99887 - ESPLORAZIONE GEOFISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente conosce i principi alla base dei più recenti metodi sperimentali di prospezione geofisica e dei metodi numerici di modellazione di alcuni comportamenti fisici del sottosuolo. Lo studente conosce i fondamenti de: 1) l’analisi dei segnali analogici e digitali nel dominio del tempo e della frequenza, 2) i metodi di prospezione sismica basati sulle onde di superficie, 2) i metodi basati sulla caratterizzazione dinamica dei terreni, 3) i metodi elettrici ed elettromagnetici, effettuati da terra o acquisiti dal cielo (da droni, da velivoli, da satellite). Lo studente è in grado di applicare i metodi appresi ai problemi di indagine stratigrafica dei terreni a diverse scale ed alla definizione dei comportamenti dinamici dei terreni. Lo studente è in grado pianificare campagne di indagine multi-metodo in funzione dei diversi obiettivi dell’esplorazione geofisica.

Contenuti

N.B.: Il programma che segue potrebbe subire variazioni in  funzione degli studenti iscritti.

Sistema Internazionale. Ripasso [se si rivelerà necessario] di elementi di statistica di base, di teoria degli errori e teoria delle regressione.

Analisi dei segnal analogici e digitali, nel dominio del tempo, nel dominio delle frequenze, operazioni nei due domini (convoluzione, correlazione). Analisi spettrale. Filtri.

I METODI SISMICI A ONDE DI SUPERFICIE: dall'esplorazione del sottosuolo al comportamento sismico dei terreni

La prospezione sismica di base (onde sismiche, loro relazione con i moduli elastici, comportamento delle onde alle interfacce, sismica a rifrazione, riflessione, prove in foro) è data per nota. Qualora non lo fosse, è compito dello studente comunicarlo e recuperare questa parte del programma attraverso lezioni online messe a disposizione da docente.

L'oscillatore armonico semplice come elemento base per lo studio del comportamento dinamico dei corpi. Oscillatori multipli.

Ripasso sulle onde di superficie.

Prova sismica passiva a stazione singola (H/V e H&V): il caso 1D, il caso 2D. 

Prove sismiche multicanale a onde di superficie (SPAC, SASW, MASW, ReMi, ESAC, f-k ecc.).

Uso delle metodologie a onde di superficie per:

1. la prospezione del sottosuolo
2. il comportamento dinamico dei terreni
   

Il comportamento dinamico dei terreni: cosa lo governa, gli aspetti normativi (NTC, 2018 e altre normative internazionali), l'interazione con le strutture, studi di risposta sismica locale semplificati e non. Esercitazioni al calcolatore.

Elementi di dinamica delle strutture di interesse in sismologia.

 

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA

 

LA PROSPEZIONE ELETTRICA

Tipologie: metodi attivi (ER, IP, EM) e passivi (correnti telluriche, SP). Cenni storici sulle prime sperimentazioni dei diversi metodi. Strumentazione (elettrodi, tipo di energizzazione).

Leggi di Ohm e loro applicazione in geofisica. 

Array Wenner (e variazione di Lee), Schlumberger, dipolo-dipolo: geometrie, fattori geometrici, limiti e vantaggi storici, limiti e vantaggi attuali, sensibilita' delle diverse geometrie. Polarizzazione indotta.

Resistività dei materiali geologici, applicazioni tomografiche moderne, esempi applicativi.

Polarizzazione indotta, caricabilita'

ESERCITAZIONE IN CAMPAGNA DI PROSPEZIONE GEOELETTRICA (Wenner, Schlumberger, dipolo-dipolo)

 

LA PROSPEZIONE MAGNETICA

Definizioni generali: campo magnetico, momento magnetico, intensita' di magnetizzazione. Proprieta' diamagnetiche, paramagnetiche e ferromagnetiche dei materiali, isteresi magnetica.

Il campo magnetico terrestre (declinazione, inclinazione, campo magnetico totale).

Magnetometri a saturazione di flusso e a protoni.

Potenziale del campo magnetico, campo magnetico in un punto dovuto a un monopolo e a un dipolo.

 

LA PROSPEZIONE ELETTROMAGNETICA

Il metodo radar (GPR) e cenni ad altri metodi.

Testi/Bibliografia

INTRODUCTION TO APPLIED GEOPHYSICS, Burger, Sheehan, Jones, Norton, 2006, 600 p. + CD

NEAR SURFACE APPLIED GEOPHYSICS, M.E. Everett, Cambridge, 2013, 400 p.

Altre letture:

AN INTRODUCTION TO GEOPHYSICAL EXPLORATION, Kearey, Brooks, Hill, Blackwell Publ., 2002, 262 p.

I METODI GEOELETTRICO E SISMICO PER LE INDAGINI SUPERFICIALI DEL SOTTOSUOLO, Carrara, Rapolla, Roberti, Liguori ed., 2012, 295 p.

ESPLORAZIONE GEOFISICA DEL SOTTOSUOLO, Musset, Aftab Khan, Zanichelli, 2003, 420 p.

Metodi didattici

Lezioni frontali.

Esercitazioni in campagna.

Esperimenti in aula.

Elaborati obbligatori di laboratorio da produrre a casa.

Tutte le lezioni sono registrate e rese disponibili online.

Le esercitazioni pratiche sono obbligatorie e richiedono la presenza.
 

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

ACCESSO ALL'ESAME: per accedere all'esame è necessario consegnare un elaborato individuale su:

1. analisi spettrale
2. analisi di dati sismici a onde di superficie 
3. modellazione numerica di risposta sismica locale

Tali relazioni vengono valutate e costituiscono un punteggio extra da 0 a 3 punti che si sommano a quelli della prova scritta e fanno media nel voto finale. Chi non ha potuto seguire il corso deve chiedere indicazioni al docente su come produrre queste 3 relazioni e deve consegnarle almeno 7 giorni prima di sostenere l'esame scritto.

PROVA SCRITTA (durata minima: 2h 30')
Non è consentito allontanarsi dall’aula (nemmeno per andare al bagno).
Non è consentito l’uso di testi, appunti, del telefono cellulare.  E’ consentito solo l’uso di normali calcolatrici. I fogli di bella e brutta copia sono forniti dal docente.

Il tema d'esame è costituito tipicamente da 3 esercizi da risolvere per via quantitativa.

 

PROVA ORALE
La prova orale può essere sostenuta anche in sessioni successive all'appello scritto.
Tutte le dimostrazioni e tutti gli argomenti trattati a lezione costituiscono possibili domande orali.

 

VOTO FINALE 

La prova orale può aumentare fino a 4 punti il voto dello scritto. Al voto totale si sommano i punteggi degli elaborati individuali.

 

E’ possibile presentarsi a tutti gli appelli disponibili. E’ necessario segnalare la propria presenza attraverso il sito AlmaEsami.

Strumenti a supporto della didattica

Microsoft Teams per le lezioni a distanza, il canale privato del corso per rivedere le lezioni.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Silvia Castellaro