Il metodo sismico a rifrazione si occupa dell’esplorazione del sottosuolo, attraverso lo studio della propagazione delle onde elastiche generate in modo controllato.

Si basa sull’analisi dei tempi di arrivo delle onde rifratte sulle superfici di discontinuità stratigrafica.

Il fine delle indagini sismiche è di risalire a modelli di terreni caratterizzati da una differente velocità delle onde elastiche, nell’individuare i loro spessori e la loro distribuzione spaziale.

L’indagine sismica a rifrazione consiste nella registrazione dei tempi di arrivo delle onde di compressione (P) o delle onde di taglio (S), create allo scopo tramite opportuna energizzazione, e rifratte dalle superfici che costituiscono contrasti di impedenza del sottosuolo. La registrazione si realizza attraverso uno stendimento di geofoni disposti a intervalli regolari lungo il profilo da indagare. L’equidistanza tra i geofoni ed il loro numero dipendono dal dettaglio e dalla profondità di indagine richiesta.

Inoltre, poiché la velocità delle onde elastiche di volume (onde P e onde S) è funzione dei parametri elastici del mezzo in cui si propagano, si possono ricavare i moduli elastici dinamici che caratterizzano il mezzo stesso, conoscendone la densità.

L’indagine sismica a riflessione consiste nell’ energizzazione del sottosuolo e nella registrazione degli arrivi delle onde di compressione (onde P) riflesse sulle superfici di discontinuità stratigrafica. La registrazione si realizza attraverso uno stendimento di geofoni disposti a intervalli regolari lungo il profilo da indagare. L’equidistanza tra i geofoni ed il loro numero dipendono dal dettaglio e dalla profondità di indagine richiesta.

A differenza della metodologia a rifrazione, la tecnica a riflessione consente di raggiungere profondità di più elevate, a fronte di un impianto logistico molto più complesso.

Il metodo delle onde superficiali attive (anche detto S.W.M. – Surface Wave Method) è un metodo di caratterizzazione sismica basato sull’analisi della dispersione geometrica delle onde superficiali (onde di Rayleigh).

Il risultato è un profilo verticale delle velocità delle onde di taglio nel terreno ed una stima del modulo di rigidezza al taglio dinamico (G₀) in funzione della profondità. Il profilo di Vs,  a differenza dei metodi di indagine basati sulla propagazione delle onde di compressione P, permette di indagare anche mezzi saturi.

Il metodo di indagine è anche conosciuto comunemente e impropriamente come MASW (multichannel analysis of surface waves).

La prova consiste nella misurazione dei tempi di primo arrivo di impulsi sismici ad uno o più ricevitori posti all’interno di un foro di sondaggio verticale, adeguatamente rivestito con apposita tubazione in materiale plastico. Gli impulsi sono generati in superficie, nel caso delle prove down-hole o all’interno di un secondo foro di sondaggio verticale, nel caso di prove cross-hole.

La prova consente la misura diretta delle velocità di propagazione VP delle onde di compressione (onde P) e VS delle onde di taglio (onde SH) utili alla determinazione dei parametrici elastici dei terreni in condizioni dinamiche.

Con la prova down-hole si produce un profilo verticale della velocità di propagazione delle onde, fino alla profondità massima raggiunta dal foro di sondaggio e può essere un metodo alternativo per la stima del parametro Vs_eq.

Con la prova cross-hole si produce una sezione di velocità del terreno, compreso tra i due fori di sondaggio.

La prova, comunemente nota con il termine H/V o HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio), (Nogoshi e Igarashi 1970, Nakamura 1989) è una valutazione sperimentale dei rapporti di ampiezza spettrale fra le componenti orizzontali (H) e verticali (V) delle vibrazioni ambientali sulla superficie del terreno, misurate con un apposito sismometro a tre componenti.

L’esito di questa prova è una curva sperimentale (curva H/V o curva HVSR) che rappresenta il valore del rapporto fra le ampiezze spettrali medie delle vibrazioni ambientali in funzione della frequenza di vibrazione. Le frequenze alla quali la curva H/V mostra i massimi sono legate alle frequenze di risonanza del terreno al di sotto del punto di misura.

 

I rilievi georadar o GPR (Ground Probing Radar) si basano sulle riflessioni nel sottosuolo o nelle strutture captate da un’antenna ricevente di un segnale elettromagnetico di carattere impulsivo ad alta frequenza che è inviato da un’antenna trasmittente. La presenza di discontinuità delle proprietà elettromagnetiche nel materiale provoca fenomeni di rifrazione, riflessione e diffrazione dell’energia elettromagnetica incidente su tale discontinuità. In generale, si analizza la risposta della parte di energia che viene riflessa in corrispondenza delle discontinuità del mezzo e che ritorna in superficie e viene captata da un’antenna ricevente.

I principi di funzionamento del georadar sono molto simili a quelli del radar convenzionale, con alcune sostanziali differenze che riguardano il mezzo di trasmissione, cioè rocce e terreni; la risoluzione, in genere decimetrica o centimetrica e il campo di misura, che si limita ad alcuni metri di profondità.

I risultati dell’elaborazione sono rappresentati in forma grafica con sezioni verticali bidimensionali, chiamati radargrammi. I radargrammi contengono le tracce radar di ogni profilo accostate tra loro, con assi distanza-tempo. L’asse temporale verticale si riferisce al tempo di andata e ritorno del segnale radar, e può essere convertito in distanza (profondità) stimando la velocità di propagazione dell’onda elettromagnetica nel terreno.

