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Appunti Geologia applicata

Appunti di Geologia applicata basati su appunti personali del publisher presi alle lezioni del prof. Vigna dell’università degli Studi Politecnico di Torino - Polito, Facoltà di Ingegneria I, Corso di laurea in ingegneria civile. Scarica il file in formato PDF!

Esame di Geologia applicata docente Prof. B. Vigna

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ESTRATTO DOCUMENTO

 Dolomie: rocce molto fratturate, molto dura e pesante, se sono presenti filature di argilla è

di colore rossastro;

utilizzate per la produzione di inerti: (calcestruzzo=calce+cemento+inerti), breccia

ferroviaria, rivestimento esterno/interno(da non usare per le scale perché si consuma),

asfalto(inerti+bitume). Problema: l’acqua che di notte gela, frattura l’inerte trasformandolo

in sabbia, lasciando dei vuoti).

ROCCE EVAPORITICHE

Sono rocce lapidee formate dalla precipitazione di minerali salini a causa dell’evaporazione

dell’acqua; tra queste rocce troviamo il salgemma (NaCl), ideale per discariche in sotterraneo di

rifiuti altamente tossici perché ha una permeabilità nulla(non ha acqua e non è plastica), e il gesso il

quale è solubile in tempi molto brevi, ma ha un problema molto pericoloso: (esempio)metanodotto

dalla Russia all’Europa, nel momento in cui hanno spostato le rocce superficiali per mettere le

tubazioni, l’acqua si è infiltrata sullo strato di gesso che ha formato delle cavità che hanno causato

problemi sulle tubazioni, facendole perdere dopo nemmeno 10 anni!

 ROCCE METAMORFICHE

Sono rocce che hanno subito notevoli pressioni da parte di rocce sovrastanti, con annesso aumento di

temperatura, tendono quindi ad allineare i minerali al loro interno lungo dei piani detti piani di

scistosità. Questi piani sono piani di debolezza e possono essere causa di frane e crolli(se franapoggio).

Queste rocce hanno l’aspetto massiccio, con bande di minerali ripiegati o ondulati(molto utilizzate per i

tetti).

Tra le rocce metamorfiche abbiamo:

 Le rocce scistose: molti piani di debolezza vicini tra loro, generano enormi problemi dal punto di

vista ingegneristico;

 Le quarziti: roccia molto abbondante in tutto il mondo, è una delle rocce più dure in assoluto

quindi bisogna fare molta attenzione negli scavi;

 Il marmo: roccia molto compatta, usata particolarmente per pavimentazioni, perché meno dura

di graniti e gneiss, dunque si può lucidare;

 Gneiss: molto compatti e duri, ottimi per impieghi edilizi;

 Micascisti: molto scistose quindi poco utilizzate;

 Serpentinite: contiene asbesto(amianto), divieto di estrazione;

 Argilloscisti: prevalenza di argilla;

 Calcescisti: prevalenza di roccia carbonatica.

I SUOLI

Pedologi: studiosi del suolo, di solito forestali o agronomi.

Il suolo è la zona superficiale formata dall’alterazione della roccia madre. È un’argilla finissima, quindi ha

scarsissime proprietà geomeccaniche e in fase di costruzione viene dunque asportato. Le alterazioni possono

essere chimiche (idrolisi/dissoluzione), fisiche (disgregazione causate dalle dilatazioni

termiche/gelificazione) o biologiche (decomposizione di sostanze organiche).

Roccia affiorante: zone con assenza di suolo.

Roccia sub affiorante: spessore del suolo molto ridotto(dai 10 a 50cm).

[11]

Nei pressi dei corsi fluviali il suolo è assente.

Paleosuoli: suoli molto vecchi con caratteristiche geomeccaniche che in una determinata zona non

dovrebbero esserci, perciò si sono formati in epoche con climi molto differenti dall’attuale(di solito fine delle

ere glaciali), il problema annesso è che possono trovarsi sotto strati di ghiaia o roccia metamorfica, quindi a

prima vista ottimo luogo dove costruire, ma in realtà non lo è, quindi bisogna fare la geofisica o qualsiasi

altra indagine!

Orizzonti pedogenetici:

 Suolo: è composto da un primo strato con presenza di sostanze organiche(classica

“terra”)definito strato attivo e da una strato inerte;

 Strato intermedio: parte in cui l’alterazione è via via meno evidente sino alla roccia madre,

composto da clasti e argilla, durante una costruzione di norma si arriva a scavare sino a questo

orizzonte;

 Roccia madre (bedrock): strato di roccia compatta.

Eluvio: suolo generato senza subire trasporto(naturale).

Colluvio: suolo che ha subito una fase di trasporto(molto più disomogeneo in spessori e materiali), si trova

molto spesso in zone a pendenza.

Suolo residuale: zona calcarea che genera dislivelli con l’argilla.

Caratteristiche dell’eluvio:

 per mezzo metro: clima umido con colore tendente al marroncino;

 da mezzo metro in poi: clima secco con colore tendente al marrone chiaro;

 in profondità: clima caldo-umido con colore tendente al rossastro.

