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Gravimetria

La prospezione gravimetrica ha lo scopo di rilevare, in un’area delimitata, le anomalie del campo gravitazionale terrestre causate dalle variazioni di densità dei corpi prossimi alla superficie terrestre. A questo scopo è necessario rilevare il valore relativo del campo in corrispondenza di stazioni di misura disposte opportunamente sulla superficie terrestre e possibilmente in corrispondenza di una maglia regolare dimensionata opportunamente a seconda degli scopi dell’indagine. 
Le misure di gravità assoluta si ottengono tramite una installazione fissa con l'accurato calcolo del tempo di oscillazione di un pendolo o di un peso in caduta.
Le misure di gravità relativa possono venir realizzate in vari modi. Vengono utilizzati tre tipi di strumenti: la bilancia di torsione, il pendolo ed il gravimetro. Quest'ultimo è l'unico attualmente utilizzato mentre i primi due hanno puramente interesse storico.
Noi utilizziamo un gravimetro LaCoste-Ronberg che fu il primo modello ad utilizzare una molla a lunghezza zero ora adottata da tutti i gravimetri. La sensibilità degli strumenti utilizzati per l'esplorazione gravimetrica del sottosuolo è, generalmente, attorno a 0,01 mGal, come in questo caso. Uno dei requisiti richiesti per la funzionalità del gravimetro è la temperatura costante. Lo strumento possiede una temperatura di esercizio a cui va portato prima dell'inizio delle operazioni e a cui viene mantenuto per tutta la durata dell'acquisizione grazie ad una batteria posta all’interno dello strumento stesso. Il gravimetro D LaCoste - Romberg ha una temperatura di esercizio di 51 °C.
Nonostante la temperatura interna costante i gravimetri cambiano gradualmente nel tempo il loro valore di zero. Questa deriva è principalmente dovuta allo slittamento delle molle ed è tendenzialmente unidirezionale. Negli strumenti moderni la deriva è molto piccola. Il valore della gravità cambia anche nel tempo a causa dell'effetto prodotto dalle maree. L'effetto della deriva può essere corretto semplicemente ripetendo a diversi intervalli nel tempo la misura del valore di gravità su una stazione ben precisa definita come stazione madre o di riferimento. 
Non necessariamente la stazione madre deve essere unica ma possono esserci più stazioni di riferimento per diverse zone. Solitamente l'intervallo di tempo massimo per la ripetizione della misura sulla stazione madre è di 3 - 4 ore. 
Se lo strumento subisce colpi o vibrazioni durante il trasporto sarà cura dell'operatore ripetere la misura sulla stazione madre prima di procedere nell'acquisizione. Ogni giorno, all’inizio e alla fine delle misure è necessario ritornare sulla stazione madre.
Nel nostro caso, per disporre della miglior precisione di misura possibile, si  ritorna sempre  sulla stazione di riferimento ogni 30 minuti.
Le misure così ottenute richiedono delle correzioni relativamente semplici ma di importanza fondamentale, prevalentemente influenzate dalla quota effettiva del punto di stazione che deve essere nota con precisione vicina al centimetro (precisione 0.01 mGal).
Una correzione più complessa ma di importanza non fondamentale in prospezioni su aree ristrette e di grande dettaglio è quella topografica volta ad eliminare l’effetto gravitazionale dei rilievi e degli avvallamenti.
Il risultato dell’elaborazione appare come una mappa ad isolinee adatta all’interpretazione qualitativa e quantitativa.

indagini micro-gravimetriche
La principale applicazione del metodo microgravimetrico è rappresentata dalla localizzazione di cavità e di vuoti nel sottosuolo 

Posizionamento di precisione delle stazioni gravimetriche.

