CARBONIA-IGLESIAS -P G C

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G E S T I O N E C O M M I S S A R I A L E E X - P R O V I N C I A D I

C A R B O N I A - I G L E S I A S

INDAGINI GEOGNOSTICHE FINALIZZATE ALLA CARATTERIZ- ZAZIONE DELLE AREE DI SEDIME PER LA REALIZZAZIONE DI UNA COPERTURA AD ARCHI IN LEGNO E CAMPO POLIVA- LENTE IN LOCALITA’ CERAMICA NEL COMUNE DI IGLESIAS

IIIIL L L L GGGGEOLOGOEOLOGOEOLOGOEOLOGO IIIINCARICATONCARICATONCARICATONCARICATO

Dott. Geol. Giancarlo CARBONI Ordine dei Geologi della Sardegna n° 497

IIIIL L L L CCCCOLLABORATORE LAUREATOLLABORATORE LAUREATOLLABORATORE LAUREATOLLABORATORE LAUREATOOOO

Dott. Matteo Floris

Il committente:

Tivelsonda S.R.L.

Via Degli Stagnini, 8 73018 Squinzano (LE)

Oggetto:

Indagini geofisiche mediante le metodologie della tomografia sismica a rifrazione, della tomografia geoelettrica, sismica a rifrazione GRM con misura di onde P e onde S, indagini Down Hole.

Villacidro, li 16/04/2015

R E L A Z I O N E G E O F I S I C A

Studio di Geologia Tecnica e Ambientale Dott. Geol. Giancarlo Carboni

Via Nazionale 277 09039 Villacidro (VS)

Tel. 070 2332144 cell. 329 4177709 e-mail: info@geosardegna

www.geosardegna.it

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Premessa ... 1

Scopo del lavoro ... 1

Contesto geologico... 2

Generalità sull’Indagine Geofisica ... 3

Rilievo topografico... 3

Prospezione geoelettrica... 4

Resistività apparente ... 4

La tomografia geoelettrica... 6

Dispositivi elettrodici ... 6

Indagine geoelettrica con configurazione dipolare... 7

Modelli di resistività 2D ... 7

Strumentazione utilizzata ... 8

Operazioni di campagna ... 9

Risultati del’indagine geoelettrica ... 10

Repertorio fotografico esecuzione indagini geoelettriche... 15

Prospezione tomografia sismica ... 16

Descrizione stendimenti ... 20

Descrizione profili sismici... 22

Sezione sismica S1 ... 22

Repertorio fotografico indagini tomografia sismica TS1... 40

Prospezione sismica in foro - Down hole... 44

Metodologia di acquisizione ... 44

Interpretazione con il metodo diretto ... 45

Moduli dinamici ... 46

Rigidità sismica (R) ... 46

Frequenza fondamentale (F) e periodo fondamentale (T) ... 47

Stima del Vs medio... 47

Interpretazione Down hole S1... 50

Repertorio fotografico indagini rilievo sismico down hole... 62

Prospezione sismica onde P e onde S ... 64

Stima della scavabilità... 66

Moduli elastici dinamici... 66

Rilievo sismico S1 onde P-S ... 70

Moduli dinamici profilo sismico S1 P-S ... 76

Rilievo sismico S2 onde P-S ... 77

Moduli dinamici profilo sismico S2 P-S ... 83

Repertorio fotografico indagini rilievo sismico S1 Onde P-SH ... 84

Repertorio fotografico indagini rilievo sismico S2 Onde P-SH ... 85

Conclusioni... 86

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P PP

P

^REMESSAREMESSAREMESSAREMESSA

Su incarico conferito dalla Società Tivelsonda S.R.L. con sede in via Degli Stagnini, 8 c.a.p. 73018, Squinzano (LE) allo scrivente, Dott. Geol. Giancarlo Carboni, iscritto all’Ordine dei Geologi della Regione Sardegna con il n° 497, con Studio Tecnico in Via Nazionale n° 277 – Villacidro (VS), è stata realizzata una campagna di indagini geofisiche con i metodi della tomografia sismica a rifrazione, della tomografia geoelettrica, della sismica a rifrazione GRM con misura di onde P ed SH e indagini sismiche in foro down hole, allo scopo di definire le caratteristiche stratigrafiche dei terreni di sedime per la realizzazione di una copertura ad archi in legno e campo polivalente in località “Ceramica” nel comune di Iglesias.

Al presente lavoro ha fattivamente collaborato il Dott. Matteo Floris.

Scopo del lavoro Scopo del lavoro Scopo del lavoro Scopo del lavoro

Lo scopo della presente ricerca geofisica è quello di contribuire alla caratterizzazione stratigrafica e geotecnica e contribuire ad accertare l’eventuale presenza in prossimità del piano di campagna di cavità tali da poter generare fenomeni di sinkhole, ai sensi dell’art. 31 comma 8 delle Norme di Attuazione del P.A.I., nonché alla definizione delle caratteristiche geomeccani- che dei terreni di fondazione.

Tali indagini permettono di definire le caratteristiche stratigrafiche e litotecniche del substrato sulla base della risposta di resistività ed elastica dei litotipi indagati con tali metodologie.

L’analisi integrata di tali indagini ha permesso di ricostruire la stratigrafia locale con un dettaglio sufficiente per gli scopi della ricerca. Tali indagini inoltre permetteranno una più effi- ciente correlazione delle indagini geognostiche e geotecniche.

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C C C

C

ONTESTO GEOLOGICOONTESTO GEOLOGICOONTESTO GEOLOGICOONTESTO GEOLOGICO

L’area in studio è caratterizzata dalla presenza di una copertura di depositi clastici, per lo più alluvionali, formanti la fascia di raccordo a debole pendenza tra la piana e i rilievi; si tratta di depositi la cui composizione è data da elementi poligenici ed eterometrici in matrice argilloso sabbiosa e cemento argilloso, geneticamente connessi con l’attività erosivo-deposizionale dei corsi d’acqua che, una volta usciti dalle loro valli incassate con il loro carico di detrito e potendo divagare più o meno liberamente in funzione della energia delle acque di piena, deposi- tavano il materiale in carico colmando le valli antistanti.

