Geologia applicata

GEOLOGIA

APPLICATA

Daniel Cucugliato

GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

1

Sommario

Indagini geognostiche e perforazioni.........................................................3

PERFORAZIONE.......................................................................................3

Sistema a percussione.........................................................................4

Sistema a rotazione.............................................................................5

Parametri da descrivere nel report di cantiere..................................10

Sistema a rotopercussione.................................................................16

CAMPIONATORI E DESCRIZIONE DELLA QUALITA’ DEL CAMPIONE........17

IDROGEOLOGIA........................................................................................19

Bilancio idrologico 19/10/2021..............................................................21

Calcolo del bilancio idrologico............................................................26

Tipi di acqua..........................................................................................27

Acquifero...............................................................................................29

Funzione capacitiva...........................................................................32

Funzione conduttiva...........................................................................36

Sorgente............................................................................................42

Opere di presa...................................................................................45

CARATTERIZZAZIONE DEI TERRENI CON PROVE DI LABORATORIO..........54

Limiti di atterberg.................................................................................57

PROVA PROCTOR O PROVA DI COSTIPAMENTO DEI TERRENI O AASHTO

..............................................................................................................58

PROVA EDOMETRICA.............................................................................59

PROVE DI RESISTENZA AL TAGLIO........................................................60

Prova di taglio diretto o scatola di Casagrande.................................61

Prova triassiale..................................................................................61

FONDAZIONI.............................................................................................63

PROVE IN SITU..........................................................................................67

Prove penetrometriche.........................................................................68

Prove statiche....................................................................................69

Prove dinamiche................................................................................70

Prova scissometrica (Vane test)............................................................71

Prova di densità in situ con la sabbia calibrata.....................................71

Prova di carico su piastra......................................................................71

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

2

GRANDI OPERE.........................................................................................73

Ferrovie e aeroporti...............................................................................73

Strade...................................................................................................74

Strade in aree montuose...................................................................77

Viadotti..............................................................................................79

Gallerie..................................................................................................80

Mezzi di scavo....................................................................................83

Dighe.....................................................................................................88

Dighe di materiali sciolti/in terra/deformabili....................................92

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

3

La geologia applicata ha delle applicazioni soprattutto nel campo

ingegneristico ma anche sull’ambiente (inquinamento e bonifiche).

Indagini geognostiche e perforazioni

Le indagini geognostiche hanno come finalità la caratterizzazione del

sottosuolo e vengono distinte in dirette ed indirette.

indagini dirette

Le perforazioni sono con l’obiettivo di realizzare una

perforazione a distruzione di nucleo o carotaggio continuo. Vengono

definite dirette perché appunto in maniera diretta vanno ad esplorare il

sottosuolo. Indagini dirette sono le perforazioni e le prove in situ.

indagini indirette

Le sono, ad esempio, le indagini geofisiche, con le quali

si misura una caratteristica fisica, successivamente attraverso

l’elaborazione di questa caratteristica si risale al sottosuolo. Otterremo

diversi strati di resistività (aree con comportamenti diversi)

Differenza diretto ed indiretto:

Con l’indagine diretta si tocca effettivamente con mano il sottosuolo, o

 meglio svolgendo la perforazione, ad esempio, si vede cosa si

attraversa, quindi, si vede FISICAMENTE la successione litostratigrafica

attraversata.

Con l’indagine indiretta si ottengono dei dati di altra natura, attraverso

 l’elaborazione di quei dato successivamente si ricostruisce il

sottosuolo, dunque è diverso.

Quando faccio un sondaggio di perforazione occorre ragionare sulla scala

del lavoro che si deve svolgere. Ma analogamente per quanto riguarda

l’indagine indiretta. Questo perché se parliamo di un’area di studio

enorme chiaramente non basta una sola perforazione e non basta

neanche la sola visione della carta geologica perché queste vengono

prodotto su scale piuttosto grandi vale a dire 1:5000, mentre carte

topografiche parliamo di 1:25000 e oltre, pertanto adattarle non è

semplicissimo.

