinanza n70 del 13/09/2012) della Regione Emilia Romagna si definisce, in relazione all’areale in oggetto, la presenza di litotipi prevalentemente sabbiosi.

La geomorfologia dell’area indagata presenta connotazioni tipiche dell’ambiente morfogenetico tipico della bassa pianura alluvionale. Le forme tipiche sono rappresentate da zone depresse, poste al contorno dei principali tracciati fluviali, presso i quali si evidenziano morfologie rilevate (dossi e paleoalvei). Come visibile nella cartografia sottostante, l’area in oggetto è posta in corrispondenza di un dosso fluviale. Tale morfologia si sviluppa in direzione So – NE, direzione lungo la quale nel corso del tempo si è sviluppata la viabilità e, di conseguenza, l’abitato stesso di Mirabello. Secondo quanto illustrato nella carografia in oggetto il sottosuolo risulta caratterizzato prevalentemente da litotipi sabbiosi e limo-sabbiosi in strati di spessore decimentrico.

Un altro dato interessante è deducibile dalla “Carta dei Fattori di amplifiazione attesi e del rischio di liquefazione” in cui si evince che l’areale in oggetto ricade su terreni potenzialmente suscettibili di liquefazione già nei primi 10.00 m di sottosuolo (LQ1). Al contorno del sito in oggetto sono state eseguite verifiche della sucettibilità del sottosuolo al fenomeno della liquefazione, comeillustrato nella cartografia in oggetto, si osservano nelle immediate vicinanze dell’area studiata indici di potenziale di liquefazione caratteristici di un rischio moderato, alto e molto alto (Somnez 2003).

INQUADRAMENTO GEOGNOSTICO:

 

La campagna geognostica inerente lo studio del terreno è stata espletata mediante le seguenti indagini:

  • n. 3 prove penetrometriche statiche con punta elettrica e piezocono CPTU;
  • n. 1 sondaggio a carotaggio continuo;
  • n. 1 sondaggio a distruzione di nucleo;
  • n. 1 installazione di tubo piezometrico;
  • n. 20 prove penetrometriche dinamiche in foro SPT
  • n. 1 indagine sismica in foro down hole;
  • n. 1 indagine sismica con metodologia ESAC;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia Re.Mi;
  • n. 2 indagini sismiche con metodologia MASW;
  • n. 4 indagini sismiche passive HVSR.

Durante l’esecuzione del sondaggio a carotaggio continuo sono stati prelevati n. 4 campioni di terreno indisturbati (tramite campionatore Shelby) e n. 4 campioni di terreno rimaneggiati. Sui campioni prelevati, allo scopo di valutare le caratteristiche geotecniche del terreno dell’area oggetto di studi, sono state eseguite analisi di laboratorio di geotecnica, consistenti in:

  • n. 5 determinazioni dei Limiti di Consistenza o di Atterberg (ASTM D 4318-00);
  • n. 5 determinazioni del Contenuto d’acqua allo stato naturale (ASTM D 2216-98, ASTM D 2974-00);
  • n. 5 analisi granulometriche per setacciatura o sedimentazione (ASTM D 422-98);
  • n. 3 prove di colonna risonante RC (ASTM D 4015);
  • n. 1 prova triassiale ciclica a liquefazione (ASTM D 5311/92) eseguita su n. 3 provini di terreno;
  • n . 3 determinazioni della conducibilità elettrica dell’acqua di falda (UNI EN 27888:1995).

 

L’integrazione delle analisi in situ e di laboratorio hanno evidenziato la presenza in loco di granulometrie riferibili a:

  • da -1.50 ÷ -2.00 m Limo con argilla;
  •  da -3.50 ÷ -3.60 m Sabbia argillosa con limo;
  •  da -5.90 ÷ -6.00 m Sabbia limo-argillosa;
  •  da -11.90 ÷ -12.00  Limo con argilla;
  •  da -23.40 ÷ -23.50  Limo sabbioso e argilloso.

