2.10 Introduzione
Il fenomeno di ingressione di acqua marina in ambiente costiero è sicuramente un argomento di forte attualità. Per tale ragione e per testare l’applicabilità delle metodologie di prospezione geofisica in tale settore di indagine, è stata operata una campagna di indagine mediante l’utilizzo delle tecniche di misura radar e geoelettrica. L’indagine è stata eseguita in un tratto di costa adriatica in prossimità della località di San Benedetto de Tronto. L’indagine ha inoltre lo scopo di definire le caratteristiche idrologiche del mezzo sabbioso nel settore di indagine.
La facilità con cui la tecnica di indagine radar consente l’individuazione di fluidi all’interno di un mezzo poroso e la capacità di differenziare fluidi diversi è stata testata in un ambiente naturale.
Le misure sono state eseguite con il sistema georadar con antenna da 400 MHz e georesistivimetro multicanale per tomografia elettrica. Il profilo (O - E) eseguito è perpendicolare alla linea di costa (N - S) per una lunghezza complessiva di 80 m (profilo radar) e 48 m (profilo geoelettrico) (Fig. 2.15).
Figura 2.15 - Particolare del profilo di acquisizione geoelettrico; centro della misura in corrispondenza del pattino.
Capitolo 2 Applicazione ed integrazione di metodologie di prospezione geofisica in differenti aree di indagine
La misura delle proprietà dielettriche e la successiva estrapolazione dei parametri idrologici del corpo sabbioso è avvenuta per mezzo di una calibrazione, su target di riferimento, delle velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche riferite alle misure GPR.
2.11 Misura GPR
La traccia radar è stata acquisita con georadar SirSystem 3000, utilizzando una antenna di tipo monostatico a frequenza centrale 400MHz.
La determinazione delle velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche è avvenuta per mezzo di una calibrazione su target precedentemente sepolti a profondità note (Tab.2.1); è stato possibile valutare le velocità per spessori differenti ricavando in una seconda fase dell’analisi i parametri idrologici del mezzo (saturazione residua, saturazione totale, porosità).
Come da letteratura la velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche in un litotipo sabbioso è pari a circa 0.140 m/ns in condizioni asciutte e 0.06 m/ns per sabbia bagnata. Tali valori hanno trovato conferma nelle misure sperimentali condotte sul corpo sabbioso in esame; questo è stato sottoposto ad un processo di saturazione mediante l’aggiunta di acqua in corrispondenza di due target utilizzati per la calibrazione delle velocità (Fig. 2.16). La velocità misurata per le condizioni rappresentative di una sabbia asciutta è pari a 0.138 m/ns mentre per le condizioni di saturazione totale la velocità misurata è 0.063 m/ns.
Target Tipo Profondità
(m)
Dimensioni (m)
L l h× ×
Target 1 asse in legno rivestito da lastra metallica
0.50 0.5×0.20×0.50
Target 2 blocco in travertino (in foto) 1.0 0.20×0.40×0.40
Capitolo 2 Applicazione ed integrazione di metodologie di prospezione geofisica in differenti aree di indagine
Figura 2.16 - Particolare dell’operazione di imbibizione del materiale sabbioso in corrispondenza del target 2 sepolto alla profondità di 0.50 m dal piano campagna.
La scelta delle due diverse profondità di interro dei target è stata definita in modo da caratterizzare in maniera esatta lo spessore di sabbia fino ad una profondità di 1 m mediante la calibrazione a due distinti livelli di profondità.
Il radargramma acquisito in corrispondenza dei due target di riferimento ha permesso di individuare la presenza di un livello altamente riflettente alla base del target n.2 ad una profondità di circa 1.50 m (Fig. 2.17). Si tratta con buona probabilità della riflessione generata da un livello ghiaioso probabilmente messo in posto in fasi di ripascimento della linea di costa. Alcuni ciottoli sono stati rinvenuti nell’operazione di interro dei target a profondità di circa 1 m dal piano campagna.