PERFORAZIONE

Sondaggio geognostico: perforazione a rotazione e a carotaggio continuo

con l’obiettivo di ricostruire la successione litostratigrafica.

Distruzione di nucleo: serve solo la perforazione, necessario ad esempio

nella realizzazione di pozzi per acqua, oppure per inserire delle

attrezzature durante la perforazione (piezometri: tubi che permettono di

misurare il livello della falda; inclinometri: verticalità del suolo,

entrambi rientrano nel monitoraggio).

Strumento: serve a misurare/ attrezzatura: elemento(tubo), mi

permetterà poi di misurare

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

4

Esistono tre sistemi per la realizzazione di perforazioni con finalità e

obiettivi diversi:

Percussione: ci consente di fare solamente distruzione di nucleo

 Rotazione: è il sistema del sondaggio geognostico ma ti permette

 anche la distruzione di nucleo

Rotopercussione: è solo a distruzione



Sistema a percussione

L’attrezzatura è costituita da un traliccio (capra/derrick), questo contiene

un argano (sale e scende), una carrucola e una fune metallica, alla cui

estremità c’è un utensile di scavo che col movimento a percussione

disgrega la roccia. Nel realizzare queste perforazioni si distrugge la

roccia, il detrito di perforazione (cutting) ci permette in grandi linee di

avere un’idea della successione che stiamo attraversando. Attraverso il

cutting si va a ricostruire una

stratigrafia di pozzo e viene depositata

nella relazione.

Sistema a cavo o pensilvano: ha

 sia carrucola che fune etc. ha la

sonda/cucchiaia/curetta che viene

fatta battere sul terreno lasciandolo

cadere da una certa altezza, esso

disgrega il terreno, ma essendo

cavo, nello stesso tempo il materiale

disgregato entra nell’utensile fino al

riempimento, dopodiché si estrae

l’utensile e si svuota il cutting

accumulato. Alla risalita si chiude

una sorta di valvola che impedisce al

detrito di precipitare. Mediamente il

diametro va dai 400-600 mm, ma si

possono raggiungere anche diametri

di un metro, fino ad un massimo di 1200 mm. La profondità massima è

intorno a 120-150 m.

Rivestimento provvisorio: tubi metallici di lunghezza variabile da 1

 a 3 metri, con filettatura, ogni tubo è costituito da un filetto maschio e

uno femmina. I tubi di rivestimento provvisori si immettono man mano

che si procede con la perforazione per evitare la

caduta delle pareti. Nelle terre il rivestimento

provvisorio ci vuole sempre. La tensione che c’è

nelle rocce tende a farle restringere, più che altro

laddove si ha a che fare con rocce fratturate

(dovute ad esempio alla tettonica).

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

5

Ad aste o canadese: qui l’utensile piuttosto che essere agganciato

 alla fune è agganciato a delle aste di perforazione, ovvero dei cilindri

metallici cavi all’interno, lunghi circa 1.5 m e con diametro di 101 mm,

peso 29kg. È cavo

perché deve passare

l’acqua all’interno, o

comunque fluido di

perforazione. Inoltre,

ha il filetto che consente il prolungamento della perforazione.

Il sistema a percussione può realizzare i diametri più grandi.

La scelta del metodo e della macchina da utilizzare è influenzata anche

dalle litologie che si devono perforare. Per quanto riguarda il metodo a

percussione viene generalmente usato per perforare alluvioni, ad

esempio, ma in generale su terre sciolte (prive di coesione), o ancora per

terreni pseudo-coesivi (sono quei terreni che possono avere a

determinate condizione una certa coesione, seppur bassa, ad esempio le

argille, sabbie e ghiaie non hanno coesione). Altri utensili sono le benne o

gli scalpelli. La benna è un utensile di scavo che si apre e si chiude, tipo

pinza, quindi, si utilizza per scavare ma anche per recuperare il cutting.