 

Viene di seguito riportata la colonna stratigrafica, a partire dalla superficie, ottenuta mediante l’interpretazione del materiale estratto dal sondaggio a carotaggio continuo.

Il rilievo della falda freatica da parte di geo Group ha fornito i seguenti risultati:

  • CPTU 1 : -28.87 m da p.c. – livello falda freatica -1.60 m da p.c. (20/02/2015)
  • CPTU 2 : -27.83 m da p.c. – livello falda freatica -1.60 m da p.c. (20/02/2015)
  • CPTU 3 : -27.42 m da p.c. – livello falda freatica -1.60 m da p.c. (17/06/2015)

 

La conducibilità elettrica eseguita su n.3 campioni prelevati attraverso il piezometro installato in corrispondenza del sondaggio a distruzione di nucleo hanno dato i seguenti risultati:

  • C 1 : 1282.00 ± 5 (microS/cm)
  • C 2 : 1149.00 ± 5 (microS/cm)
  • C 3 : 1305.00 ± 5 (microS/cm)

 

Le figure seguenti mostrano alcuni stralci relativi alle prove CPTU.

In base alla nuova classificazione sismica, redatta al fine di definire un sistema normativo per la progettazione antisismica e acquisire dei criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale, il Comune di Mirabello ricade in classe 3.

 

Per effettuare, invece, la caratterizzazione sismica del terreno sono state eseguite n. 2 indagini attive eseguite secondo dispersione di onde superficiali di tipo RAYLEIGH (metodologia MSAW), n. 2 indagini passive secondo registrazione in array lineare di rumore sismico naturale disperso (metodologia Re.Mi), n. 1 indagine passiva secondo registrazione in array 2D di rumore sismico naturale disperso (metodologia ESAC), n. 4 acquisizioni con stazione velocimetrica triassiale di rumore sismico naturale (metodologia HVSR) e n. 1 indagine sismica diretta in foro secondo metodologia DOWN-HOLE, con identificazione del profilo di velocità delle onde P e S fino a 30 m di profondità, da cui si sono ricavati i risultati esposti di seguito.

Secondo la classificazione del sottosuolo imposta dal DM 14/01/2008 NNTC, si ritiene ragionevole considerare, ai fini della classificazione sismica, la categoria D, corrispondente a depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con spessori superiori a 30 m, caratterizzati da un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di Vs30 inferiori a 180 m/s (ovvero NSPT,30 < 15 nei terreni a grana grossa e cu,30 < 70 kPa nei terreni a grana fina). L’indagine DOWN HOLE eseguita mostra un valore di Vs30 di poco superiore alla soglia dei 180 m/s (limite Cat. D/Cat.C).

 

Sulla base dei contenuti del D.M. 14/01/2008 “Nuove Norme Tecniche per le Costruzioni” è stato definito un parametro di accelerazione massima attesa ag in relazione ad un tempo di riferimento TR stimato di 475 anni, considerando una classe d’uso pari a II e una vita nominale di 50 anni. Per l’area in oggetto tale parametro è risultato pari ad ag attesa = 0.145 g.

Quindi, considerando l’amplificazione standard per un suolo tipo D secondo l’approccio semplificato (D.M. 14/01/2008), si ottiene il seguente valori di Amax = 0.261g.

 

VERIFICA DI LIQUEFAZIONE:

 

Dopo aver caratterizzato il terreno attraverso l’interpretazione di dati da prove penetrometriche statiche CPT, è stata eseguita una stima del rischio di liquefazione di terreni sotto falda in condizioni sismiche, mediante il metodo semplificato di “Robertson e Wride”.

I metodi semplificati richiedono che venga definito un sisma di progetto, attraverso l'introduzione dell'accelerazione sismica orizzontale massima in superficie e della magnitudo di riferimento.

