Programma
Introduzione al corso e ai metodi geofisici per l'ingegneria ambientale. La Geofisica ambientale e i cambiamenti climatici. Misure dirette e indirette. Risoluzione profondità d’indagine. Fasi operative delle indagini geofisiche.
1. Metodi sismici
1.1. Principi dei metodi sismici: propagazione, attenuazione ed interferenza delle onde sismiche. Proprietà sismiche delle rocce e dei suoli. Equazione di Wyllie.
1.2. Strumentazione sismica: sorgenti, ricevitori, sismografi.
1.3. Metodi di misura diretta della velocità: downh-hole e cross-hole
1.4. Metodo a rifrazione: onde alle interfacce, rifrazione critica, onda di testa
1.5. Tomografia sismica: introduzione all’inversione dei dati. Case-history.
2. Metodi di rilevazione Sonar
2.1. Principi dei metodi Sonar: scattering e attenuazione delle onde acustiche, risoluzione
2.2. Metodi MultiBeam, Side Scan Sonar e Sub-bottom profiling (Chirp): acqusizione ed elaborazione dei dati. Case-history.
3. Metodi elettromagnetici ad alta frequenza (Ground Penetrating Radar - GPR)
3.1. Proprietà elettromagnetiche delle rocce e dei suoli: resistività e permittività elettrica e permeabilità magnetica. Legge di Archie.
3.2. Principi del metodo GPR: propagazione ed attenuazione delle onde EM; scattering e riflessione
3.3. Acquisizione dei dati GPR.
3.4. Elaborazione dei dati GPR. Case-history.
4. Metodi elettrici in corrente continua (DC)
4.1. Principi di base dei metodi elettrici DC: potenziale elettrico, resistività apparente, configurazioni elettrodiche (array), potenziale elettrico per sorgenti DC: soluzione con il metodo agli elementi finiti
4.2. Tomografia elettrica a resistività (ERT) 2-D: modalità di acquisizione ed inversione dei dati. Case-history.
4.3. Tomografia elettrica a resistività (ERT) 3-D e best practices. Case-history.
4.4. Metodo della polarizzazione indotta nel dominio del tempo (TDIP): modalità di acquisizione ed inversione dei dati. Case-history.
5. Metodi elettromagnetici a bassa frequenza (LFEM)
5.1. Principi di base del metodo a induzione: correnti alternate (AC) e metodi a sorgente fissa (tipo Slingram)
5.2. Metodi EM nel dominio del tempo: Transient Electromagnetic Method (TEM). Case-history.
6. Integrazione ed inversione congiunta di dati geofisici: motivazione, vantaggi e svantaggi. Ricostruzione di un modello multi-parametrico e correlazione dei parametri geofisici con quelli idraulici, geotecnici e ambientali.
7. Attività di laboratorio
Sono previste simulazioni di ogni tecnica studiata (sismica, elettrica, elettromagnetica) a piccola scala. Le simulazioni comprenderanno l'acquisizione, l'elaborazione e l'interpretazione dei dati raccolti per giungere ad un modello multi-parametrico rappresentativo del sottosuolo. Le simulazioni si svolgeranno in laboratorio o in campo, a seconda della particolare tecnica.
Prerequisiti
Sono richieste, come prerequisito, conoscenze di analisi matematica (derivate parziali, integrali, equazioni differenziali, campi vettoriali, numeri complessi), fisica (ottica geometrica, campi elettromagnetici, propagazione delle onde) e meccanica dei solidi (teoria dell’elasticità), anche se i prinicpi fisici alla base dei metodi studiati saranno comunque brevemente riassunti durante il corso.
Testi di riferimento
Testo di riferimento: Everett, M. E. (2013). Near-surface applied geophysics. Cambridge University Press.
Dispense fornite dal docente su argomenti selezionati saranno disponibili ad integrazione del libro di testo su piattaforma e-learning "Sapienza" Moodle (elearning2.uniroma1.it).
Modalità insegnamento
L'attività didattica è caratterizzata da una parte di lezioni in aula, per l'apprendimento dei principi teorici dei vari metodi geofisici e la loro applicazione per l'ingegneria ambientale tramite l'utilizzo di software dedicati e una parte di laboratorio, da eseguirsi al termine di ogni "modulo" relativo alla singola tecnica studiata, come da programma. Gli studenti parteciperanno sia alle attività di acquisizione dei dati in laboratorio che all'elaborazione ed interpretazione degli stessi tramite software di calcolo messi a loro disposizione. Sono previste esercitazioni con suddivisione degli studenti in piccoli gruppi al fine di sviluppare la capacità di soluzione di un problema ingegneristico.
Frequenza
Anche se facoltativa, è fortemente raccomandata la frequenza sia delle lezioni a carattere teorico da tenersi in aula sia delle esercitazioni pratiche in aula e in campo, al fine di integrare le informazioni presenti sui testi di riferimento.
Modalità di esame
La valutazione finale (in trentesimi) sarà articolata come segue:
- Prova scritta (obbligatoria): 5 domande a risposta chiusa (1 pt. ciascuna) + 1 domanda a risposta aperta sui principi teorici dei metodi geofisici studiati (max 5 pt.) - max. punteggio ottenibile: 10
- Prova pratica (obbligatoria): 2 esercizi in Excel (max 5 punti ciascuno) sulle applicazioni dei metodi geofisici studiati all'ingegneria ambientale (es. 1 sui cap. 1 e 2, es. 2 sui cap. 4 e 5) - max. punteggio ottenibile: 10
- Prova orale (obbligatoria): una domanda sui metodi geofisici applicati all'ingegneria ambientale (max 10 pt.)
Bibliografia
- Butler D. K. Near-surface Geophysics. Society of Exploration Geophysicists, 2005.
- Stein S., Wysession M. An introduction to seismology, earthquakes, and earth structure. John Wiley & Sons, 2009.
- Telford W.M., Geldart L.P., Sheriff R.E. Applied geophysics. Cambridge university press, 1990.
Modalità di erogazione
L'attività didattica è caratterizzata da una parte di lezioni in aula, per l'apprendimento dei principi teorici dei vari metodi geofisici e la loro applicazione per l'ingegneria ambientale tramite l'utilizzo di software dedicati (Excel e Python) e una parte di laboratorio, da eseguirsi al termine di ogni "modulo" relativo alla singola tecnica studiata, come da programma. Gli studenti parteciperanno sia alle attività di acquisizione dei dati in laboratorio che all'elaborazione ed interpretazione degli stessi tramite software di calcolo messi a loro disposizione. Sono previste esercitazioni con suddivisione degli studenti in piccoli gruppi (2 o 3 studenti max) al fine di sviluppare la capacità di soluzione di un problema ingegneristico.
