Geologia applicata

Geologia tecnica ambientale

Appunti delle lezioni

Anno Accademico 2020/2021

Docenti del corso:

Prof.ssa Taddia Glenda

Prof. Vigna Bartolomeo

Sommario

Sommario ................................................................................................................................... 2

1 Il paesaggio geologico ..................................................................................................... 5

2 Rilevamento geologico tecnico .................................................................................... 5

2.1 Ricerche preliminari ..................................................................................................... 5

2.2 Rilevamento di campagna ........................................................................................ 6

2.2.1 Principio di sovrapposizione degli strati ...................................................... 8

2.2.2 Franapoggio e reggipoggio .............................................................................. 8

2.2.3 Limiti geologici ..................................................................................................... 9

2.2.4 Le faglie ................................................................................................................ 11

2.2.5 Le pieghe .............................................................................................................. 13

2.3 Rapporto tra geologia e geomorfologia ................................................................. 14

2.3.1 I depositi superficiali ......................................................................................... 14

2.3.2 Depositi alluvionali .......................................................................................... 15

2.3.3 Depositi glaciali .................................................................................................. 15

2.3.4 Detriti di falda .................................................................................................... 16

3 Problematiche geologiche nella progettazione di un’infrastruttura .......... 17

3.1 Realizzazione di una strada ................................................................................... 17

3.1.1 Ciclo di vita del progetto di lavori pubblici .............................................. 17

3.1.2 Tipologie di strade ............................................................................................. 18

3.1.3 Fattori di instabilità di una strada ............................................................. 18

3.2 Problemi geologici delle strade di pianura ........................................................ 19

3.2.1 Profilo verticale di un terreno .................................................................... 20

3.2.2 Acquifero e falde ............................................................................................... 21

3.2.3 Effetto delle precipitazioni sulla falda & rapporto tra corsi d’acqua e falda ............................................................................................................................ 23

3.3 Problemi geologici delle strade di montagna ................................................ 25

3.3.1 Strade di fondovalle ........................................................................................ 25

3.3.2 Opere di difesa da condizioni idrologiche .................................................. 25

3.3.3 Strade di mezzacosta ........................................................................................ 27

3.3.4 Opere di difesa di versanti instabili .............................................................. 27

4 Fenomeni valanghivi ....................................................................................................... 35

4.1 Morfologia ................................................................................................................ 35

2

4.2 Classificazione ........................................................................................................... 35

4.3 Distacco delle valanghe ......................................................................................... 38

4.4 Fattori predisponenti .............................................................................................. 40

4.5 Opere di difesa dai fenomeni valanghivi ............................................................ 41

4.5.1 Opere di difesa temporanee ............................................................................ 42

4.5.2 Opere di difesa permanenti ............................................................................. 43

5 Dighe: problemi e indagini geologiche....................................................................... 45

5.1 Scelta dell’ubicazione di una diga ....................................................................... 45

5.2 Problemi geologici relativi alle dighe ............................................................... 46

1. Impermeabilità dell’invaso .......................................................................................... 46

2. La stabilità delle sponde e dei versanti che sovrastano l’invaso e lo sbarramento .. 48

3. L’interrimento dell’invaso ........................................................................................... 48

4. Stabilità del substrato di fondazione della diga .......................................................... 49

5. Impermeabilità della soglia sulla quale va ubicata la diga ......................................... 49

6. Reperimento dei materiali per il corpo della diga e per le opere connesse .............. 49

7. Condizioni geologiche inerenti le opere ausiliarie...................................................... 49

5.3 Ricostruzione andamento della superficie piezometrica............................. 50

6 Fotointerpretazione ....................................................................................................... 51

6.1 Modelli digitali del terreno .................................................................................. 52

7 Sondaggi geognostici..................................................................................................... 53

7.1 Schema macchina di perforazione ....................................................................... 53

7.2 Prove in foro.............................................................................................................. 54

7.2.1 Prova penetrometrica ..................................................................................... 54

7.2.3 Prova pressiometrica ....................................................................................... 54

7.2.4 Prove di permeabilità in foro ........................................................................ 54

7.2.5 Attrezzatura del foro a piezometro ........................................................... 55

7.2.6 Attrezzatura del foro a inclinometro ....................................................... 55

8 Scavo di pozzi..................................................................................................................... 56

8.1 Attrezzatura condizionamento pozzo .............................................................. 57

8.2 Metodi espurgo pozzi ............................................................................................... 58

9 Perforazioni per consolidamenti ............................................................................... 58

9.1 Realizzazione perforazioni a piccolo diametro – le berlinesi – ................................. 58

10 Fenomeni di intensa erosione e frane ....................................................................... 60

3

10.1 Fenomeni di intensa erosione ............................................................................. 60

10.2 Frane ........................................................................................................................... 60

