Influenza delle argille sulle proprietà elastiche ed elettriche di mezzi eterogenei e porosi ed applicazione del Modello Elettrosismico
Creators: name: Scotellaro, Cinzia
Publisher: name: Università degli Studi di Napoli Federico II
Year: 2006

description: 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 (&gt;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.