Tutti i metodi semplificati permettono di esprimere la suscettibilità alla liquefazione del deposito attraverso un coefficiente di sicurezza, dato dal rapporto fra la resistenza al taglio mobilitabile nello strato ( R ) e lo sforzo tangenziale indotto dal sisma (T), come di seguito riportato:

Un deposito dovrà essere considerato suscettibile di liquefazione se il coefficiente di sicurezza Fs sarà minore di 1.

La grandezza T dipende dai parametri del sisma di progetto (accelerazione sismica e magnitudo di progetto). R è funzione delle caratteristiche meccaniche dello strato, principalmente del suo stato di addensamento, e può essere ricavato direttamente attraverso correlazioni con i risultati di prove penetrometriche statiche.

Per l’esecuzione delle verifiche della suscettività del sito al fenomeno di liquefazione sono state considerate le metodologie semplificate proposte da Robertson & Wride (1998) e Boulanger & Idriss (2008). Il metodo di Robertson e Wride (1998) permette di correlare la resistenza al taglio R mobilitata nel terreno con i risultati delle prove penetrometriche statiche.

 

La verifica alla liquefazione è stata eseguita sulle n. 3 verticali di prova statiche elettriche con piezocono CPTU eseguite in sito tramite l’utilizzo del software CLiq v. 1.7.1.6 prodotto da GeoLogisMiki – Geotechnical Software.

 

Le verifiche sono state svolte considerando una magnitudo di riferimento M = 6.14 (Zonazione ZS9), una accelerazione massima al suolo Amax = 0.261g (Approccio semplificato NNTC – Cat. Sottosuolo D—Tr = 475 anni) e con soggiacenza della falda freatica alla profondità di Dw -1.60 m da p.c. secondo quanto rilevato durante l’esecuzione della campagna geognostica espletata.

 

Dalle verifiche alla liquefazione eseguite per l’area in oggetto sono stati ottenuti i seguenti valori:

Poiché il sito in oggetto risulta esposto a un rischio di liquefazione da “Alto” a “Molto Alto” (Somnez2003), il volume significativo in oggetto non è più classificabile secondo categoria di sottosuolo D, ma rientra all’interno dei sottosuoli ascrivibili alla categoria di sottosuolo tipo S2, ovvero, depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o qualsiasi altra categoria di terreno non classificabile nei tipi precedenti.

PARTE B

SVILUPPO DI UN APPROCCIO INNOVATIVO BASATO SULLA TOMOGRAFIA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA

5)

FASE 2: INDAGINE GEOELETTRICA DI SUPERFICE

OBIETTIVI GENERALI DELL’APPLICAZIONE DELLA TECNICA:

Il nodo centrale del progetto di ricerca è consistito nell’attività sperimentale finalizzata alla verifica dell’approccio diagnostico del sottosuolo, mediante tomografia della resistività elettrica (ERT), quale tecnica di rilievo e caratterizzazione delle litologie liquefacibili con attività sismica.

Lo scopo delle indagini è quindi la caratterizzazione del sottosuolo da un punto di vista geologico-stratigrafico impiegando metodi geofisici di tipo geoelettrico in configurazione tomografica al fine di:

  • identificare le porzioni di sottosuolo potenzialmente soggette al fenomeno della liquefazione;
  • caratterizzare dal punto di vista geofisico le litologie interessate dal fenomeno della liquefazione manifestatosi nella zona in occasione del sisma del 20 maggio 2012 ai fini dell’esportabilità della metodologia di studio in ogni altro contesto comparabile.

 

PRINCIPI DELLA TECNICA DI RESISTIVITA’ ELETTRICA DI SUPERFICE:

La tecnica geofisica utilizzata è stata quella della tomografia della resistività elettrica in superficie (ERT). Il sistema permette di ricostruire la distribuzione spaziale in 3 dimensioni della resistività reale nel sottosuolo con una risoluzione che dipende dalla distanza tra gli elettrodi.