10.2.1 Cause delle frane .................................................................................................. 61

10.2.2 Classificazione delle frane secondo “Varnes & Crudens” ................................... 61

11 Monitoraggio e studio dei fenomeni franosi ....................................................... 62

11.1 Monitoraggio delle frane ................................................................................... 62

11.1.1 Strumentazioni e tecniche utilizzate nel monitoraggio: ..................................... 62

11.1.2 Vantaggi e svantaggi dei due metodi ................................................................... 63

11.2.3 Sistemi di misura delle deformazioni di fratture su ammasso roccioso o di detensionamento su pendii............................................................................................. 63

11.2 Sistemi di controllo e di allarme....................................................................... 65

11.2.1 Problemi relativi ai sistemi di allarme .................................................................. 65

12 Interventi sui versanti instabili ................................................................................. 66

12.1 Interventi su pendii interessati da fenomeni di intensa erosione o piccole frane da scivolamento rotazionale: ................................................................................................... 66

12.2 Interventi in pendii di roccia lapidea intensamente fratturata: caduta di blocchi o piccole frane da crollo: ........................................................................................................ 66

12.3 Interventi su ammassi rocciosi fratturati con presenza di grossi blocchi e rischi di frane da crollo: ..................................................................................................................... 67

12.4 Interventi al piede di corpi frana di piccole dimensioni o di versanti instabili: ......... 67

13 Interventi di drenaggio ........................................................................................... 68

13.1 Interventi sui corsi d’acqua: erosione spondale, approfondimento ed erosione dell’alveo, colate detritiche ............................................................................................. 68

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1 Il paesaggio geologico

I fenomeni geologici e geomorfologici costituiscono quasi sempre una delle principali componenti del paesaggio e in molti casi hanno una rilevanza superiore alle componenti biologiche.

Il paesaggio geologico ovviamente è spesso soggetto a pericoli. Gli effetti dei pericoli geologici sono le manifestazioni di alcuni processi geologici esogeni ed endogeni.

Processi esogeni sono tutti quei fenomeni esterni che modellano il paesaggio:

• Le precipitazioni atmosferiche
• I venti
• I corsi d’acqua
• I ghiacciai
• Il mare

Processi endogeni sono tutti quei fenomeni che si originano internamente alla terra e che modellano il paesaggio:

• Vulcani
• Terremoti

Come agente geologico: l’uomo

L’uomo, attraverso la tecnologia, è diventato uno dei principali agenti della dinamica esterna del pianeta.

Realizzando situazioni di erosione, trasporto e sedimentazione, ha determinato subsidenze accelerate, ha creato enormi rilievi anche con lo scarico di rifiuti o estese depressioni, ha modificato l’idrologia di corpi idrici, ecc. di entità paragonabile a quelle esercitate dagli agenti esogeni naturali.

2 Rilevamento geologico tecnico

Il rilevamento geologico consiste nell’effettuare una serie di operazioni atte a fornire informazioni circa la costituzione geologica di una data zona con lo scopo di produrre un documento cartografico in cui sono schematizzate tutte le informazioni raccolte sul terreno.

Per raggiungere questo scopo è necessario procedere seguendo tre fasi:

• Ricerche preliminari
• Rilevamento di campagna
• Elaborazione dei dati

2.1 Ricerche preliminari

Sono atte a raccogliere il maggior numero di informazioni prima di procedere al rilevamento vero e proprio.

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1) Reperimento di carte topografiche esistenti

2) Ricerche bibliografiche

a) Se il rilevamento interessa un’area della quale non si hanno conoscenze dirette, cioè non esistono rilevamenti geologici effettuati in precedenza, né pubblicazioni, occorrerà effettuare una ricerca bibliografica di una zona limitrofa che potrà fornirci indicazioni sui tipi di terreni che copriranno probabilmente anche l’area oggetto di studio.

b) Se l’area da esaminare è stata invece oggetto di alcuni studi a carattere generale si dovranno raccogliere, dalla bibliografia esistente, tutti i dati possibili, completi dei riferimenti topografici, allo scopo di ricercarli poi sulle carte da lavoro e ubicarli.

c) Supponiamo infine che dell’area di studio esistano numerose pubblicazioni con relative carte geologiche e carte tematiche, in tal caso occorrerà verificare parallelamente, sul terreno, il proprio lavoro con il precedente.

3) Fotogrammetria/Fotointerpretazione

È una ricerca basata sulla visione stereoscopica di fotografie aeree. Queste osservazioni devono sempre essere verificate da un rilevamento sul terreno!!

2.2 Rilevamento di campagna

Rilevamento di campagna → insieme delle operazioni che si eseguono direttamente nella zona da rilevare sul campo.