Il grado di addensamento risulta in genere elevato come del resto anche il grado di os- sidazione che favorisce una elevata cementazione.

Queste coperture terrigene sovrastano una successione sedimentaria nota come “Forma- zione del Cixerri”, questa si rinviene in facies continentale, riferibile all’Oligocene, in quanto si sovrappone al cosiddetto “Lignitifero” del Sulcis. Entro la valle del Cixerri il complesso mostra caratteristiche giaciturali e sedimentologiche tipiche ed ha anche il suo massimo sviluppo. Tale formazione, affiorante a poche centinaia di metri a oriente dell’area oggetto di indagine è costituita da arenarie quarzose, grigio-violacee, bianco-verdastre oppure rossastre, spesso conglo- meratiche, a ciottoli di rocce paleozoiche e mesozoiche che si alternano con marne ed argille siltose, violacee o giallo-rossastre, spesso contenenti noduli concrezionari giallastri, ferruginosi e ben stratificate.

Alla base della successione sedimentaria si rinvengono litotipi calcarei della Formazione di Gonnesa, questa è costituita da due membri che dal basso sono: il membro della Dolomia ri- gata e il membro del Calcare ceroide. Questa ospita le principali mineralizzazioni del Sulcis- Iglesiente.

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G G G

G

ENERALITÀ SULLENERALITÀ SULLENERALITÀ SULLENERALITÀ SULL

’’’’IIII

^NDAGINENDAGINE NDAGINE NDAGINE

G G G G

^EOFISICAEOFISICAEOFISICAEOFISICA

La prospezione geofisica è una tecnica di indagine non distruttiva del sottosuolo, che consiste nella misurazione tramite apparecchi di alcune proprietà fisiche del terreno che possono rivelarne la struttura, così come la presenza di oggetti sepolti. È utilizzata in applicazioni archeologiche, forensi, ambientali, minerarie e petrolifere, geotecniche, di ingegneria civile e di Ingegneria per l’ambiente e il territorio.

La caratterizzazione stratigrafica dei terreni può risultare alquanto complessa, soprattutto se le aree da investigare sono piuttosto estese e/o difficilmente praticabili con i tradizionali mezzi di indagine geognostica. I metodi geofisici sono in grado di fornire una rappresentazione globale dei volumi sepolti in termini di distribuzione verticale e laterale dei parametri fisici che caratterizzano le aree da investigare. In tal modo il numero delle indagini geognostiche può essere notevolmente ridotto e concentrato in aree indicate dall’indagine geofisica o laddove è necessario acquisire informazioni di maggior dettaglio.

Rilievo topografico Rilievo topografico Rilievo topografico Rilievo topografico

La ricostruzione topografica delle sezioni geofisiche si è basata sul rilievo topografico ese- guito per l’ubicazione dei sondaggi geognostici, mentre i punti esterni all’area coperta dal rilievo topografico sono stati misurati mediante un distanziometro laser della Leica mod. D8 dotato di inclinometro digitale di precisione decimale, in grado di misurare così di misurare oltre a distanze lineari anche altezze con precisione adeguata agli scopi di questa indagine.

Le quote delle sezioni geofisiche sono riferite al livello del mare, per facilitare il confronto diretto delle differenti sezioni geofisiche realizzate.

Leica mod. D8 Misurazioni sul terreno

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P PP

P

ROSPEZIONE GEOELETTRROSPEZIONE GEOELETTRROSPEZIONE GEOELETTRROSPEZIONE GEOELETTRICAICAICAICA

Nella prospezione geoelettrica il parametro fisico che si determina è la resistività elettrica delle formazioni che costituiscono il sottosuolo.

La geoelettrica si basa sul principio che le rocce e i terreni sono conduttrici di elettricità, e tale capacità di condurre corrente varia a seconda del tipo di roccia e terreno, delle sue condizioni (alterazione, fessurazione, porosità, ecc.), del suo contenuto d’acqua, del contenuto di minerali come solfuri e ossidi, dal grado di salinità dell’acqua contenuta nei pori.

Poiché l’indagine geoelettrica permette di ricostruire un modello interpretativo del sottosuolo, si può avere attraverso un utilizzo mirato della stessa una stima della stratigrafia a picco- la, media e grande profondità e per la ricerca di accumuli idrici o minerari.

Nell’ambito delle metodologie geofisiche correntemente utilizzate per l’esplorazione del sottosuolo, un notevole contributo è dato dalle prospezioni di tipo geoelettrico. La prospezione geoelettrica consiste nella determinazione sperimentale del parametro della resistività apparente, attraverso misure congiunte di intensità di corrente elettrica inviata nel sottosuolo mediante una coppia di elettrodi infissi nel terreno, e di tensione ai capi di una seconda coppia di elettrodi, anch’essi in contatto diretto col suolo.

Resistività apparente Resistività apparente Resistività apparente Resistività apparente

Se effettuiamo misure di distanze fra gli elettrodi, di corrente I e di differenze di potenziale V allo stesso modo in cui le effettuiamo nel caso del sottosuolo omogeneo, il risultato che otter- remo sarà un valore di “resistività fittizia” definita anche “pseudoresistività”.

Il metodo della resistività si basa sull’immissione artificiale nel terreno di una determinata quantità di corrente continua attraverso 2 elettrodi in contatto con il terreno e collegati ad un generatore. Misurando la differenza di potenziale ai capi di un’altra coppia di elettrodi è possibile conoscere la resistività apparente del mezzo.

L’andamento del flusso di corrente viene determinato misurando le differenze di potenziale in diversi punti sulla superficie del terreno. Per un mezzo omogeneo ed isotropo, nota la corrente I (misurata in Ampere) e misurata la differenza di potenziale ∆V (misurata in Volt), attraverso la Legge di Ohm è possibile ricavare i valori di resistività apparente, utilizzando la relazione:

V 1I

∆ = ρk

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dove con ρ si indica la resistività (Ω m) e con k il fattore geometrico (m), che dipende dalla posizione reciproca degli elettrodi. Poiché il terreno non è un mezzo omogeneo ed isotropo ciò che viene ricavata è detta resistività apparente.

