Influenza delle argille sulle proprietà elastiche ed elettriche di mezzi eterogenei e porosi ed applicazione del Modello Elettrosismico

Scotellaro, Cinzia (2006) Influenza delle argille sulle proprietà elastiche ed elettriche di mezzi eterogenei e porosi ed applicazione del Modello Elettrosismico. [Tesi di dottorato] (Inedito)

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Abstract

Questa tesi di dottorato espone i risultati di una verifica di validità, anche in presenza di argille, del “modello elettrosismico” proposto da CARRARA et alii (1994, 1999) per valutare la porosità (Φ) e il grado di saturazione (Sw) mediante misure contestuali di resistività e di velocità di propagazione delle onde di compressione. Sono state effettuate misure di laboratorio della velocità di propagazione di un impulso elastico, utilizzando la tecnica degli ultrasuoni, e della resistività elettrica, utilizzando il metodo a due elettrodi, su campioni ricostruiti costituiti da sabbia ed argilla, aggregati da cemento calcareo e pozzolanico. Utilizzando la modellizzazione proposta sono stati calcolati porosità e grado di saturazione dei campioni e messi a confronto con quelli definiti da misure geotecniche effettuate sui medesimi. Sono state effettuate anche misure in situ con le classiche metodiche della geofisica applicata. Per i campioni ricostruiti, il confronto dei dati ha permesso di riconoscere una influenza sulla resistività solo della porosità interconnessa, mentre la velocità delle onde sismiche è dipendente dalla porosità totale. Pertanto, nella modellizzazione in esame, si è introdotto un coefficiente XD, che indica la percentuale di porosità interconnessa Φρ rispetto alla porosità totale ΦV : V ρ XD Φ = Φ Le misure di laboratorio sulle diverse serie di campioni ricostruiti, hanno permesso inoltre di arrivare ad una migliore definizione della matrice: per MATRICE si intende una struttura cristallina omogenea, isotropa e compatta, caratterizzata da assenza di pori ( Φ = 0 ) e assenza di acqua ( Sw = 0 ); un materiale con queste caratteristiche viene indicato cristallograficamente con il termine di CCP (compact cubic packing) che mineralogicamente è tipico di solfuri ed ossidi con densità ( ≥ 5g / cm3 ) ben superiori a quella dei silicati fino ad ora utilizzate nell’equazione del fattore correttivo apportato al modello (γ = 2.71g / cm3 ) (CARRARA et alii, 1999). Questa definizione di matrice influenza solo i materiali con basse porosità, mentre per alte porosità (>30%) non si ha molta differenza nell’utilizzare γ = 2.71g / cm3 oppure γ = 5g / cm3 , essendo la fase prevalente quella fluida, costituita da acqua ed aria, ad influenzare la resistività e la velocità. L’applicazione del modello così corretto ha portato i seguenti risultati: • un possibile raffronto tra porosità geotecnica e porosità da modello essendo entrambe porosità totali; • una migliore definizione del grado di saturazione che tende ad approssimarsi a quello fornito dalla geotecnica, con uno scarto medio in alcuni campioni anche del solo 2%, che rientra nell’errore relativo percentuale medio stimato (±10%); • una migliore definizione del valore di porosità che tende ad approssimarsi a quello fornito dalla geotecnica, con uno scarto medio del solo 4%, che rientra nell’errore relativo percentuale medio stimato (±10%). In conclusione, le analisi effettuate in laboratorio su campioni ricostruiti con argille hanno condotto a risultati incoraggianti; si sono infatti individuati gli elementi chiave che hanno consentito di rendere confrontabili i valori di porosità (Φ) e grado di saturazione (Sw) ottenuti per via geotecnica con quelli stimati dal modello. Per quanto riguarda le misure in situ, il modello elettrosismico corretto è stato testato su tre aree test con differenti caratteristiche litologiche. La prima area-test è la duna costiera di Marina di Ascea, appositamente scelta in quanto rappresentativa di una litologia perfettamente omogenea, caratterizzata da sabbie giallastre, a composizione prevalentemente quarzosa, a granulometria medio-grossolana. La seconda area-test è il Piano di Verteglia, una conca tettono-carsica, ubicata nel massiccio del M.te Terminio, caratterizzata prevalentemente da argille, limi e sabbie, a forte componente piroclastica, che poggiano su un basamento carbonatico. La terza area-test è la Pineta di Castel Volturno, una piana alluvionale, caratterizzata da un’alternanza di porzioni superficiali limo-argillose, seguite da strati sabbiosi e piroclastiti rimaneggiate. Sono stati effettuati SEV Schlumberger per valutare le resistività e sondaggi sismici a rifrazione per le velocità. I modelli di sottosuolo ottenuti da queste indagini riflettono la stratigrafia dei terreni riportata in bibliografia, anche se in nessuna delle zone d’indagine sono stati effettuati sondaggi diretti. L’applicazione del modello sui dati ottenuti ha consentito di ottenere una “stratigrafia geofisica”, costituita da valori di resistività e velocità delle onde sismiche dei terreni attraversati, associata ad una “stratigrafia geotecnica”, costituita da valori di porosità e grado di saturazione degli stessi. Solo per Ascea è stato possibile effettuare misure geotecniche in situ ed in laboratorio che ci consentissero la determinazione della porosità delle sabbie, riscontrando valori molto prossimi a quelli stimati dal modello, con una differenza di solo 7%. Per quanto riguarda la porosità, si è riscontrata una significativa coerenza tra i valori di porosità stimati dal modello elettrosismico e quelli già noti per i litotipi ricostruiti nel sottosuolo. Nelle aree in cui è presente una falda idrica superficiale (Pineta di Castel Volturno e Marina di Ascea), il modello ha dato valori di grado di saturazione inferiori alle aspettative per gli orizzonti interessati dall’acquifero, con un massimo dell’80% . La discrepanza è imputabile alla diversa conducibilità tra l’acqua misurata in pozzi e sorgenti ubicati nei pressi delle aree in esame e quella realmente presente nell’acquifero, che va ad influenzare la posizione del punto ACQUA nel modello. Dalle analisi dei risultati ottenuti, si evince che il modello individua con sufficiente accuratezza le variazioni relative di porosità e saturazione nell’ambito di un’area di studio, permettendo così di individuare i siti più favorevoli allo sfruttamento delle risorse idriche. Pertanto, l’utilizzazione del modello elettrosismico è un utile strumento per la costruzione di mappe di porosità e saturazioni per ogni strato individuato in profondità con le pratiche e veloci prospezioni sismiche e geoelettriche, evitando costose indagini geognostiche, per evidenziare in un’area i siti e gli orizzonti più produttivi.

Tipologia di documento:Tesi di dottorato
Parole chiave:Prospezioni geoelettriche, Prospezioni sismiche, Argille
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 04 Scienze della terra > GEO/11 GEOFISICA APPLICATA
Coordinatori della Scuola di dottorato:
Coordinatore del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Ciampo, Giuliano
Tutor della Scuola di dottorato:
Tutor del Corso di dottoratoe-mail (se nota)
Carrara, Eugenio
Stato del full text:Accessibile
Data:2006
Numero di pagine:149
Istituzione:Università degli Studi di Napoli Federico II
Dipartimento o Struttura:Scienze della Terra
Tipo di tesi:Dottorato
Stato dell'Eprint:Inedito
Denominazione del dottorato:Scienze della Terra
Ciclo di dottorato:XVIII
Numero di sistema:629
Depositato il:31 Luglio 2008
Ultima modifica:04 Febbraio 2009 09:39

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