CARTOGRAFIA GEOLOGICA

Sono fogli corredati da una legenda, che indicano i tipi di rocce presenti in una certa zona. Ovviamente non

bisogna solo basarsi su questi dati perché sono carte con una scala molto grande e inoltre sono derivati da

un’interpretazione! Sono presenti anche delle sezioni che ci danno grossomodo idea di come siano distribuiti

i vari strati nel terreno. Nelle relazioni si inserisce di solito una carta geologica molto semplificata. Inoltre

esistono anche delle carte tematiche, specifiche in base agli argomenti geologici, come le carte idrologiche,

geomorfologiche, d’intervento, ecc. Ci sono vari siti su cui poter trovare queste carte, ad esempio: l’ISPRA o

il portale geologico nazionale. Infine esistono programmi come “global mapper 3D” che attraverso la carta

geologica riescono a riprodurre un modello digitale del terreno.

Foto interpretazione:

Stereovisore: strumento che permette la visione 3D di immagini 2D.

Indicazioni fotografiche: data della ripresa, numero del fotogramma e della strisciata, ora, altezza della

ripresa, ecc.

Tipologia: bianco/nero, colori, falsi colori, …

Attraverso la foto interpretazione si possono individuare soprattutto le aree esondabili.

[12]

Modelli digitali del terreno:

 DEM: rappresentazione delle distribuzioni delle quote di un territorio in forma digitale;

 DTM: è ottenuto da un’interpolazione delle curve di livello.

RISCHI DEI MATERIALI GEOLOGICI

 Rocce rigonfianti: aumentano il volume con la presenza di acqua, le strutture a contatto si

lesionano; esempio: argille rigonfianti (smectite);

 Amianto o asbesto: gruppo di materiali altamente fibrosi che si possono trovare nelle serpentiniti;

queste fibre sono facilmente inalabili e possono provocare danni alla salute molto gravi;

 Radon: gas radioattivo prodotto dal decadimento dell’uranio 238 o piombo 206, che vengono

generati da diverse rocce: come lave, porfidi e graniti; è un gas pesante, quindi tende ad andare

verso il basso e passando attraverso le fratture rocciose può raggiungere ambienti chiusi

accumulandosi e raggiungendo alte concentrazioni; l’inalazione prolungata provoca tumore ai

polmoni;

 Gas esplosivi e vulcanici: metano(inodore) si può trovare nelle rocce sedimentarie(terrigene) anche

a profondità limitate, provoca esplosioni anche molto dannose durante lo scavo di opere in

sotterraneo; tra i gas vulcanici troviamo l’idrogeno solforato, CO e CO, tutti gas letali; le acque

2

sotterranee in zone vulcaniche possono avere % notevolmente alte di CO , molto dannosa per il

2

cemento e il ferro; effettuare quindi un’analisi chimica delle acque;

 Acque acide: aggressive per il calcestruzzo; la selce è presente negli inerti del calcestruzzo e ne

indebolisce le caratteristiche;

 Diminuzione di volume notevole: torbe e argille organiche danno origine a cedimenti molto gravi;

 3

Venute idriche durante gli scavi in sotterraneo: in rush(venuta violenta con migliaia di m di acqua)

che spesso danno origine ai sinkhole;

 Subsidenza: fenomeno naturale di abbassamento del suolo legato alla costipazione dei

sedimenti(molto lento);

 Subsidenza indotta: estrazione di fluidi e/o materiali da parte dell’uomo.

INDAGINI GEOFISICHE

Ci permettono di definire se in una zona si trovano sottoservizi, ordigni, ecc. Inoltre ci permettono di definire

le caratteristiche del materiale che vogliamo analizzare, come: densità, elasticità, suscettività magnetica,

resistività, conduttanza, induttanza, permeabilità magnetica, permettività elettrica, ecc.

Vantaggi:

 Costo ridotto

 Rapide

 Si fanno in qualunque luogo

 Indagini non invasive

Svantaggi:

 Incertezza dei dati [13]

Metodi:

 Sismica, la quale si distingue in:

 Sismica a riflessione: ci da una geometria delle rocce sottostanti, ma naturalmente non è in

grado di darci informazioni sulla tipologia di roccia; il cambiamento roccioso è dato dal

cambiamento delle riflessioni delle onde sismiche indotte; metodo buono per vedere delle

anomalie, tipo i vuoti sotterranei come i sinkhole o i vuoti che si generano nelle rocce

calcaree(Puglia);

 Sismica a rifrazione: si usa solo se la velocità aumenta con la profondità, si basa sulla legge

di Snell, cioè un’onda trasmessa, in parte viene riflessa e in parte viene trasmessa da un

mezzo roccioso all’altro e quest’ultima viene deviata secondo la legge di Snell; l’onda però

fonte di studio è l’onda di rifrazione totale, cioè quella che viaggia tra gli strati di roccia

diversa(orizzontale); lo strumento utilizzato è la cosiddetta “mazza battente” o il “big

bang”(fucile ad esplosivo) e vari geofoni piantati nel terreno che ricevono le onde; in base

alla distanza dalla sorgente è possibile stabilire la velocità delle onde attraverso la legge

v=distanza/tempo. Inoltre è possibile stabilire la profondità degli strati; naturalmente più la

roccia è dura più le onde saranno veloci.