Un numero elevato di elettrodi (molte decine) viene opportunamente disposto sul terreno da indagare; tutti gli elettrodi sono collegati, mediante un apposito cavo multiconduttore, allo strumento di acquisizione.

Le misure finalizzate alla ricostruzione delle resistività nel sottosuolo vengono effettuate utilizzando dispositivi riconducibili ad uno schema di configurazione a quadripolo. Uno strumento, denominato georesistivimetro, immette nel sottosuolo mediante due elettrodi - in genere indicati con A e B - una corrente nota I e misura, tramite due altri elettrodi - M e N - la differenza di potenziale ΔV che tale corrente produce nei punti del terreno nel quale sono stati posti gli elettrodi stessi.

La tecnica ERT consente di passare automaticamente ad una seconda coppia di trasmissione e così via fino a raggiungere il numero massimo di misure indipendenti sui quadripoli ABMN programmati nello strumento. Si ottengono così centinaia/migliaia misure per ciascuna sezione di interesse e, con un apposito algoritmo di inversione, è possibile ricostruire la distribuzione di resistività reale del sottosuolo.

Essendo il terreno disomogeneo, la differenza di potenziale ΔV è funzione, oltre che della distanza tra gli elettrodi, anche della distribuzione di resistività nel sottosuolo: di conseguenza il valore di resistività è una funzione della posizione dei mezzi stessi nel sottosuolo. L’obiettivo della ERT è dunque quello di ricostruire al meglio forma, posizione e resistività dei mezzi a partire da più misure di resistività apparente.

Per quanto riguarda l’interpretazione delle sezioni geoelettriche, in funzione dei terreni presenti nelle aree indagate, è possibile schematizzare nel modo seguente:

  • Alta resistività (colorazione rosso – arancio): terreni di riporto asciutti, sabbie e ghiaie, materiali elettricamente isolanti, guaine, solette e condutture in cemento, trovanti, frammenti litoidi, massicciate stradali e ferroviarie, cavità, fluidi resistivi.
  • Bassa resistività (colorazione blu – viola): terreni limo-argillosi, argille, strutture elettricamente conduttive, masse metalliche, griglie elettrosaldate, cisterne metalliche, serbatoi, binari ferroviari, zone umide, fluidi conduttivi

 

APPLICAZIONE DEL METODO GEOELETTRICO AL CASO IN ESAME: 

La campagna geofisica è stata effettuata in un’area non edificata ubicata all’interno dell’abitato di Mirabello (Fe) in via Caduti di Nassiria dove si erano manifestati fenomeni di liquefazione con evidenze sino in superficie in occasione del terremoto del 20 maggio 2012. Le misure sul campo hanno interessato un’area rettangolare di circa 140 x 30 metri e previsto l’acquisizione dei dati in modalità tomografica, sia bidimensionale che tridimensionale (2D, 3D), sia in superficie che in foro.

L’area d’indagine presenta un andamento planimetrico allungato in direzione sudovest-nordest e si trova su una posizione ribassata immediatamente ad ovest dell’argine sul quale corre la via A.Postale.

La campagna di misurazione ERT 3D da superficie è stata eseguita disponendo gli elettrodi perimetralmente alla sagoma di ingombro di un ipotetico fabbricato situato al centro del campo. I risultati ottenuti mediante l’indagine georadar hanno escluso la presenza di sottoservizi interrati presenti nell’area, questo ha notevolmente facilitato l’installazione degli elettrodi per le misure superficiali.

Nel caso in esame, le misure ERT sono state condotte in superficie mediante l’infissione nel terreno di elettrodi in acciaio inox della lunghezza di circa 30 cm successivamente collegati tra loro mediante cavo multi-conduttore; tale cavo, collegato allo strumento di misura (georesistivimetro Syscal Pro Switch 96), consente la trasmissione della corrente su una coppia di elettrodi e la registrazione della caduta di potenziale su un numero di coppie MN fino a 10 simultaneamente; la misurazione così condotta su tutte le combinazioni elettrodiche possibili consente una ricostruzione 2D e/o 3D della resistività elettrica del sottosuolo.