In terreni compatti si utilizzano gli scalpelli.

Roccia: aggregato di minerali o di granuli dotato di coesione, a contatto

prolungato con l’acqua non si perde la coesione

Rocce tenere: resistenza alla compressione inferiore a 25 MPa. La

maggior parte delle rocce tenere si trova nel sedimentario, tuttavia,

possono appartenere a questo gruppo rocce metamorfiche di basso

grado. L’arcose, ad esempio, è una roccia tenera perché possiede le

miche. La calcarenite per eccellenza è una roccia tenera, perché è

costituita dall’accumulo di gusci di organismi che non sono cementati o

hanno una cementazione parziale. Calcari fangosostenuti o non

totalmente cementati.

Riassunto: il principio del sistema a percussione è quello di far cadere, da

una certa altezza, un utensile da scavo andando a disgregare la roccia; il

materiale disgregato, se utilizziamo una cucchiaia, una benna o la

curetta questo può venire asportato. In definitiva questo tipo di

perforazione viene utilizzato per rocce tenere, prive di coesione o

pseudocoesive.

Sistema a rotazione

Il sistema a rotazione è un sistema che permette sia il carotaggio

continuo che la distruzione di nucleo.

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

6

Durante il carotaggio si può

decidere di prelevare dei

campioni indisturbati. Un

campione indisturbato è un

campione che mantiene

inalterate le caratteristiche

fisico meccaniche, queste

caratteristiche una volta

alterate non rendono più il

campione idoneo per alcune

tipologie di prova, per cui non

si porta in laboratorio.

Durante la rotazione la

presenza dei fluidi di

perforazione può indurre

l’alterazione di queste

caratteristiche, il fluido dilava

la roccia, quindi altera tali

proprietà. In altri tipi di roccia

la rotazione stessa può

indurre uno spostamento dei granuli determinando una modifica nelle

caratteristiche fisico-meccaniche, per evitare ciò si useranno dei

campionatori.

Il sistema a rotazione prevede due tipologie di circolazione del fluido:

diretta ed indiretta/inversa.

Per fare un sondaggio geognostico si svolgono perforazioni che

 mediamente arrivano ai 20-30 m, raramente 50-100m, ed in questi

casi il sistema di circolazione è diretto. Diretto significa che il liquido si

inserisce, a partire dalla testa di perforazione, direttamente nell’asta

di perforazione (che è cava all’interno), arriva all’utensile, lo raffredda

e dopodiché fuoriesce e risale dall’intercapedine che c’è tra l’asta di

perforazione e la parete del foro.

La circolazione indiretta/inversa si usa per perforazioni molto profonde

 (scopo petrolifero e/o pozzi per acqua molto profondi, più di 100m). Il

fluido entra nell’intercapedine asta-foro, arriva all’utensile, e

dopodiché risale dalle aste di perforazione esattamente al contrario

rispetto la precedente (ecco perché si chiama inversa). Si fa in questa

maniera per dare una spinta verso l’alto al carotaggio stesso e

facilitare la risalita delle aste, in quanto si tratta di perforazioni molto

profonde.

In entrambi i casi il fluido è a contatto con la roccia che si sta perforando.

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

7

PROGRAMMAZIONE DI UNA PERFORAZIONE: prima di procedere al

posizionamento della macchina per fare il sondaggio, in zone urbane, ci

si deve assicurare che la perforazione non vada ad intercettare i

sottoservizi, quali la tubazione dell’acqua, del gas, tubi elettrici, fibra

ottica etc. Questi sottoservizi si estendono generalmente dal piano

campagna sino a 1 m di profondità. In teoria si dovrebbe avere una

mappa del comune per osservare dove sono ubicati questi sottoservizi,

ma si possono utilizzare degli strumenti geofisici in grado di intercettarli.