La precisione di questo metodo è abbastanza elevata, ma non deve esserci un terreno saturo

d’acqua perché falserebbe i risultati, deve esserci una favorevole situazione stratigrafica quindi

valida in zone pianeggianti per studi stratigrafici e in zone collinari e montuose per definizione

dell’assetto stratigrafico e per un’eventuale messa in sicurezza dei versanti.

 Elettrica o geoelettrica:

principio di funzionamento: si piantano dei picchetti che mandano nel suolo elettricità e altri

picchetti che ricevono l’elettricità dal suolo, in questo modo si calcola la caduta di potenziale dovuta

alla resistenza, o meglio si misura la resistività che è il reciproco della resistenza: bassi valori di

resistività indicano maggiore conducibilità della roccia; il tutto attraverso la legge di Ohm. Man

mano che si va avanti, i picchetti di invio vengono allontanati dai picchetti di ricezione, che restano

fissi. Una volta concluso il lavoro di misurazione si può calcolare la profondità delle rocce attraverso

la formula: profondità = AxB/4. A e B sono i punti in cui ci sono i picchetti di invio e stabiliscono la

distanza. L’argilla ha dei valori tra i 20 e i 2000 Ωm(molto porosa quindi con acqua mineralizzata),

mentre i calcari tra i 50 e i 8000 Ωm (molto compatto). Inoltre bisogna scegliere bene i punti A e B

perché se per esempio siamo in prossimità di un pendio si potrebbe avere uno strato inclinato che ci

sfalsa le misure, quindi bisogna avere strati con geometria regolare. La precisione non è molto

elevata, occorre conoscere grossolanamente l’assetto stratigrafico in quanto alcune rocce hanno

eguale resistività, quindi non avremo informazioni sulla tipologia di roccia. Valida in zone di pianura

per studi stratigrafici e idrogeologici, in zone collinari per studi stratigrafici legati alla stabilità dei

versanti e in zone costiere per la ricerca di acqua con particolari mineralizzazioni.

Esiste inoltre la tomografia elettrica che da delle sezioni del territorio con le varie zone e permette di

avere un’idea abbastanza precisa degli strati(utile per vedere presenza di acqua o le lenti di argilla o

altre situazioni difficili da vedere). [14]

Costi (per avere un’idea):

 Sondaggio: fino a 60m 400€

 Tomografia elettrica: fino a 100m 600€

 Sismica a rifrazione: fino a 100m 800€

 Sismica a riflessione: fino a 100m 2500€

 Magnetica: utile soprattutto per la ricerca di ordigni bellici prima degli scavi.

INDAGINI GEORADAR

Utile per vedere per esempio il passaggio di tubazioni, sottoservizi, ecc. buono quindi per pochi metri al di

sotto del livello campagna; può arrivare ad avere risoluzioni molto elevate.

INDAGINI GEOGNOSTICHE (SONDAGGI)

Forniscono informazioni fondamentali relative alla situazione stratigrafica del sottosuolo. Sono dati

puntuali! Sono indagini molto costose e vanno dunque fatte in modo attento e solo dove necessarie.

Servono per:

 Ricostruire l’aspetto stratigrafico (profondità);

 Esecuzione di prove in situ (diversi tipi di prove per caratterizzare la roccia);

 Raccolta di campioni per prove ed analisi di laboratorio;

 Installazione di strumenti di controllo come gli inclinometri.

Il 90% dei sondaggi sono in verticale, il restante 10% sono inclinati, sono sondaggi utilizzati in casi

particolari e sono molto più costosi.

La macchina che permette questi sondaggi è la macchina di perforazione, composta da:

 Slitta: parte sulla quale scorre la tavola Rotary agganciata attraverso una lunga catena;

 Tavola Rotary: tavola che genera la perforazione mediante rotazione e pressione sulle aste;

 Aste di perforazione: passano per la slitta, nella colonna provvisoria e vengono infisse nel terreno

dalla tavola Rotary mediante una rotazione; se ne aggiungono fino a raggiungere la profondità

desiderata;

 Colonna provvisoria: è una colonna cava in cui scorrono le aste di perforazione e ha il compito di

evitare che il foro collassi durante la fase di carotaggio; il posizionamento è analogo alle aste e di

solito, per ridurre l’attrito durante la sua infissione si immette dell’acqua di perforazione;

 Tubazioni con acqua o fango: consente il raffreddamento del mezzo e consente l’avanzamento delle

colonne e la fuoriuscita dei detriti;

 Carotiere: contenitore, di solito max 3m, posto in fondo alla prima asta di perforazione, in esso si

accumulano i campioni di terreno scavati. Una volta piena, bisogna estrarre tutte le aste e svuotarlo

per poter continuare;

 Corona: è la parte che scava la roccia, di solito diamantata. È una parte della macchina che è

esclusivamente una scelta dell’ingegnere.