 

L’immagine seguente rappresenta lo schema d’installazione degli elettrodi utilizzati per le misure di superficie.

L’indagine si è articolata nelle 5 fasi principali delineate schematicamente di seguito:

  • Installazione degli elettrodi di misura sia perimetralmente alla struttura ipotizzata sia con stendimenti lineari interni al perimetro e successivo collegamento a cavi multipolari e connessione allo strumento di misura;
  • Rilievo della posizione effettiva dei fori rispetto a quella di progetto;
  • Acquisizione dei dati dopo verifica ed eventuale minimizzazione delle resistenze di contatto;
  • Controllo della qualità dei dati acquisiti, con eliminazione di valori negativi ed outliers o con deviazione standard alta, ed elaborazione del modello di resistività tridimensionale;

 

Le misure ERT di superficie sono state raggruppate in tre diverse tipologie:

  • N° 2 Linee 2D: la prima a 48 elettrodi con spaziatura 2 metri e la seconda a 48 elettrodi con spaziatura di 3 metri (su questi profili è stato utilizzato il dispositivo elettrodico polo-dipolo ed il Wenner);
  • N°2 Loops perimetrali tra loro parzialmente sovrapposti con acquisizione 3D (in questi loops è stato utilizzato il dispositivo elettrodico polo-dipolo);
  • N°3 Linee ERT 3D interne ai loops con acquisizione 2D sulle singole linee ed acquisizione 3D tra le linee adiacenti (su queste linee è stato utilizzato il dispositivo elettrodico polo-dipolo e il Wenner).

L’immagine seguente riporta tutte le misure di superficie eseguite.

RISULTATI DELLA TOMOGRAFIA ELETTRICA NEL SITO IN ESAME:

 

Le misure ERT 2D sono servite ad analizzare rapidamente il contesto geologico dell’area di indagine oltre a consentire la progettazione e la localizzazione ottimale per le misure 3D; la profondità di esplorazione finale raggiunta è stata superiore (24-28 metri) a quella dei cross-hole (quest’ultima pari a 17 metri). Le misure ERT sono state condotte secondo profili a 48 elettrodi spaziati di 3 e 2 metri. Tale soluzione ha consentito di verificare ed analizzare i risultati con un diverso grado di risoluzione geometrico-spaziale (maggiore per spaziatura pari a 2 metri) seppure con diversa profondità di indagine (maggiore per spaziatura pari a 3 metri).

 

L’informazione stratigrafica ottenuta dalle linee si articola essenzialmente in 3 strati sub-orizzontali, con ampie variazioni laterali delle rispettive resistività. In particolare lo strato più superficiale, con resistività tra circa 20 e 40 Ohm*m corrisponde alle litologie superficiali a prevalente granulometria limoso-sabbiosa insatura sabbiosa; il secondo strato, con resistività intorno a 10 Ohm*m alle litologie a prevalente grana fine sotto falda, mentre il terzo strato torna a valori di resistività intorno a 20 Ohm*m. Quanto sopra esposto è desumibile dall’analisi delle due sezioni di seguito riportate, la prima, è relativa alla sezione ERT-2D con spaziatura inter-elettrodica pari a 3 metri dove la sovrapposizione con i risultati delle prove CPTU mostra nel complesso una buona corrispondenza tra i dati geoelettrici e quelli geotecnici.

La risoluzione geometrico-spaziale non consente comunque di risolvere gli strati sabbiosi sottili potenzialmente liquefacibili. Successivamente è stato incrementato il potere risolutivo effettuando un profilo ERT-2D con spaziatura inter-elettrodica di 2 metri; tale profilo viene riportato di seguito

Tale profilo evidenzia chiaramente la presenza di un livello conduttivo (colorazione blu) centrato a circa 8-10 metri dal p.c. sovrastante il substrato elettrico dell’indagine a resistività superiori ai 15-20 Ohm*m, evidenziate con colorazione giallo-verde e corrispondenti a sabbie limose sature; anche in questo caso, nonostante la riduzione della spaziatura inter-elettrodica da 3 a 2 metri, i livelli sabbiosi profondi più sottili non sono risolti.