In generale tale valore dipenderà dalle resistività reali e dalle distanze interelettrodiche. Il valore di resistività fittizia che si ottiene non deve essere considerato né una media aritmetica, né ponderata delle tre resistività vere presenti nel sottosuolo, dato che può accadere che essa assuma un valore addirittura maggiore o minore di tutte e tre le resistività reali.

La resistività è un parametro indipendente dalle caratteristiche geometriche della formazione litologica a cui si riferisce ed è definita come la resistenza elettrica per unità di volume.

Ogni corpo roccioso presenta un ampio campo di variabilità dei propri valori di resistività che dipendono dal grado di omogeneità, dai livelli di alterazione e dal grado di fratturazione per rocce litoidi. Nel caso di terreni sciolti, quali i depositi alluvionali recenti, la resistività dipende dalla granulometria, dai fluidi in essi contenuti e dalla quantità di sali disciolti. A questa regola generale fanno eccezione le argille che, anche se compatte, hanno sempre valori di resistività estremamente bassi; questo fenomeno è dovuto principalmente alle caratteristiche

del reticolo cristallino dei minerali che le compongono ed al loro grado di saturazione.

La maggior parte delle rocce presenta così dei caratteri di conducibilità di tipo elettrolitico dato che, con le eccezioni di alcuni minerali metallici, quasi tutti i minerali sono isolanti. La conducibilità è dovuta quindi essenzialmente all’acqua interstiziale ed è in larga misura funzione della porosità, del contenuto d’acqua e della quantità di sali disciolti nell’acqua. La presenza di fluidi nel sottosuolo fa si che rocce e terreni, attraversati dalla corrente, si comportino relativa- mente come dei buoni conduttori di elettricità; al contrario le strutture con scarso contenuto di fluidi, come rocce asciutte non fratturate e cavità naturali o di natura antropica si comportano come dei cattivi conduttori di calore, se non addirittura come degli isolanti. Pertanto le geome-

Intervalli tipici di resistività di alcuni terreni e rocce

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trie sepolte rispondono al flusso di corrente artificiale, immessa con diverse modalità, in funzio- ne del parametro fisico che regola tale comportamento: la resistività elettrica (Ohm·m).

La resistività è pertanto una proprietà assai variabile, anche all’interno della stessa formazione: ciò è particolarmente vero per i materiali poco consolidati prossimi alla superficie, come detriti e regolite.

La tomografia La tomografia La tomografia

La tomografia geogeogeogeoelettricaelettricaelettricaelettrica

La tomografia elettrica è un metodo geofisico che permette di discriminare le caratteristiche elettriche di resistività e caricabilità nel sottosuolo e dei liquidi eventualmente presenti nei pori del terreno. La resistività dei terreni, delle rocce e dell’acqua eventualmente presente nei pori di queste presenta in natura una grandissima variabilità, di circa sei ordini di grandezza.

Tale aspetto permette di discriminare terreni di diversa natura litologica e granulometrica, oltre che l’eventuale presenza di acqua nei pori del terreno. La resistività del terreno viene misurata applicando dalla superficie un campo elettrico nel sottosuolo e rilevandone la geometria, secondo la configurazione geometrica degli elettrodi di immissione della corrente e di misura della tensione.

I profili geoelettrici acquisiti permettono di effettuare un’elaborazione tomografica, che re- stituisce la distribuzione bidimensionale delle caratteristiche elettriche dei materiali indagati.

La massima profondità di indagine che si raggiunge con l’uso di questa tecnica è teorica- mente pari alla metà della massima distanza raggiunta tra i due dipoli lungo il profilo scelto. In realtà, questo discorso risulta valido solo se il sottosuolo nell’area di indagine è elettricamente omogeneo in modo da supporre regolare e semisferica la distribuzione delle linee di corrente.

Poiché in generale il sottosuolo è tutt’altro che omogeneo (presentando eterogeneità sia verticali che laterali di ρ la reale profondità di investigazione raggiunta risulterà essere diversa da quella teorica; da cui i termini di pseudo-sezione, pseudo-profondità e pseudo-resistività o resi- stività apparente).

Dispositivi elettrodici

Esistono diversi tipi di dispositivi elettrodici, ognuno caratterizzato da una diversa disposizione degli elettrodi sul terreno, di seguito si da una sintetica descrizione della disposizione utilizzata.

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Indagine geoelettrica con configurazione dipolare

I dispositivi elettrodici dipolari costituiscono una famiglia di dispositivi molto importante, caratterizzata dal fatto che in essi gli elettrodi di corrente A e B, sono fra loro molto ravvicinati rispetto alla distanza alla quale si valutano i loro effetti, tanto da potersi considerare come un dipolo. La valutazione degli effetti del dipolo di corrente AB viene effettuata tramite un secondo dipolo MN, detto di tensione.

In particolare, il dispositivo dipolare che è stato utilizzato per l’indagine geoelettrica oggetto della presente indagine è il “polo-dipolo”, questa configurazione richiede l’utilizzo di un elettrodo (C2) posto sufficientemente lontano dalla linea d’indagine. Que-

sta configurazione è caratterizzata da una buona copertura orizzontale e un rapporto segnale- rumore molto alto, rendendolo meno sensibile ai disturbi tellurici. Inoltre consente una elevata profondità d’indagine pari a circa 1/3 della lunghezza dello stendimento. Questa configurazione era l’unica che permettesse una adeguata profondità d’indagine in funzione dello spazio di- sponibile per gli stendimenti geoelettrici.

La tecnica della geoelettrica dipolare di superficie, consiste nella realizzazione di un’immagine 2D di estremo dettaglio del comportamento areale della resistività elettrica lungo il piano della sezione verticale passante per i profili scelti per la prospezione.

La notevole risoluzione fornita da tale tecnica permette di discriminare molto più efficacemente i contrasti di resistività esistenti nel sottosuolo.

Le resistività apparenti, distribuite nei punti della griglia che si viene a formare come con- seguenza delle diverse disposizioni mutue dei dipoli, vengono successivamente sottoposte ad una valutazione comparativa, che si concretizza nel tracciamento di una famiglia di isolinee di resistività apparente. Il quadro d’insieme che ne deriva, ulteriormente rifinito con l’uso di una scala di colori o di grigi o con altri mezzi di contrasto tra settori contigui, rappresenta di fatto una pseudo-sezione del sottosuolo lungo il profilo scelto.