Il diametro può variare tra i 101mm e i 140mm. Quando l’attrito è troppo forte e non permette più alla

colonna di proseguire, si procede con un cambio di diametro in modo da ridurre gli attriti e poter proseguire.

[15]

È molto importante indicare dunque il diametro a “fondo foro” specialmente se si ha la necessità di eseguire

test o porre degli strumenti di una certa dimensione sul fondo!

Le carote estratte vengono poste nelle cassette porta campioni, le quali devono essere nominate

correttamente per evitare di confondere tipi di roccia con le profondità e devono riportare il nome del punto

del sondaggio, la profondità del campione e ovviamente tutti i dati del committente ecc.

Metodo “wire line”: si usa per sondaggi a profondità molto elevate in cui i tempi di estrazione del carotiere

sarebbero lunghissimi. È una particolare macchina che è in grado di far risalire all’interno delle aste il

carotiere, permettendo di velocizzare molto i tempi di perforazione.

Carotiere:

 Carotiere semplice: dotato di un solo tubo che ruotando durante la perforazione, con il passaggio

dell’acqua perturba il campione, dunque non mi permette di sapere esattamente le caratteristiche

del suolo ma solo l’assetto stratigrafico. È composto dalla corona e dall’alesatore(specie di molla

che tiene stretta la corona e a cui eventualmente può essere agganciato il cestello per materiali

sabbiosi);

 Carotiere doppio: consiste in una doppia tubazione, quella esterna ruota e il passaggio dell’acqua di

perforazione avviene tra le tubazione esterna e quella interna, in questo modo il campione raccolto

non subisce alcuna perturbazione;

 Fustella: particolare carotiere doppio che viene usato quando si vuole prendere un campione

indisturbato e utilizzarlo per prove in laboratorio. Quando viene estratta al posto di rimuovere il

materiale dal suo interno, la si sigilla con una particolare resina in modo che nulla la possa più

perturbare.

La tipologia di carotiere da usare è esclusivamente una decisione dell’ingegnere, come anche l’utilizzo o

meno dell’acqua, soprattutto per scavi in presenza di argille.

PROVE IN SITU SUI CAMPIONI APPENA ESTRATTI

 Lo scissometro: è un particolare strumento con cui misuriamo la resistenza a uno sforzo di

momento torcente che applichiamo e che misuriamo sul manometro. Ci permette di capire

se il materiale è omogeneo e non omogeneo.

 Il penetrometro: strumento con cui infilziamo il campione e misuriamo quanta resistenza

oppone. (è una specie di cacciavite)

Prove eseguite soprattutto su materiali fini.

PROVE IN SITU

 Prova pressiometrica: (fatta dall’ingegnere), è un tubo cilindrico formato da 2 celle di

guardia e 1 cella di misura(centrale). Viene messo, a profondità decisa dall’ingegnere, in un

foro più piccolo delle aste provvisorie, si collega lo strumento ad un compressore e si inizia a

gonfiare il tubo deformando il terreno fin quando il terreno attorno non regge più, a quel

punto siamo in grado di leggere la pressione limite del terreno. Prova eseguita soprattutto

per scavi di gallerie con presenza di argilla, ghiaia fine, sabbia e limi;

[16]

 Prova penetrometrica: (fatta dal sondatore), si cala un’asta per circa 45 cm, battendo con

un peso (75kg) contando il numero di battute ogni 15 cm, si escludono i dati dei primi 15

cm, mentre si sommano i battiti dei successivi 30cm. Di solito bastano meno di 50 colpi

(SPT) ma potrebbero superare i 50 (SOR); è utilizzatissima e si esegue su materiali fini,

argilla, silt, sabbia e ghiaia fine;

 Prova di permeabilità: prima di eseguire tale prova bisogna saturare il terreno se siamo

sopra una falda; si esegue poi lo scavo sino alla profondità desiderata, si riempiono circa

50cm-1m di foro con della ghiaia pulita in modo da poter tirare su di 50cm il tubo

provvisorio senza che ci sia il rischio che il foro collassi su se stesso. A questo punto ci sono 2

tipi di prove possibili:

Prova di permeabilità a carico variabile: in cui si riempie il tubo e si misura

l’abbassamento del livello idrico(permeabilità ridotta);

Prova di permeabilità a carico costante: in cui invece si continua a immettere acqua

nel terreno fino a quando non si trova la corretta portata di acqua immessa che

mantiene il livello idrico costante(permeabilità elevata).

In questa prova viene utilizzato il cosiddetto sifonamento in cui l’acqua risale tra lo spazio

tra il tubo e il terreno; ottima prova nello stabilire spazi per discariche;

 Prova di resistività elettrica: si fa una trivellazione per avere un’idea dell’assetto

stratigrafico fino a quel punto. Non posso fare questa prova se ho delle tubazioni

provvisorie;

 Prova scissometrica: si effettua solo nelle sabbie! È come quella fatta sui campioni estratti,

solo che si fa a fondo foro.