Individuata l’area di perforazione occorre prendere le esatte coordinate

del sondaggio (che verranno poi inserite nel report di cantiere). Se non si

utilizzano strumenti geofisici si può scavare un pozzetto manualmente e

verificare se c’è qualcosa in prossimità dell’area di sondaggio.

Le macchine di perforazione a rotazione hanno dimensioni che dipendono

comunque dalla profondità di indagine. Si utilizzano delle piccole

macchine per perforazione sino a 20m. Per perforazioni più profonde si

usano macchine più potenti, ovvero: c’è una testa di rotazione nella

parte alta del traliccio. La parte in cui avviene la rotazione prende il

nome di mandrino su cui verrà agganciata la testa rotante, poi grazie una

filettatura è possibile attaccare le aste di perforazione. Alcune di queste

possono svolgere anche delle perforazioni suborizzontali, questo dipende

dalla capacità di movimento della macchina. La perforazione avviene

tramite il movimento di rotazione e tramite la spinta della macchina

(tutto ciò avviene nella testa, c’è un circuito idraulico di olii a pressioni

che esercitano queste spinte). La parte bassa del carrello è dotata di

pinze che vengono chiuse e aperte a seconda del momento della

perforazione. Appena si sta eseguendo la perforazione vengono chiuse in

modo che le aste non vadano fuori durante la perforazione; laddove,

invece, devo sollevare tutte le aste per svuotare il carotiere si aprono le

pinze.

I diametri vanno dai 400-500 mm, nel caso di perforazioni a distruzione

di nucleo per pozzi per acqua, la profondità può arrivare ai 100 m. Mentre

per sondaggi geognostici il diametro più utilizzato è 101 mm, e 30-50 m

di profondità. In generale, le profondità sono variabili.

Utensili di scavo

Gli utensili di scavo per il carotaggio continuo si chiamano corone:

Corone a inserti di Widia (carburo di tungsteno, circa 600euro)

 Corone diamantate: si usano in rocce dotate di elevata coesione in

 quanto le corone diamantate sono più resistenti nei confronti

dell’attrito.

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPERE

8

Carotieri

Un carotiere è un cilindro in acciaio zincato lungo 1.5 m (ci sono anche

quelli di 3 m), cavo all’interno, all’estremità il carotiere viene agganciato

tramite raccordo alle aste di perforazione, mentre all’estremità inferiore

viene agganciato tramite filettatura al portaestrattore. Ci sono due tipi di

carotieri: il carotiere semplice e il carotiere doppio.

Il carotiere semplice è

 costituito da un unico

tubo di acciaio di

diametro compreso tra

66 e 146 (solitamente

101), munito della corona

tagliente a una

estremità. Il fluido dalle

aste di perforazione entra

dentro il carotiere e viene

a contatto con la roccia

che man mano entra

dentro.

Il carotiere doppio è

 fatto da due cilindri coassiali (uno dentro l’altro), esternamente è

come quello semplice, ma all’interno c’è un altro cilindro che è fisso

(la parte esterna ruota e fresa), la parte interna serve invece a far

inserire la carota. Il carotiere doppio si

utilizza perché il fluido di circolazione passa

tra l’intercapedine tra il cilindro interno e

quello esterno (si dice che esce dalla

scarpa). Tendenzialmente il carotiere doppio

non da un campione indisturbato, perché

c’è sempre la rotazione. Tuttavia, se si

analizza una roccia massiva il campione può

essere considerato indisturbato, perché la

rotazione non altera la distribuzione dei

granuli.

Parti del carotiere: cilindro, portaestrattore,

estrattore, corona o cestello (per terreni

sciolti).

L’estrattore è un anello in pvc che impedisce

che la carota precipiti quando si tira su la carota. Quindi estrattore e

portaestrattore hanno questa funzione. Il doppio carotiere lo si può

utilizzare per rocce massive molto fratturate. Con il doppio carotiere la

perforazione è molto più lenta rispetto a quello semplice.

Daniel Cucugliato GRANDI OPEREGRANDI OPEREGRANDI OPE