Modelli di resistività 2D Modelli di resistività 2D Modelli di resistività 2D Modelli di resistività 2D

Un sondaggio elettrico 2D è un’indagine bidimensionale che permette lo studio delle variazioni di resistività sia lungo la direzione verticale che lungo una direzione orizzontale. Con le configurazioni dell’array precedentemente descritte è possibile compiere misure di resistività ap-

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parente dalle quali, attraverso un processo di inversione, si deduce una sezione di resistività 2D (tomografia elettrica) del sottosuolo.

Oltre a permettere lo studio di strutture geometricamente complesse ed articolate, questo tipo di indagine può essere applicato anche in presenza di irregolari morfologie del terreno; ovviamente l’attendibilità del risultato dipende anche dalla conoscenza dell’andamento topografico della zona indagata.

Per l’inversione dei dati geoelettrici acquisiti in campagna è stato utilizzato il software Res2Dinv (Geotomo Software). Il processo di inversione ha la prerogativa di cercare di individuare un modello geometrico del sottosuolo che sia compatibile con le misure raccolte. Il software Res2Dinv utilizza un metodo di inversione basato sui minimi quadrati che permette di de- terminare un modello bidimensionale di resistività del sottosuolo (pseudo-sezione).

Il punto di partenza per il processo di inversione sono i dati acquisiti in campagna ed op- portunamente formattati per essere letti dal software (.dat). In base alle condizioni ambientali in cui si è svolta la fase di acquisizione, è possibile un’attenta calibrazione del modello teorico attraverso la configurazione di diversi parametri. Il software attraverso una serie di iterazioni suc- cessive mira a ridurre la differenza tra i valori di resistività apparente misurati e quelli calcolati dal modello teorico.

Il modello di riferimento utilizzato dal software è basato su una suddivisione a blocchi in cui la dimensione e la posizione delle celle è fissa. I parametri del modello sono i valori delle celle, mentre i dati sono i valori di resistività misurati. Nell’inversione ad ogni cella viene asse- gnato un valore di resistività (calcolato) ottenuto invertendo i valori di resistività misurati. I risultati ottenuti dalle inversioni sono delle tomografie elettriche che rappresentano modelli di resisti- vità del sottosuolo ad alta risoluzione, il cui errore, rispetto alle misure compiute, è segnalato dal parametro RMS (Root Mean Square error).

Strumentazione utilizzata

Per l’esecuzione delle misure geoelettriche di cui si discute è stato utilizzato un georesisti- vimetro della ditta GF Instruments mod. ARES G4, alimentato con batteria al piombo ricaricabi- le da 12 Volt e 100 ampere.

Esso è costituito dall’apparato di energizzazione (immette corrente nel terreno attraverso gli elettrodi A e B), e dall’apparato di ricezione (misura la differenza di potenziale tra gli elettrodi

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di tensione M e N); racchiude, infatti, tre unità principali: trasmettitore, ricevitore e microproces- sore.

Il trasmettitore, isolato elettricamente, è costituito da un generatore di tensione in conti- nua, provvisto di commutatore automatico della polarità, per l’invio nel sottosuolo, tramite gli elettrodi del dipolo energizzante, di un flusso di corrente continua la cui intensità può variare fino a raggiungere un’intensità massima di 2.0 A ed un voltaggio compreso tra 10 V e 550 V con una potenza massima di 300 W. Il ricevitore è costituito da un millivoltmetro digitale colle- gato a un microprocessore, che memorizza i valori di tensione ai capi degli elettrodi del dipolo di misura con un passo di campionamento regolare e tale da rientrare un numero intero di volte nel ciclo completo di un’onda di corrente. Alla fine di ogni ciclo, inoltre, un software di esercizio fornisce il valore della resistenza (visualizzato su un display digitale in Ohm⋅m ) come rapporto tra la media di tutte le stime della tensione di picco, riferite ai cicli di corrente via via susseguiti- si, e l’intensità della corrente preselezionata.

L’intero sistema di acquisizione è conforme alle specifiche ASTM D6431 (Standard Guide for Using the Direct Current Resistivity Method for Subsurface Investigation).

Operazioni di campagna

L’indagine si è basata sull’esecuzione di due stendimenti a 48 elettrodi utilizzando la configurazioni di tipo polo-dipolo, l’unica fra le configurazioni possibili in grado i garantire una a- deguata profondità d’indagine e dettaglio adeguato. La distanza interelettrodica è stata di 4 m, per una lunghezza totale di 188 metri, ed un profondità d’indagine teorica, nel punto centrale dello stendimento di almeno 60 m circa.

Prima dell’esecuzione delle misure lungo ogni profilo, si è provveduto a marcare sul terreno i suoi estremi. Tra questi è stata disposta una rollina metrica, al fine di individuare sul terreno

Strumento di misura Ares G4 Connessione tra cavi multipolari ed elettrodi inox

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i punti in cui disporre i dipoli di corrente e di tensione (dispositivo dipolare assiale, entrambi co- stituiti da una coppia di elettrodi in acciaio inox a forma di fioretto con sezione circolare con Φ di 12 mm e lunghezza di circa 40 cm.

Risu Risu Risu

Risultati delltati delltati del’’’’indagineltati delindagineindagine geoelettricaindagine geoelettrica geoelettrica geoelettrica

Le sezioni geoelettriche sono state eseguite disponendo gli stendimenti incrociati in modo da poter investigare per quanto possibile, in funzione dell’accessibilità dei luoghi, il settore centrale dell’area in studio.

Nella rappresentazione grafica delle sezioni elettrostratigrafiche sulla sinistra sono indicate le quote riferite al livello medio del mare, mentre sulla destra sono rappresentate le profondità riferite al punto centrale della sezione.

Sono stati indicati i punti d’intersezione dei profili geoelettrici con i profili sismici, oltreché i punti più prossimi alle rispettive sezioni dei punti di esecuzione delle sismiche di tipo “down- hole” (punti di esecuzione dei sondaggi geognostici).