In campo è necessario osservare:

• Giacitura degli strati Substrato roccioso
• Limiti geologici
• Presenza di strutture tettoniche
• Depositi quaternari Depositi superficiali

Giacitura degli strati: dal rilevamento geologico è chiaro che la disposizione in superficie di un determinato strato se parliamo di rocce sedimentarie o piano di scistosità se parliamo di rocce metamorfiche potrà fornirci informazioni sull’andamento del medesimo strato in profondità; per poter schematizzare questi dati sulla carta topografica occorre rilevare sul terreno tre parametri:

• Immersione
• Inclinazione
• Direzione

Immersione

Per immersione di uno strato si intende l’orientazione, rispetto ai punti cardinali, della linea di massima pendenza. In pratica l’immersione è l’angolo che tale linea, proiettata sull’orizzontale, forma con il Nord magnetico.

Inclinazione

Per inclinazione si intende invece l’angolo che lo strato forma con l’orizzontale.

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Direzione

Per direzione di uno strato si intende l’orientazione, rispetto ai punti cardinali della linea di intersezione di uno strato con un piano orizzontale. La direzione è l’angolo misurato in senso orario, che la retta orizzontale risultante dalla intersezione del piano dello strato con il piano orizzontale forma con la direzione del Nord.

La direzione di uno strato è sempre perpendicolare alla sua immersione!

Questi tre parametri sono rilevabili in campo grazie all’utilizzo di una bussola da geologo. Essa è composta da un ago magnetico mobile, un cerchio graduato mobile, una bolla e un inclinometro.

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Gli strati possono essere:

• Strati orizzontali: il limite segue l’andamento delle isoipse.
• Strati verticali: il limite è una retta.
• Strati inclinati:

• Andamento concorde al pendio
• Angolo di inclinazione maggiore dell’angolo di pendio
• Il limite ha un andamento contrario alle isoipse

2.2.1 Principio di sovrapposizione degli strati

Esso afferma che le formazioni sottostanti sono più antiche di quelle sovrastanti, l’immersione degli strati può dare subito l’idea di tali rapporti di sovrapposizione.

Sul principio di sovrapposizione degli strati si basa la ricostruzione della successione stratigrafica di una certa area.

2.2.2 Franapoggio e reggipoggio

Le pendenze degli strati sono da considerarsi però sempre in relazione al pendio. Se gli strati sono a reggipoggio la sovrapposizione è quella indicata dall’immersione, mentre nel caso di strati a franapoggio bisogna vedere se essi sono più o meno inclinati del pendio.

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Franapoggio

• Andamento concorde con il pendio
• Angolo di inclinazione minore dell’angolo di pendio.

Il limite ha un andamento concorde con le isoipse e tende ad aumentare di curvatura.

Reggipoggio

• Andamento discorde con il pendio

Il limite ha un andamento concorde con le isoipse e tende diminuire di curvatura.

2.2.3 Limiti geologici

Una delle prime fasi del rilevamento geologico consiste nel tracciare i limiti, cioè i confini linee di contatto tra le varie formazioni e segnare il loro andamento in carta.

Metodologia:

Individuare un contatto e seguirlo sul terreno il più a lungo possibile. In alcune zone ciò può rilevarsi quasi impossibile in quanto il limite tra due formazioni non è esposto in modo continuativo, quindi il limite verrà ricostruito successivamente, sfruttando i dati raccolti in campagna.

Tipologie di confini geologici:

• Limiti stratigrafici, legati alla successione regolare di terreni diversi tra loro.

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Limiti eteropici caratterizzati non da una successione in senso verticale ma dal passaggio laterale tra due diverse litologie.

Il limite per eteropia di facies segnala il passaggio graduale da una formazione a un’altra avente la stessa età, in cui i caratteri dell’una vengono gradualmente sostituiti dall’altra. In questo caso non esistono metodi grafici di interpolazione in quanto il limite tra due facies non è identificabile con una superficie piana e non segue in genere l’andamento degli strati, ma al contrario spesso accade che proceda trasversalmente ad esso.

Limiti derivanti da trasgressioni marine: l’avanzamento del mare sulla terra emersa.

Ciò che possiamo notare durante un rilevamento di campagna sarà:

• Evidenza di paleosuoli fortemente alterati
• Superficie di erosione alquanto irregolare, legata al periodo precedente all’avanzamento del mare verso la costa
• Lacuna stratigrafica tra la parte trasgressiva e il substrato
• Conglomerato o breccia di trasgressione

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• Discordanza angolare tra la formazione trasgressiva e il substrato.
• Limiti connessi ad eventi tettonici che hanno portato a contatto tra loro formazioni in posizione “anomala” rispetto a quella originaria.

Il limite tettonico può essere riconosciuto direttamente sul terreno presenza