Idea sul costo dei sondaggi:

I fase: approntamento attrezzatura 900€

II fase: installazione dell’attrezzatura(pianeggiante) 160€(0-100m tra un sondaggio e l’altro)

350€(300-1000m tra un sondaggio e l’altro)

III fase: sondaggio (varia con diametro tra 101-140mm)

Tra 0-20m: 65€/m

Tra 20-40m: 80€/m

[17]

CONDIZIONAMENTO DEI FORI DI SONDAGGIO CON STRUMENTAZIONE DI CONTROLLO

Sistema di acquisizione di ulteriori dati

 Condizionamento a piezometro: serve per determinare i livelli idrici di falda nel nostro terreno. I fori

devono avere un diametro >101mm. Innanzitutto si pone nella tubazione provvisoria il tubo

piezometrico che è composto da una punta conica che va a poggiare sul fondo, una parte di tubo

forato nella zona in cui si ha l’acquifero e una zona di tubo cavo. Il piezometro è rivestito da un

geotessuto che lascia passare l’acqua trattenendo il fine. Il foro viene poi riempito con una ghiaia

dalla granulometria particolare detto pisello del ticino, che funge da filtro evitando che i materiali

fini come l’argilla possano andare a intasare il filtro. Al di sopra della ghiaia si mette l’argilla

bentonitica e al di sopra si cementa il tutto fin sopra il piano campagna e si chiude il tutto con un

chiusino /pozzetto;(l’argilla impedisce che il cemento possa infiltrarsi nella ghiaia e cementarla). In

questo modo il piezometro è totalmente isolato dall’esterno e può fornire dei dati corretti. La lettura

si effettua o in modo automatico o in modo manuale con un sondino che viene inserito nel

piezometro e che fornisce un segnale quando raggiunge il livello di falda, noi cosi possiamo

misurare la soggiacenza del livello di falda dalla quota del piano campagna.

La legge proibisce di collegare due acquiferi indipendenti con un pozzo! Perciò si realizzano due

piezometri vicini, uno nel primo acquifero e uno nel secondo, analizzando le acque dei due

piezometri si può vedere se hanno la stessa composizione (acquiferi collegati) o se diversa (acquiferi

indipendenti).

 Condizionamento a inclinometro: serve per studiare la stabilità di un versante, si posiziona su un

versante o ai bordi di una frana per indicarne lo spostamento millimetrico. È composto da un tubo

inclinometrico sagomato(in alluminio molto duttile con 4 rotaie su cui scorre la sonda) inserito nel

foro e cementato con della boiacca cementizia a elevate pressioni. All’interno del tubo si inserisce il

sondino inclinometrico che è dotato di un accelerometro ad alta precisione in grado di determinare

spostamenti millimetrici. Occorre fare sempre una lettura zero, ovvero si inizializzano i dati

registrando la situazione attuale del tubo inclinometrico, ciò perché quando si va in profondità il

nostro tubo non prosegue diritto ma tende a fare un po’ di curve. Le letture successive nel tempo a

quella zero ci permetteranno di determinare se e come si muove quel terreno. Spesso si fa anche un

rilievo topografico del pozzetto per misurarne eventuali spostamenti, perché se nel caso il sondino

non raggiungesse la superficie di scorrimento non fornirebbe alcun movimento, ciò è dovuto al fatto

che tutto l’ammasso si sta muovendo assieme e quindi si nota vedendo lo spostamento superficiale

del pozzetto. Anche qui i dati possono essere rilevati manualmente o in modo automatico mediante

un sistema di sonde che rimangono nel tubo e eseguono misurazioni in continuo.

Per evitare che il cemento usato per stabilizzare il tubo inclinometrico possa intasare un eventuale

piezometro vicino, è sempre consigliato realizzare il piezometro a monte dell’inclinometro o

comunque a distanze maggiori di 3-5m.

SCAVO DI POZZI

 Perforazione a percussione: si usa in terreni sciolti; il macchinario è composto da un tamburo che

aziona una cucchiaia molto grande che viene fatta cadere da un’altezza considerevole e che

conficcandosi nel terreno lo scava, asportando in fase di risalita il materiale grazie ad una valvola

posta alla bocca della cucchiaia.

Vantaggi: diametro di perforazione elevato, non utilizzo di acqua di perforazione, ricostruzione

dettagliata della stratigrafia e costi abbastanza ridotti;

[18]

Svantaggi: utilizzabile solo con materiali sciolti, profondità massima 150m, tempi di scavo lunghi e

problemi sull’intercettamento di grossi massi o conglomerati.