Il processo d’inversione del software utilizzato ha permesso di ricostruire la stratigrafia fino a circa 65 m di profondità (∼ 82 m s.l.m.) nel punto centrale dello stendimento nella tomografia TG 1 e circa 71 m di profondità (∼ 74 m s.l.m.) nella tomografia TG 2, mantenendo sempre un dettaglio piuttosto elevato così da poter evidenziare le disomogeneità stratigrafiche locali.

Come era lecito aspettarsi vista la limitata estensione dell’area investigata, pur con qualche differenza le due sezioni elettrostratigrafiche sono tra loro molto simili.

In generale si osserva una copertura medio resistiva (50 Ωm<ρ<200 Ωm) spessa tra i 3 m e i 5 m, che individua la copertura terrigena alluvionale quaternaria. Più in profondità i valori di resistività misurati tendono a diminuire individuando un basamento argilloso sabbioso attribuibile alla Formazione del Cixerri. In particolare nel settore centrale di ambedue i profili, rispettivamente a circa 105 m di ascissa del profilo TG 1 e a 95 m nel profilo TG 2 e ad una profondità di circa 5-7 m si riscontra la presenza di un settore a bassa resistività (ρ≈10 Ωm) che dall’analisi combinata dei due profili individua una sottile fascia con direzione nord-sud. Questa unità può essere dovuto alla presenza di una lente argillosa che si estende lungo la direzione indicata o potrebbe trattarsi di un piccolo paleo alveo sepolto, quindi con un tenore di umidità ben superiore al materiale incassante.

Continuando l’analisi combinata delle due sezioni geoelettriche vediamo come si indivi- duino fondamentalmente due domini nell’ambito della Formazione del Cixerri, uno orientale ed

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uno occidentale, il primo è caratterizzato dalla presenza di spessi livelli argillosi conduttivi (1 Ωm<ρ<20 Ωm) la cui presenza è riscontrata dall’inizio del profilo fino a circa 90 m di ascissa, con profondità che vanno da sub affioranti nel punto iniziale del profilo fino a circa 30-35 m di profondità dal piano di campagna (∼ 110 m s.l.m.) nel settore centrale dei profili.

Più in profondità si riscontra un netto incremento di resistività (200 Ωm<ρ<2000 Ωm), individuando un basamento litoide piuttosto compatto, attribuibile ai calcari della Formazione di Gonnesa. In ambedue i profili questo livello si riscontra a circa -46 m dal piano di campagna, corrispondente ad una quota di circa 98 m s.l.m.m.

Nel settore orientale dei due profili, al di sotto della copertura quaternaria, si riscontra una certa omogeneità stratigrafica, con valori di resistività compresi tra i 50 e i 75 Ωm, attribuibili a limi sabbiosi sempre della Formazione del Cixerri.

Il basamento calcareo ad elevata resistività si interrompe verticalmente e in maniera repentina nelle due sezioni geoelettriche, indicando la presenza di una faglia che ha ribassato il settore orientale rispetto a quello occidentale, mettendo in contatto due successioni stratigrafiche piuttosto differenti tra loro.

Non è possibile quantificare il ribasso, ma dall’analisi delle sezioni descritte si ritiene sia almeno di 20 m.

Riassumendo i risultati delle sezioni geoelettriche si evince che queste hanno evidenziato una copertura alluvionale quaternaria spessa circa 5 m, uniformemente distribuita lungo la superficie delle due sezioni. Al di sotto si riscontra la presenza di livelli caratterizzati da resistività medio bassa attribuibili alla Formazione del Cixerri, alla base di questa si riscontra la presenza della formazione calcarea di Gonnesa.

Si presume che una faglia attraversi la linea mediana dei due profili, con direzione nord- sud, ribassando il settore orientale rispetto a quello occidentale di circa 20 m.

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Inquadramento su ortofoto aerea delle sezioni geoelettriche

Legenda Legenda Legenda Legenda

Ubicazione in coordinate Ubicazione in coordinate Ubicazione in coordinate

Ubicazione in coordinate UTM WGS84UTM WGS84UTM WGS84UTM WGS84 degli stendimenti geoelettricidegli stendimenti geoelettricidegli stendimenti geoelettricidegli stendimenti geoelettrici

Rilievo geofisico Rilievo geofisico Rilievo geofisico

Rilievo geofisico EstEst EstEst NordNordNordNord TG 1 inizio

TG 1 inizioTG 1 inizio

TG 1 inizio 463 637 4 350 142

TG 1 fine TG 1 fineTG 1 fine

TG 1 fine 463 785 4 350 259

TG 2 inizio TG 2 inizioTG 2 inizio

TG 2 inizio 463 640 4 350 281

TG 2 fine TG 2 fineTG 2 fine

TG 2 fine 463 785 4 350 258

Sezione geoelettrica

Punto di inizio, fine sezione geoelettrica

Faglia presunta

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DH3 TG2 coperture alluvionali quaternarie Formazione del Cixerri Formazione di Gonnesa

Formazione del Cixerri

Faglia?

Sezione tomografia geoelettrica n°1 interpretata 0 m 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m

TS2

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TG2 DH3DH1

Faglia?

Formazione di Gonnesa

Formazione del Cixerri

coperture alluvionali quaternarie

Sezione tomografia geoelettrica n°2 interpretata 0 m 10 m 20 m 30 m 40 m 50 m 60 m 70 m 80 m

TS2TS1DH2

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Repertorio fotografico esecuzione indagini geoelettriche

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P PP

P

ROSPEZIONE ROSPEZIONE ROSPEZIONE ROSPEZIONE TOMOGRAFIA TOMOGRAFIA TOMOGRAFIA TOMOGRAFIA SISMICASISMICASISMICASISMICA

L’esecuzione di indagini sismiche ha lo scopo di ottenere informazioni di tipo geotecnico sul comportamento fisico-meccanico dei corpi geologici investigati, attraverso la determinazione dei relativi parametri, ed informazioni di tipo geologico sui caratteri strutturali e stratigrafici del volume del sottosuolo indagato.

Si tratta di uno dei metodi attualmente più utilizzati per l’esplorazione in profondità del sottosuolo e consiste nel creare delle onde artificiali nel terreno (energizzazione) battendo una piastra poggiata a terra con una mazza. Le indagini geognostiche che utilizzano le metodologie sismiche sfruttano le proprietà dei terreni di farsi attraversare dalle onde sismiche a diversa ve- locità; questa dipende da molti fattori, quali la natura mineralogica della roccia, il grado di cementazione e di fratturazione, la porosità, il contenuto in acqua o in gas, ecc.