I radargrammi mostrano, quindi, sezioni verticali del terreno in cui sono evidenziate le ampiezze di riflessione del segnale trasmesso dall’antenna trascinata in superficie.

I radargrammi elaborati e referenziati possono essere assemblati fra loro per creare delle depth-slice. Tale tecnica permette di ricostruire, attraverso sezioni orizzontali, il comportamento planimetrico delle riflessioni prodotte da discontinuità elettromagnetiche nel terreno.

Le misure slingram danno informazioni sulle caratteristiche elettromagnetiche del sottosuolo attraverso l’impiego di dispositivi portatili, detti conduttivimetri o elettromagnetometri, operanti con frequenza dell’ordine di grandezza del kHz. Il principio di funzionamento della strumentazione utilizzata è la seguente: una corrente alternata viene fatta circolare in una bobina (trasmittente), generando un campo magnetico primario che si propaga nel terreno; una seconda bobina (ricevente), posta a distanza fissa dalla prima, acquisisce un campo magnetico secondario attenuato e ruotato di fase rispetto al campo primario. Le caratteristiche del campo secondario dipendono dalle caratteristiche di conducibilità elettrica e di suscettività magnetica delle strutture nel sottosuolo. La mappatura delle risposte in fase e in quadratura del campo magnetico secondario rispetto al primario dà indicazioni sull’estensione, la forma e le proprietà elettromagnetiche di corpi la cui conducibilità elettrica o suscettività magnetica sono diverse rispetto all’ambiente circostante.

Dall’analisi delle risposte in fase e in quadratura è possibile individuare zone di probabile presenza di materiale estraneo oppure aree interessate da possibile contaminazione.

La metodologia di indagine elettromagnetica in dominio di tempo (time-domain electromagnetic TDEM) misura la resistività elettrica del terreno inducendo correnti nel sottosuolo per mezzo di energia elettromagnetica a impulsi trasmessa da una spira posta sulla superficie. Il decadimento di queste correnti indotte provoca un campo magnetico secondario decrescente misurato in superficie, immediatamente dopo la fine dell’impulso primario, a vari intervalli temporali. Si può misurare il campo secondario usando la spira di trasmissione o, più comunemente, una bobina ricevente separata e posta al centro o al lato della trasmittente. La profondità di investigazione di una campagna TDEM dipende dal momento di dipolo del trasmettitore e dalla conduttività degli strati sotterranei. Un momento maggiore (che si ottiene aumentando la grandezza della maglia e/o la corrente del trasmettitore) e un aumento nella resistività del terreno consentiranno una penetrazione superiore.

L’indagine TDEM fornisce la curva di decadimento del potenziale in funzione del tempo. La curva viene invertita utilizzando un algoritmo iterativo ai minimi quadrati, che si basa sul confronto tra la curva calcolata e quella misurata.

Il risultato è un profilo verticale di resistività elettrica del sottosuolo, che può raggiungere il centinaio di metri di profondità, in funzione della geometria di acquisizione.

La tomografia elettrica di resistività (ERT) è una tecnica diagnostica che consente di determinare la distribuzione della resisitività elettrica ed eventualmente della caricabilità (IP) nel sottosuolo a partire da una serie di misure di potenziale elettrico, misurate tramite elettrodi posti sulla superficie del terreno. La resistività elettrica è una proprietà intrinseca dei materiali; in particolare essa ne definisce la maggiore o minore tendenza a lasciarsi attraversare da una corrente elettrica. La resistività del sottosuolo dipende da parametri geologici e fisici; quali la mineralogia, la porosità e la saturazione delle formazioni, la resistività dei fluidi saturanti e della matrice solida e il contenuto di minerali argillosi. Può essere utilizzata per la definizione di strutture geologiche fino a diverse decine di metri di profondità, in funzione della geometria di acquisizione.

Le misure sono effettuate con strumentazioni automatiche secondo le diverse configurazioni elettrodiche tradizionali (Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo, ecc). Tale tecnica consente di operare anche in presenza di terreni morfologicamente irregolari, previo rilievo della topografia dello stendimento elettrodico.

La metodologia detta della “Mise à la masse” prevede l’infissione di due elettrodi, uno dei quali all’infinito, attraverso i quali viene fatta circolare corrente, e contestualmente la misura delle differenze di potenziale tra coppie di elettrodi in superficie secondo una maglia di lettura.

I due elettrodi di corrente sono mantenuti in posizione fissa e attraverso di essi si immette nel terreno una corrente elettrica continua di intensità nota. Mantenendo invariata la configurazione di energizzazione, si misura la differenza di potenziale tra due elettrodi di tensione, traslando il dipolo di misura sull’intera superficie, secondo una maglia regolare, in modo da consentire la ricostruzione di una mappa del gradiente del potenziale elettrico.

La metodologia è adatta all’individuazione di lacerazioni nel telo in HDPE che forma il camping delle discariche. In assenza di lacerazioni, infatti, il telo in HDPE si comporta come un materiale pressoché isolante dal punto di vista elettrico. Al contrario, quando il telo presenta una o più discontinuità che consentono l’instaurarsi di un flusso di corrente elettrica tra l’elettrodo di energizzazione interno e quello esterno – attraverso il materiale drenante posto al di sopra del telo ed il terreno sottostante – il potenziale elettrico mostra un andamento caratteristico. In particolare, in corrispondenza della lacerazione il potenziale elettrico presenta un andamento assimilabile a quello di una sorgente di corrente ubicata in corrispondenza della lacerazione stessa, individuabile dalla mappatura di potenziale.