Dall’analisi delle sezioni sopra riportate (condotte sia a spaziatura elettrodica pari a 2 che a 3 metri) risulta evidente la perdita di risoluzione della ERT di superficie al crescere della profondità con conseguente impossibilità di risolvere gli strati sabbiosi sottili fini più profondi (desunti dalle colonnine delle prove dirette CPTU in sovrapposizione) e potenzialmente soggetti a liquefazione.  

Tale comportamento rientra nei presupposti teorici della ERT da superficie e nel caso specifico è presumibilmente enfatizzato dai bassi contrasti in termini di resistività elettrica in un contesto generalmente conduttivo.

Anche le misure ERT-3D di superficie desunte dal loop perimetrale (spaziatura elettrodica pari a 3 metri) e dalla griglia interna (effettuata con spaziatura elettrodica di 1 metro) non consentono di ottenere una risoluzione spaziale tale da discriminare con sufficiente dettaglio i sottili livelli sabbiosi profondi (immagine seguente):

E’ invece interessante l’informazione che si ricava dall’analisi delle “slices” orizzontali, in particolare di quella alla profondità di 4 metri dal p.c., riportata nell’immagine seguente: qui appare chiara la disomogeneità laterale di quello che nella precedente sezione 2D è lo strato superficiale. In particolare sono da notare le due anomalie più resistive: la più ampia verso SW sembra indicare un deflusso dal fiume Reno di materiale più grossolano (potrebbe teoricamente trattarsi di una rotta), mentre la più piccola verso NE è nelle immediate vicinanze del vulcanello co-sismico e probabilmente registra il materiale di risalita a prevalente grana sabbiosa.

Di seguito viene riportato l’insieme di slice alle differenti profondità che individuano il tetto e la base dell’anomalia resistiva nei pressi del vulcanello di sabbia:

6)

FASE 3: INDAGINE GEOELETTRICA DI PROFONDITA’

APPLICAZIONE DEL METODO GEOELETTRICO IN FORO AL CASO IN ESAME:

Al fine di effettuare l’analisi richiesta, è stata adottata la tecnica della tomografia geoelettrica in foro (borehole ERT) in configurazione tridimensionale con acquisizione cross-hole.

Per quanto più onerosa in termini di installazione, l’ERT in foro offre, rispetto a quella di superficie, il mantenimento della stessa risoluzione spaziale per tutto il tratto/volume indagato senza perdita di dettaglio al crescere della profondità.

La scelta del numero e della posizione delle verticali di installazione dei cavi per misure in foro, al fine di ottenere una copertura completa ed uniforme del volume da studiare, è stata condizionata dalle dimensioni del perimetro da strumentare corrispondente all’area d’ingombro di un ipotetico fabbricato di piccole dimensioni.

Per l’esecuzione delle misure 3D sono stati predisposti 8 fori perimetralmente alla sagoma del fabbricato ipotizzato. Le misure cross-hole hanno previsto l’installazione    in foro di cavi speciali per ERT appositamente realizzati in poliuretano ad elevata resistenza meccanica per un totale di 192 sensori di misura ed una profondità di esplorazione di 17 metri dal p.c.

L’indagine si è articolata nelle fasi principali delineate schematicamente di seguito:

  • Realizzazione di 8 fori (profondi 17 metri) collocati su una pianta rettangolare di dimensioni pari a 36 x 12 metri, ciascuno attrezzato con cavo da 24 elettrodi e spaziatura di 0.7 metri;
  • Rilievo della posizione effettiva dei fori rispetto a quella di progetto;
  • Acquisizione dei dati;
  • Controllo della qualità dei dati acquisiti, con eliminazione di valori negativi ed outliers o con deviazione standard alta ed elaborazione del modello di resistività tridimensionale.