Le indagini sismiche sono utilizzate per scopi geotecnici, per ricerche minerarie e anche per dare un valore del grado di scavabilità del terreno.

Le prospezioni sono state realizzate con lo scopo di differenziare, in funzione della diversa velocità di propagazione delle onde elastiche longitudinali (onde “P”) nei terreni e nelle rocce, i terreni superficiali dal bedrock presente in affioramento in siti limitrofi.

La strumentazione utilizzata è costituita da un Sismografo DAQLink III (Seismic Source U.S.A.) con convertitore A/D a 24 bit, 24 canali, range dinamico 144db e output dei dati in SEG-Y o SEG-2, l’intero sistema di acquisizione è conforme alle specifiche ASTM D5777-00 (2006) (Standard Guide for Using the Seismic Refraction Method for Subsurface Investigation);

l’energizzazione del terreno è stata effettuata mediante l’utilizzo di una massa battente (mazza di 10 kg con starter solidale alla mazza stessa).

Per la ricezione delle onde longitudinali (P), durante l’indagine di tomografia sismica, sono stati usati geofoni verticali Geospace (U.S.A.) a corto periodo (14 Hz). Per l’elaborazione e

Rappresentazione schematica del principio di funzionamento della prospezione sismica a rifrazione

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l’interpretazione tomografica è stato utilizzato il programma “Rayfract” sviluppato dalla Intelli- gent Resources Inc. (Canada), che utilizza come modello di calcolo il WET Tomography processing.

La prospezione sismica a rifrazione consiste nella misura del tempo impiegato dalla per- turbazione elastica indotta nel terreno, a percorrere la distanza tra sorgente e geofoni. La velo- cità di propagazione dell’onda longitudinale rifratta dipende dalle caratteristiche elastiche e dalla conformazione dei terreni attraversati. Ne risulta che la relazione velocità dell’onda e distanza sorgente – geofono (dromocrona) consente, applicando degli algoritmi, di risalire agli spessori degli strati del sottosuolo con caratteristiche elastiche differenti e crescenti con l’aumentare della profondità.

Le procedure di inversione rientranti nella famiglia delle tomografie sono volte a fornire un’immagine dettagliata della distribuzione all’interno della terra di un parametro fisico ricon- ducibile alle misure effettuate. Nel caso della tomografia sismica si otterrà un’immagine relativa alla velocità delle onde sismiche.

L’esecuzione della prova sismica è simile alla metodologia impiegata per la sismica a rifrazione. La differenza è nel numero di battute necessarie; infatti per risolvere i complicati calcoli iterativi che sono nascosi dietro il metodo tomografico è necessario compiere almeno una battuta ogni 6 geofoni, a differenza della sismica a rifrazione che al limite consente addirittura l’interpretazione con una soltanto battuta.

È comunque un’indagine indiretta non invasiva e veloce da eseguire, per cui è adatta per le prime fasi di progettazione per definire le caratteristiche del problema geotecnico.

La tomografia sismica consente di ottenere un immagine dettagliata del sottosuolo supe- rando in parte i limiti della sismica a rifrazione tradizionale. Quest’ultima tecnica, infatti, non

Strumento di misura DaqLinkIII Operazioni di acquisizione

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consente di individuare forti variazioni laterali di velocità, risente in modo catastrofico delle inversioni di velocità, la presenza di gradini viene male interpretata. La tomografia sismica consente di superare questi problemi.

Si presta a individuare i sistemi di fratture nel substrato, a individuare la presenza di oggetti sepolti (cunicoli, fondazioni, vasche), a delimitare il volume dei corpi di frana o di discariche.

Ovviamente è necessario che esista una differenza di velocità tra l’oggetto della ricerca e ciò che lo circonda.

L’analisi ed interpretazione dei dati per la tomografia sismica è stata effettuata utilizzando il software Rayfract (Intelligent Resources Inc.).

Confronto shot break primi arrivi e dromocrone

Il software Rayfract è basato sul modello di calcolo WET (Wavepath eikonal traveltime) che consente di ottenere sezioni tomografiche ad alta risoluzione in terreni topograficamente irregolari e substrati con morfologia complessa caratterizzati da variazioni laterali di velocità.

Il WET Tomography inversion è un modello di calcolo che consente di ricostruire un modello di velocità del primo sottosuolo ad alta definizione. Il modello di calcolo consente un’otti- mizzazione non lineare dei tempi di arrivo dei travel-time delle onde sismiche dirette e rifratte registrate.

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Il processo di calcolo è basato sull’elaborazioni e sviluppo delle seguenti fasi:

1. Ricostruzione del gradiente di velocità (stratigrafie di velocità sismica) attraverso la tecnica di inversione Delta-t-V, con la quale si ottengono dei profili 1D "profondità-velocità"

dai dati di travel-time. La tecnica di inversione Delta-t-V permette di ricostruire con cadenza pari alla metà della cadenza dei geofoni (CMP = Common Mid Point) le successioni di velocità compatibili con l’andamento di tutte le possibili dromocrone nei punti in- termedi tra punto di tiro e geofono. Dal modello ricostruito come successione di stratigrafie di resistività viene elaborato un modello ad elementi finiti di piccolissime dimensioni che può già rappresentare un attendibile modello del sottosuolo. Tuttavia questo rappresenta una prima approssimazione alla soluzione.