O E
Figura 2.17 - Radargramma acquisito con antenna da 400 MHz in corrispondenza dei due target sepolti rispettivamente a 0.50 m (target 1) e 1 m (target 2) dal piano campagna. È evidente la riflessione generata dalla presenza di un livello ghiaioso alla profondità variabile di circa 1.50 m.
Sulla base di una operazione di fitting iperbolico sulle perboli di diffrazione generate dai target e sulla base della conoscenza delle profondità di interro delle stesse, sono stati ricavati i valori di velocità relativi al corpo sabbioso; ciò ha permesso di estrapolare i
Capitolo 2 Applicazione ed integrazione di metodologie di prospezione geofisica in differenti aree di indagine
relativi parametri idrologici (θs, θr φ), sulla base delle relazioni petrofisiche di Topp
(1980) e del CRIM (Wharton et al., 1980).
La porosità (φ) determinata attraverso l’equazione del CRIM (Complex Refractive
Index Method) (crf. Cap. 4) è stata riferita a condizioni di saturazione totale del mezzo
sabbioso (Eq. 2.1):
(
)
[
] [
]
376 . 0 1 = − − = − = − + ⋅ − = g w g sat g w g sat w g sat κ κ κ κ φ κ κ φ κ κ κ φ κ φ κ (2.1)con κsat costante dielettrica del corpo sabbioso in condizioni di saturazione totale, κg costante dielettrica del singolo granulo di roccia e κw costante dielettrica dell’acqua. Un ulteriore aspetto messo in luce dall’indagine GPR è l’individuazione della regione interessata dall’ingressione dell’acqua marina (Fig. 2.18 - 2.19). Il fenomeno è caratterizzato dalla completa attenuazione del segnale radar che mette in luce la particolare geometria legata al fenomeno.
O E
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Figura 2.19 - Schematizzazione del radargramma e rappresentazione del contatto acqua dolce - acqua salata. L’acqua salata più densa tende ad approfondirsi sotto l’acqua dolce.
2.12 Indagine geoelettrica
Il profilo (O-E) ha una lunghezza totale di 48m con spaziatura interelettrodica di 1m; l’offset è di 20 m rispetto alla “zero” della traccia radar lungo la linea di acquisizione. La misura è stata eseguita secondo differenti disposizioni elettrodiche per la valutazione della sensibilità delle stesse alle variazioni delle caratteristiche dielettriche del mezzo; i quadripoli di tipo Wenner, Schlumberger, Dipolo-Dipolo hanno fornito un’immagine della stratificazione del corpo sabbioso in esame (Fig. 2.20).
L’indagine geoelettrica ha permesso di localizzare l’andamento dello strato alto resistivo imputabile alla spiaggia che mostra un ispessimento procedendo da mare verso l’entroterra. È stato altresì possibile individuare la zona di ingressione di acqua marina, sul margine dx delle sezioni di figura 2.20. Le tre disposizioni denotano la differente sensibilità alle variazioni verticali e laterali. Alla progressiva metrica 24 m è localizzato il blocco in travertino precedentemente interrato per la taratura delle velocità nell’indagine GPR.
2.13 Risultati dell’indagine
L’esecuzione delle misure radar e geoelettriche ha consentito di definire il corpo sabbioso investigato da un punto di vista delle caratteristiche dielettriche ed idrologiche, ricavate sulla base dell’ausilio di relazioni petrofisiche (CRIM). Risulta evidente come sia un fattore molto importante la definizione esatta delle profondità relative ai target di riferimento utilizzati nella calibrazione. L’integrazione delle metodologie GPR e geoelettrica ha inoltre permesso di localizzare la zona di ingressione marina all’interno del corpo sabbioso.
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Figura 2.20 - Sezioni geolettriche relative ai differenti tipi di disposizione quadripolare utilizzati nella misura; tutte mostrano in modo concorde un ispessimento relativo ad un livello più resistivo procedendo dal lato mare verso l’entroterra, si tratta della spiaggia. Evidenziato in giallo si può notare il fenomeno di ingressione marina dell’acqua salata. Questa si intrude con una geometria a cuneo.