  • Le stazioni gravimetriche saranno quotate garantendo una precisione dell’ordine di 0.005 m. per la quota e 0.50 m in pianta; 
    Le stazioni saranno materializzate tramite vernice, picchetto in legno o altro.
    Le misure topografiche potranno essere contemporanee all’acquisizione gravimetrica qualora la pianificazione lo esiga.
    Il topografo impianterà le stazioni su indicazione del committente e tenendo conto delle esigenze del metodo gravimetrico (p.es. punti non troppo vicino a scarpate, a canali artificiali, manufatti…).
    Affinché l’operatore geofisico possa mantenere una produzione elevata, le posizioni delle stazioni gravimetriche saranno prestabilite e conosciute prima dell’inizio di ogni giornata d’acquisizione.
Documentazione necessaria per le correzioni topografiche
  • Le correzioni topografiche vicine richiedono un DEM ad alta precisione, griglia dell’ordine metrico che si estenda per 50 di metri oltre la zona investigata. Se la zona è collinare o circondata da rilievi significativi un DEM ca. 25*25 m è necessario fino a 200 m oltre la zona investigata. Qualora non esistessero DEM adeguati, verrà utilizzato il DEM locale realizzato mediante la campagna topografica (dimensioni della griglia 5*5 m).

Strumentazione a disposizione
  • Stazione totale TCRM 1205+ R1000 Leica System 
    Stazione totale robotizzata - Modello Leica TCA 2003
    Ricevitore GPS a doppia frequenza Leica System 1200.
Caratteristiche tecniche dell’acquisizione micro-gravimetrica

Il sito di indagine dovrà presentare caratteristiche tali da poter operare in modo efficace evitando la presenza di eccessivi rumori e vibrazioni per garantire un’adeguata qualità dei dati (la presenza di significative vibrazioni continue determina l’impossibilità di acquisire in stazioni ravvicinate). 
  • La presenza di traffico auto/moto nelle vicinanze può causare un significativo rallentamento delle operazioni di acquisizione.
    La valutazione dell’errore in fase di acquisizione prevede la ripetizione del 10% delle misure acquisite nel giorno precedente.
Step di acquisizione:
  • Calibrazione della strumentazione (livello, sensibilità, deriva). 
    Determinazione di una base comune per la campagna di acquisizione.
    Ritorno alla base ogni 2 ore per il controllo della deriva strumentale.
    Controllo di qualità giornaliero mediante ripetizione del 10% delle stazioni di misura. 
Strumentazione impiegata:
  • Microgravimetro “Scintrex CG5-Autograv”. 
CaratteristicaVal.UM
Risoluzione0.001mGal
Deriva0.02mGal/giorno
Ripetibilità0.005mGal
Lunghezza22cm
Larghezza21cm
Altezza30cm
Peso8kg
Scala8000mGal
Correzione automatica orizzontalità±200.arcsec
Correzione degli effetti di marea±0.003mGal
Frequenza di misura6Hz
Caratteristiche tecniche del gravimetro Scintrex CG5-Autograv

Osservazioni metodologiche
Capisaldi
  • Verrà individuata la stazione base per il calcolo della deriva in una collocazione facilmente raggiungibile al centro dell’area e distante da rumori e vibrazioni.
    La misura ai capisaldi per la correzione della deriva strumentale sarà eseguita almeno ogni 2 ore.
Controllo della qualità delle misure
  • Ogni giorno successivo si ripete il rilievo su almeno 2 delle stazioni misurate il giorno precedente (in ogni caso si progetta la ripetizione del 10% delle misure).
Stazioni regionali
Compatibilmente con le caratteristiche logistiche del sito e con i tempi di lavoro a disposizione, se possibile si prevedono misure gravimetriche eseguite anche su una fascia esterna all’area di lavoro per garantire una adeguata elaborazione successiva.
Elaborati
  • Elaborazione dati, sviluppo di mappe delle anomalie di Bouguer in sovrapposizione all’area in studio. 
    Nella relazione la parte metodologica sarà riportata in dettaglio.
    Nella fase di post-processing delle misure gravimetriche si privilegerà un modello di elaborazione che tenga conto di eventuali target noti. 

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