2. Elaborazione dell’inversione tomografica, in maniera iterativa, del modello Delta-t-V mediante la tecnica 2D WET (Wavepath Eikonal Traveltime). La teoria in proposito basa i modelli tomografici sulla modellizzazione del percorso di un fascio di raggi per ogni primo arrivo, contrariamente a quanto previsto con la tomografia convenzionale basata sulla modellizzazione del percorso di un raggio sismico per ogni primo arrivo. In pratica si effettua il calcolo delle differenze dei tempi di arrivo dai vari punti di tiro ai vari geofoni, tra i valori sperimentali misurati nei sismogrammi ed i tempi calcolati sul modello di partenza. In base alle differenze riscontrate, per ciascun percorso delle onde sismiche, si apportano modifiche, in aumento o in diminuzione, delle velocità che caratterizzano i vari elementi che sono stati interessati dal passaggio del fronte d’onda considerato. Ad ogni iterazione, dopo avere apportato le modifiche alle velocità dei vari elementi, il nuo- vo modello viene sottoposto ad una operazione di smoothing che porta ad una migliore omogeneità dei valori di velocità entro aree di dimensioni maggiori. In genere sono suf- ficienti da 10 a 20 iterazioni per giungere ad un modello che porta a scarti medi tra i tempi (Traveltime) dei vari percorsi dell’ordine di qualche millisecondo (Schuster & Quin- tus-Bosz,1999).

I risultati vengono graficamente rappresentati con una sezione in cui le diverse scale cro- matiche indicano le diverse velocità delle onde Vp misurate, con una certa soluzione di conti- nuità, differentemente dalla rappresentazione con il metodo GRM, dove gli stacchi tra un sismo- strato e l’altro sono bruschi e repentini.

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Viene anche rappresentato il grafico della copertura dei raggi rifratti nella ricostruzione tomografica, maggiore è la copertura percentuale rappresentata, migliore è il dettaglio in quel determinato settore.

Descrizione stendimenti Descrizione stendimenti Descrizione stendimenti Descrizione stendimenti

Gli stendimenti sono stati ubicati cercando di investigare con il maggior dettaglio possibile il settore interessato dalle opere in progetto.

Gli stendimenti sono stati eseguiti con i geofoni equidistanti 5.0 metri, i punti di energizzazione sono stati 13, distribuiti simmetricamente rispetto al centro dello stendimento, con 4 battute esterne, rispettivamente a 20 m e a 5 m di distanza dal primo e ultimo geofono, e altre 9 battute interne.

Viene rappresentato lo schema di acquisizione nel disegno sottostante, dove le frecce azzurre indicano i punti di battuta, mentre con il colore rosso sono indicati i punti di misura (geofoni).

I profili sismici sono stati distribuiti a gruppi di due fra loro paralleli e distanti circa 30 m fra loro, in modo da poter garantire una efficace copertura dell’area da investigare.

Schema dello stendimento sismico

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

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Inquadramento su ortofoto aerea delle sezioni di tomografia sismica

Legenda Legenda Legenda Legenda

Ubicazione in coordinate Ubicazione in coordinate Ubicazione in coordinate

Ubicazione in coordinate UTM WGS84UTM WGS84UTM WGS84UTM WGS84 degli stendimenti sismicidegli stendimenti sismicidegli stendimenti sismici degli stendimenti sismici

Rilievo geofisico Rilievo geofisico Rilievo geofisico

Rilievo geofisico EstEst EstEst NordNordNordNord TS 1 inizio

TS 1 inizioTS 1 inizio

TS 1 inizio 463 697 4 350 142

TS 1 fine TS 1 fineTS 1 fine

TS 1 fine 463 781 4 350 220

TS 2 inizio TS 2 inizioTS 2 inizio

TS 2 inizio 463 681 4 350 171

TS 2 fine 463 765 4 350 250

TS 3 inizio 463 677 4 350 243

TS 3 fine 463 760 4 350 163

TS 4 inizio 463 699 4 350 270

TS 4 fine 463 780 4 350 188

Sezione tomografia sismica

Punto di inizio, fine stendimento tomografia sismica

Punto di esecuzione battute esterne

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Descrizione profili Descrizione profili Descrizione profili

Descrizione profili sismicisismicisismicisismici

Le tomografie sismiche vengono rappresentate graficamente attraverso una scala cromatica, in questo modo è agevole e immediata la visualizzazione delle variazioni di velocità delle onde Vp nel sottosuolo e quindi dei relativi sismostrati. Per agevolare le lettura delle sezioni sismiche è stata realizzata anche una “sezione interpretata”, atta ad evidenziare in maniera univoca la successione sismostratigrafica riscontrata. Su queste “sezioni interpretate” sono stati indicati i punti d’intersezione delle tomografie sismiche (TS) con le tomografie geoelettriche (TG) e i profili si- mici con acquisizione delle onde “P” ed “S”, oltreché i punti più prossimi alle rispettive sezioni dei punti di esecuzione delle sismiche in foro di tipo “down-hole” (DH).

La distribuzione dei punti di battuta e la geometria dei profili sismici è stata studiata per poter raggiungere una profondità teorica d’indagine di almeno 40 m. Talvolta la profondità d’indagine raggiunta è stata inferiore, questo a causa dei molteplici fattori che intervengono nel processo d’inversione dei dati sismici acquisiti in campagna. Infatti forti disomogeneità stratigrafiche possono portare ad una repentina dissipazione delle onde Vp, limitando così la copertura delle onde rifratte nel sottosuolo.

Ad ogni modo l’interpretazione dei profili sismici è stata estrapolata fino alla profondità di 40 m sulla base dell’andamento sismostratigrafico riscontrato, potendo inoltre fare riferimento ai risultati ottenuti dalle cinque indagini dirette precedentemente eseguite, nonché dalle indagini geoelettriche e sismiche di tipo down-hole.

Sezione sismica S1

La copertura dei raggi rifratti evidenzia come l’area che è stata più efficacemente investigata sia compresa entro una fascia che va dai 5 m fino a circa 25 m di profondità, è normale che più in profondità l’addensamento dei raggi rifratti diminuisca più o meno repentinamente, ma si riscontra comunque una loro propagazione fino ad oltre i 45 m di profondità.

Ad ogni modo si è riusciti ad elaborare e a rappresentare graficamente la sezione sismostratigrafica nel punto centrale dello stendimento fino ad una profondità di -41 m dal piano di campagna (104 m s.l.m.).

L’errore prodotto nel processo d’inversione è molto basso, pari al 2.3%, pertanto si tratta di un modello sismostratigrafico molto buono.

L’analisi della distribuzione delle velocità Vp consente di individuare efficacemente 3 sismostrati. Quello più superficiale è costituito dalla copertura alluvionale olocenica che presenta uno

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spessore di circa 5 m, è individuato dalla Vp con velocità inferiore ai 1600 m/s. Questa copertura olocenica si presenta a morfologia tabulare, con variazioni locali delle velocità Vp in funzione dello stato di addensamento delle terre.