 Perforazione a rotazione: simile alle indagini geognostiche, ma con diametri molto più grandi, si usa

il tricono o lo scalpello diamantato;

A circolazione diretta: l’acqua di perforazione scende all’interno delle aste e risale tra aste e

terreno riportando in superficie i detriti; solitamente si utilizzano i fanghi bentonitici per

evitare problemi con le tubazioni provvisorie; non è molto buona perché il fango tende a

inquinare l’acqua del pozzo;

A circolazione inversa: i fanghi scendono lungo le pareti di scavo sotto pressione e risalgono

nelle aste riportando in superficie i detriti; i fanghi vengono raccolti in vasche di

sedimentazione dove depositano i detriti e vengono poi riutilizzati. Qui il problema sono le

pareti piene di fango.

Vantaggi: scavo in tutti i materiali, profondità massima 300m e tempi di scavo piuttosto brevi;

Svantaggi: diametro di perforazione non troppo elevato(max 1m), utilizzo di acqua di perforazione,

ricostruzione poco dettagliata della stratigrafia, difficoltà nel posizionare le tubazioni provvisorie e

costi elevati.

 Perforazione con tecnica “martello a fondo foro”: è un mix tra rotazione e percussione, non prevede

l’uso di acqua di perforazione, ma di aria compressa che oltre a raffreddare il tricono porta su i

detriti e in questo caso le tubazioni provvisorie vanno saldate e non avvitate.

Vantaggi: determinazione del livello di falda, scavo in tutti i materiali, profondità maggiore ai 400m

tempi brevi, utilizzo di aria e non acqua, costi ridotti e indicazioni sulla presenza di acqua;

Svantaggi: diametro ridotto(max 35 cm), ricostruzione pochissimo dettagliata della stratigrafia,

difficoltà nel posizionare le tubazioni provvisorie soprattutto in argilla.

Di solito è meglio avere più pozzi a diametro piccolo che uno solo a diametro elevato.

Una volta eseguito il foro si inizia a realizzare il pozzo:

 Si introduce la colonna di condizionamento montata per sezioni; la sezione terminale è cieca e

guarnita di una puntazza conica. In corrispondenza dell’acquifero viene posizionato il filtro che può

essere di diverso tipo:

 Filtro jhonson: utilizzato solo nelle sabbie, è in acciaio inox ed è il più costoso;

 Filtro a ponte: utilizzato nelle ghiaie;

 Filtro a fessure;

 La quantità di pisello del ticino tra filtro e tubazione è una decisione esclusivamente dell’ingegnere.

Man mano che si riempie fin sopra il filtro con il pisello del ticino, si sfilano le tubazioni provvisorie;

 Al di sopra del pisello del ticino si mette dell’argilla bentonitica e poi si cementa il tutto. In questo

modo abbiamo un pozzo completamente isolato e che non collega in alcun modo due acquiferi

differenti. Lo spazio tra tubo di condizionamento e pareti del foro deve essere di almeno 5cm;

 Si posiziona la pompa a metà del livello idrico in cui il terreno è saturo di acqua;

 Si esegue l’espurgo del pozzo, in cui si crea una depressione provocando un notevole afflusso di

acqua che trasporta con sé argilla e particelle fini limitrofe al pozzo. Questa fase è molto importante

perché non solo impedisce successivamente che altra argilla si depositi nel filtro intasandolo, ma ci

permette anche di determinare la massima portata idrica di acqua che possiamo estrarre senza

[19]

provocare un abbassamento del livello idrico. Di solito nei calcari quasi non si esegue; dura tra le

24h e le 72h.

TRIVELLAZIONI

 Trivella a secchio: utilizzo di due differenti tipi di benne mordenti a seconda del tipo di scavo; si

usano nei primi metri per gli scavi a percussione o quando in un tessuto urbano dobbiamo fare uno

scavo profondo, allora utilizziamo queste benne per realizzare dei diaframmi sotterranei. I muri

sotterranei vengono consolidati con l’argilla bentonitica, poi si armano i muri e si inserisce dal basso

il cemento a pressioni elevate, espellendo l’argilla e si realizza il diaframma in cemento sotterraneo.

A questo punto si può scavare senza più correre il rischio di cedimenti del terreno.

 Trivella elicoidale: si utilizza per

Fori di fondazione: quando si utilizza il cemento armato; si lavora di punta e di attrito

laterale;

Consolidare un pendio: si collegano i pali con dei cordoli;

Foro di grandi dimensioni per fondazioni: l’esempio tipico sono le fondazioni dei ponti, le

quali sono dei sistemi circolari di pali trivellati con cordoli.

SCAVI PER CONSOLIDAMENTO SUOLI

 Micropali: sistema conosciuto anche con il nome di “Berlinese”, una macchina buca il terreno

portandosi dietro il tubo provvisorio in ferro di piccolo diametro, poi si arma e si getta con il

calcestruzzo in opera. Si possono realizzare dei muri di protezione per la realizzazione di scavi

successivi. Spesso i micropali vengono poi legati assieme con dei cordoli in cemento e

eventualmente tirantati alla roccia madre.