I principali parametri di acquisizione delle misure ERT di superficie sono stati i seguenti:

  • Geometria elettrodi: 8 fori a 24 elettrodi spaziati di 70 cm.
  • Acquisizioni: polo-dipolo su geometria a 3 fori con misure cross-cable a ricevitore orizzontale e verticale.  
  • Totale misure acquisite: circa 46000 (con duplicati da lati triangoli adiacenti).
  • Totale misure elaborate dopo controllo Q/A: 40000.

 

Le misure di ERT cross-hole sono state eseguite a gruppi di 3 fori per volta e sono stati acquisiti i seguenti array elettrodici:

  • Polo-dipolo a ricevitore verticale, con trasmettitore (AB) in un foro e dipolo di ricezione (MN) in un secondo foro. Tutte le combinazioni di trasmissione-ricezione per le possibili coppie di fori sono state acquisite. La larghezza dei dipoli di ricezione utilizzata è stata di 0.7, 1.4 metri..

 

  • Polo-dipolo a ricevitore orizzontale, con trasmettitore (AB) in un foro ed elettrodi di ricezione (MN) a diverse profondità in due distinti fori, di nuovo acquisiti per tutte le combinazioni di tre fori. In questo caso, le misure nelle quali A e B si trovano sul baricentro di MN (geometria equatoriale con k altissimo) vengono scartate in fase di processing.

 

RISULTATI EMERSI DALL’APPLICAZIONE DELL’INDAGINE SUPERFICIALE E IN FORO: INTERPRETAZIONE DEI DATI E CORRELAZIONE CON LE ALTRE TECNOLOGIE APPLICATIVE 

 

La rappresentazione finale dei risultati ottenuti è stata effettuata utilizzando il software di visualizzazione geo-statistica di dati geologico ambientali MVS con il quale è stato possibile effettuare una sovrapposizione tra planimetria CAD e i dati geoelettrici: il volume investigato è stato analizzato e rappresentato mediante sezioni verticali in funzione dei valori di resistività reale calcolata che consentono di analizzare la distribuzione della resistività elettrica.

La figura seguente mostra un confronto diretto tra il modello desunto da misure 2D di superficie con quello 3D desunto dalle misure in foro: appare evidente l’elevato grado di risoluzione geometrico spaziale della ERT in foro che viene mantenuto fino alla base del volume investigato ed in grado di discriminare anche livelli sottili sia elettricamente conduttivi.

Per quanto spiegato in precedenza, ai fini dell’interpretazione dei risultati ottenuti, le porzioni a maggiore resistività sono di natura sabbiosa e sabbioso-limosa ed evidenziate da una colorazione rosso-arancio; quelle a più bassa resistività indicate con colorazione blu-viola sono invece riferibili ai livelli limoso-argillosi più conduttivi.

Le indagini geotecniche hanno a loro volta accertato la presenza di due strati di sabbia limosa, ad alto potenziale di liquefazione, rispettivamente tra circa 7 ed 8 metri e tra 12 e 14 metri dal p.c. Questi strati, sebbene non risolti dalle indagini ERT 2D e 3D da superficie per lo sfavorevole rapporto tra il loro spessore e la profondità, sono stati però compiutamente caratterizzati dall’indagine ERT 3D cross-hole, sia negli spessori, in accordo con le risultanze geotecniche, che in resistività, il cui campo di valori ricade in quello tradizionale per questa litologia. L’obiettivo posto per il Site Test in campo aperto, di caratterizzare strati liquefacibili mediante indagini geoelettriche tomografiche 3D (da superficie e da foro), onde pervenire ad un protocollo di lavoro applicabile su di un’area occupata da un edificio esistente, è stato quindi pienamente raggiunto.

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