Più in profondità la velocità delle Vp misurata tende a crescere in maniera piuttosto repentina, passando da 1600 m/s a 2400 m/s. Si individua pertanto un ampio settore caratterizzato da Vp medie comprese tra un minimo di 2400 m/s ad un massimo di 3600 m/s, attribuibile ai livelli deposizionali terrigeni della Formazione del Cixerri. La distribuzione delle velocità Vp pre- sentanto un andamento non omogeneo, presentando dei settori caratterizzati da da Vp>3000 m/s che individuano lenti stratigrafiche o livelli più addensati e competenti rispetto al resto del materiale incassante.

Si tratta di un materiale complessivamente piuttosto addensato che dovrebbe avere delle discrete caratteristiche di resistenza geomeccanica.

Nei settori iniziali e terminali del profilo si riscontra la presenza di un materiale piuttosto competente, caratterizzato da Vp particolarmente più elevate rispetto al resto della sezione, dove si misurano velocità delle Vp comprese tra 3600 m/s e 5800 m/s, individuando un materiale dal comportamento marcatamente litoide e competente, la sua posizione marginale rispetto al resto del profilo non consente una completa ricostruzione della sua geometria stratigrafica.

Dall’osservazione delle dromocrone non si riscontra la presenza di flessi nella loro parte ter- minale (tra i 50 e i 60 ms) che evidenzino bruschi incrementi di velocità attribuibili ai calcari ba- sali della Formazione di Gonnesa, pertanto si ritiene che almeno fino alla profondità di 43 m sia sempre presente la Formazione del Cixerri.

L’analisi combinata della copertura dei raggi rifratti e della sezione sismostratigrafica non e- videnzia situazioni che possano indicare la presenza di cavità carsiche o vuoti che possano generare fenomeni di sinkholes.

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Diagramma delle dromocrone

Copertura raggi rifratti

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23456789101112 -12-8-404812162024283236404448525660646872768084889296100104108112116120124

104106

108110

112114116

118120

122124

126128130

132134

136138

140142

144146 0 m 5 m 15 m

10 m 20 m 25 m 30 m 35 m 40 m

Iglesias, loc. Ceramica - Tomografia sismica interpretata S1 Copertura alluvionale quaternariaFormazione del Cixerri: sabbie limoso argilloseFormazione del Cixerri: arenarie e argilliti compatte

2400

61 00

1000 Punto di energizzazioneGeofoni1600Velocità Vp (m/s)

DH4TS3TG2TS4S5DH2

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Sezione sismica S2

La copertura dei raggi rifratti evidenzia come l’area che è stata più efficacemente investigata sia compresa entro una fascia che va dai 7 m di profondità fino a circa 20 m, è normale che più in profondità l’addensamento dei raggi rifratti diminuisca più o meno repentinamente, ma si riscontra comunque una loro propagazione fino ad oltre i 35 m di profondità.

La massima profondità investigata è stata di -37 m al di sotto del piano di campagna(∼104 m s.l.m.), nel punto centrale dello stendimento. L’analisi delle dromocrone e della copertura dei raggi rifratti indica come in realtà la profondità effettivamente investigata sia stata ben superiore, per estrapolazione si arriverebbe a non meno di 43-45 m (103 m s.l.m.), ma la rappresentazione grafica del profilo è stata limitata automaticamente dal software alla quota di 108 s.l.m.

L’errore prodotto nel processo d’inversione è molto basso, pari all’1.7%, pertanto si tratta di un modello sismostratigrafico con un’ottima corrispondenza rispetto ai rilievi effettuati.

La sezione è simile al profilo parallelo S1, com’era lecito aspettarsi vista la prossimità e la disposizione dei due rilievi.

L’analisi della distribuzione delle velocità Vp consente di individuare efficacemente 3 sismostrati. Quello più superficiale è costituito dalla copertura alluvionale olocenica che presenta uno spessore di circa 5 m, ed è individuato dalla Vp con velocità inferiore ai 1600 m/s. Questa copertura olocenica si presenta a morfologia tabulare, con variazioni delle velocità Vp in funzione dello stato di addensamento delle terre.

Più in profondità la velocità delle Vp misurata tende a crescere in maniera piuttosto repentina, passando da 1600 m/s a 2400 m/s. Si individua pertanto un ampio settore caratterizzato da Vp medie comprese tra un minimo di 2400 m/s ad un massimo di 3600 m/s, attribuibile ai depositi terrigeni alla Formazione del Cixerri. Si tratta di un materiale complessivamente piuttosto addensato che dovrebbe avere delle discrete caratteristiche di resistenza geomeccanica.

Analogamente alla sezione S1, si rinviene nella parte iniziale del profilo un settore caratterizzato da Vp particolarmente più elevate rispetto al resto della sezione (Vp>3600 m/s) individuando un materiale dal comportamento marcatamente litoide e competente, interpretabili come arenarie o argilliti.

Anche in questo caso la posizione marginale di questa unità litoide rispetto al profilo non consente una ricostruzione della sua geometria stratigrafica, anche se parrebbe estendersi praticamente per tutta la lunghezza della sezione. La profondità di questa unità litoide varia da sub-

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superficiale (∼7 m dal p.c., ∼138 m s.l.m.) a -12 m dall’inizio della sezione (tra la prima e la seconda battuta esterna), per poi raggiungere un profondità di -35 m dal piano di campagna, mentenendola costante per praticamente tutta la lunghezza della sezione.

Dall’osservazione delle dromocrone non si riscontra la presenza di flessi nella loro parte ter- minale (tra i 45 e i 57 ms) che evidenzino bruschi incrementi di velocità attribuibili ai calcari ba- sali della Formazione di Gonnesa, pertanto si ritiene che almeno fino alla profondità di 43 m sia sempre presente la Formazione del Cixerri.

L’analisi combinata della copertura dei raggi rifratti e della sezione sismostratigrafica non e- videnzia situazioni che possano indicare la presenza di cavità carsiche o vuoti che possano generare fenomeni di sinkholes.

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Diagramma delle dromocrone

Copertura raggi rifratti

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