 Pali battuti: si conficcano nel terreno dei pali in ferro che fungeranno da fondazioni, (sistema usato

per realizzare Venezia), è utilizzato solo in materiali fini; conficcando questi pali, si comprime il

materiale generando la cosiddetta coesione, si genera cioè il fenomeno delle sabbie mobili;

 Jet grouting: (metodo molto usato)si usa nelle ghiaie; una macchina esegue un foro a distruzione di

nucleo sino alla profondità desiderata, dopodiché le aste sono dotate di alcuni forellini da cui

fuoriescono acqua e cemento a enormi pressioni. L’impasto si infiltra nella ghiaia cementandola. Si

ottengono così delle opere spesso anche di enormi dimensioni; tutto dipende dalle dimensioni della

ghiaia che non devono essere troppo piccole. Spesso si realizza un palo di prova per vedere se si

ottengono delle dimensioni accettabili o no; la dimensione dei pali si basa sulla permeabilità del

materiale: piccolo se presenza di sabbia, grande se ghiaia(per decidere la dimensione si fa una

prova di permeabilità);

 Martelli perforatori: si usa per scavi su versanti, coltivazione di cave(esplosioni), ancoraggi ed

iniezioni. Non utilizzare per lo scavo di pozzi!!! La roccia deve essere più o meno fratturata.

IDROGEOLOGIA

Tutta l’acqua segue il ciclo idrogeologico. Le acque sotterranee sono presenti sia in pianura che in collina.

Ovviamente a seconda del tipo di roccia avremo un diverso tipo di circolazione delle acque e una diversa

quantità di acqua:

 Rocce compatte: circolazione idrica totalmente assente;

 Rocce fratturate: circolazione idrica presente ma lenta;

[20]

 Rocce fratturate e carsificate: essendo rocce solubili si formano al loro interno dei vuoti enormi

colmi d’acqua.

I calcari e le dolomie sono le rocce migliori per le sorgenti acquifere.

Ci sono due tipi di mezzo: continuo, con un livello idrico costante (ghiaia) e discontinuo, con un livello idrico

non costante (calcari).

Legge del fine: la concentrazione di rocce fini determina la permeabilità di un terreno. Maggiore è la loro

concentrazione minore è la permeabilità.

Distribuzione dell’acqua nei pori: l’acqua presente nei pori si divide in due tipi

 Acqua di ritenzione: è l’acqua a contatto con la superficie dei granuli e non si muove a causa delle

forze di attrito;

 Acqua gravitica: è l’acqua che è in grado di muoversi liberamente all’interno dell’ammasso roccioso

a causa della forza di gravità.

Ovviamente solo l’acqua gravitica può essere estratta attraverso le pompe.

Ripartizione dell’acqua in un acquifero poroso o altamente fratturato: subito al di sotto del livello

superficiale troviamo la zona insatura costituita da:

 Zona di evapotraspirazione: ha un livello di umidità fisso;

 Zona di ritenzione;

 Zona di risalita capillare;

La zona insatura ha spessori molto differenti a seconda del tipo di terreno. Nei terreni argillosi e limosi può

raggiungere anche decine di metri mentre in quelli ghiaiosi è pressoché nulla. Nelle pianure varia da 20-

30cm a 8-10m. Il problema ad esso connesso è quello della costruzione dei piani interrati degli edifici, in

quanto l’umidità sale anche fino a 2 metri, il consiglio è mettere materiali grossolani come la ghiaia.

Al di sotto della zona insatura troviamo la zona satura, le due zone sono divise dal limite di falda o livello

idrostatico.

Nella zona insatura i movimenti dell’acqua sono verticali, mentre in quella satura sono orizzontali e atti a

trovare un punto di uscita con una sorgente o un pozzo.

Il gradiente idraulico: indica la perdita di carico che subisce un flusso idrico quando scorre all’interno di un

terreno. Tale perdita è dovuta agli attriti interni e questa perdita di carico provoca una variazione del livello

di falda che non è più orizzontale. Più il materiale è grossolano, più piccola è la perdita di carico. Con un

semplice sondaggio con due piezometri, possiamo determinare un’eventuale perdita di carico e capire a

grosse linee l’assetto del terreno. In un sistema carsico non c’è un solo livello piezometrico, ma bensì più

livelli a quote anche molto diverse, con risalite anche oltre i 100m in poche ore!

= distanza tra due pozzi, e = livelli idrici dei due pozzi

1 2 [21]

VOLUME RAPPRESENTATIVO ELEMENTARE (V.R.E.)

3

Roccia porosa: 0.001m

3

Roccia fessurata: 1 m 3

Roccia fratturata: 100 m 3

Roccia carsificata: 1000 m

Più si va verso rocce carsificate e/o eterogenee tanto più bisogna eseguire indagini nel terreno.

DEFINIZIONI

La permeabilità di un mezzo roccioso è l’attitudine a lasciarsi attraversare da un fluido sotto l’azione di un

carico idraulico o gradiente idraulico.

Il coefficiente di permeabilità o conducibilità idraulica è il volume di acqua gravitica che attraversa,

nell’unità di tempo, l’unità di superficie di una sezione retta dell’acquifero, sotto l’effetto di un gradiente

idraulico unitario a 20°C; ha le dimensioni di una velocità.

Il complesso idrogeologico è l’insieme di termini litologici simili aventi comprovata unità spaziale e

giaciturale, un solo tipo di permeabilità ed un grado di permeabilità, che si mantiene in un campo di

variazione ristretto.

PERMEABILITA’ DEI LITOTIPI

Rocce impermeabili: argille e marne plastiche, piroclasti e cineriti, graniti fratturati solo in superficie e

graniti compatti.

Rocce scarsamente permeabili: ghiaia alterata e conglomerati, arenarie e siltiti, alternanze di arenarie e

argille marnose, granito fessurato e roccia scistosa.

Rocce permeabili: ghiaia in matrice sabbiosa e limi, sabbie gialle con limo, arenarie massicce fessurate,

dolomie massicce fratturate, rocce vulcaniche che alimentano una sorgente, basalti, sabbie e ghiaie,

dolomie micro fratturate.

Rocce altamente permeabili: ghiaia molto pulita, ghiaia sciolta, sabbie di spiaggia e pulite, detrito di

versante, calcari puri e arenacei carsificati, calcari carsificati.

STUDIO DELLE ACQUE SOTTERRANEE E TRACCIAMENTO DELLE CURVE ISPEZIOMETRICHE E DELLE LINEE DI

FLUSSO

Molto spesso il moto delle acque sotterranee non coincide con quello delle acque superficiali! Chiamiamo

spartiacque geografico quello superficiale e coincide con la cresta di una montagna o di un rilievo, mentre

chiamiamo spartiacque sotterraneo la cresta sotterranea di materiale impermeabile che provoca la

deviazione dei flussi. Molto spesso questi due spartiacque sono disassati!

Per ricostruire l’andamento della falda abbiamo bisogno di numerosi punti di misura. Facciamo dunque dei

fori piezometrici nelle zone d’interesse e poi cerchiamo di fare delle misurazioni nei pozzi che troviamo in

zona. Non possiamo però usare i pozzi ad uso giornalieri perché hanno un livello di falda errato e nemmeno i

pozzi ad uso potabile perché sono collegati al secondo acquifero e non al primo!

[22]

Occorre fare le misurazioni in un periodo non particolarmente piovoso, ovvero devono esser trascorsi

almeno 10gg dall’ultima pioggia. Non bisogna fare le misure in periodi in cui c’è un grande assorbimento

d’acqua nella zona(estate e primavera in campagna). Periodo di misurazione più breve possibile in modo

che la situazione sia compatibile per tutte le misure.

Si possono poi eseguire delle misure in periodi particolari per determinare ad esempio il massimo livello di

falda o il minimo livello.

Per avere un’informazione corretta occorre avere una distribuzione delle misurazioni nella zona che sia il più

omogenea possibile.

Una volta riportati i dati su una cartina, mediante delle triangolazioni ricaviamo le curve ispeziometriche nel

periodo considerato. Possiamo a questo punto definire le linee di flusso(sempre perpendicolari alle

ispeziometriche) e individuare il comportamento delle acque, nonché gli spartiacque sotterranei.

Per abbassare il livello piezometrico si potrebbe scavare una trincea: si scava un canale e si fanno dei fori

poco profondi che portano l’acqua in superficie.

I pozzi artesiani sono quei pozzi da cui l’acqua esce al di sopra del piano campagna.

ACQUIFERI CARSICI

Infiltrazione diffusa: solchi d’infiltrazione, l’acqua circola nelle fratture e nelle cavità carsiche, fino ad

arrivare alla zona satura variabile nel tempo.

Area di emergenza: sorgenti perenni (zona + bassa della struttura carbonatica); sorgenti di troppo-pieno (+

alte rispetto alle perenni, attive in periodo di piena).

Le acque superficiali di solito sono colorate di colore blu;

Le acque sotterranee invece di colore viola.

INTERVENTI PER EVITARE ACQUA NELLE CANTINE(se sottofalda)

Possiamo realizzare opere impermeabilizzanti mediante un manto(di solito bentonite), occorre però tener

presente delle sottospinte dell’acqua che potrebbero causare problemi di natura statica all’edificio.

Il metodo forse più conveniente è quello di realizzare un sistema di pozzi vicino alle abitazioni(da monte-

flusso a valle-flusso) in modo che estraendo acqua, si provochi una perdita di carico e un abbassamento del

livello idrico nella zona.

LE FRANE

I fenomeni franosi si distinguono in:

 Fenomeni di intensa erosione (caduta blocchi su rocce lapidee fratturate o ammassi detritici,

ruscellamento superficiale, calanchi su sedimenti fini);

 Frane.

Caduta blocchi: si indicano i fenomeni di caduta di blocchi di piccole entità dovuti dunque ad ammassi

fratturati superficialmente o ammassi molto fratturati che potrebbero originare una frana.

[23]


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AUTORE

roby9517

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea in ingegneria civile
SSD:
A.A.: 2016-2017

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher roby9517 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Geologia applicata e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Politecnico di Torino - Polito o del prof Vigna Bartolomeo.

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