Insegnamenti

 

70/LM-0042 - GEOFISICA APPLICATA

Anno Accademico ​2020/2021

Docente
GIAN PIERO ​DEIDDA (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre ​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale ​
Lingua Insegnamento
ITALIANO ​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[70/86] ​ ​INGEGNERIA PER L'AMBIENTE E IL TERRITORIO [86/00 - Ord. 2016] ​ ​PERCORSO COMUNE660
Obiettivi

In accordo con gli obiettivi formativi del Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio, il corso fornisce conoscenza e capacità di comprensione dei metodi geofisici da applicare nelle indagini inerenti all'ingegneria per lambiente e il territorio e focalizzate, principalmente, alla caratterizzazione fisica dei terreni, alla stabilità dei versanti, alla caratterizzazione e al monitoraggio di ambienti a rischio di contaminazione o contaminati, all'esplorazione di sistemi idrogeologici, agli studi forensi e alla ricerca delle risorse energetiche di tipo geotermico.
In particolare, lo studente acquisirà:
conoscenza dettagliata dei principi fisici che stanno alla base del funzionamento delle tecniche d'indagine geofisica;
conoscenza e capacità di comprensione degli elementi teorico-pratici riguardanti il funzionamento e l'utilizzo della strumentazione impiegata nelle indagini geofisiche e le tecniche di acquisizione, elaborazione e interpretazione dei dati geofisici
conoscenza e capacità di comprensione delle procedure di inversione dei dati sperimentali per la determinazione indiretta delle grandezze fisiche che caratterizzano il sottosuolo, nelle sue componenti solide e fluide.
Con riferimento a molteplici casi di studio, lo studente svilupperà la capacità di applicazione delle conoscenze acquisite cimentandosi, sia in modo guidato che autonomamente, nella progettazione e nell'esecuzione di indagini geofisiche, nell'elaborazione e nell'interpretazione dei dati geofisici, utilizzando software commerciali e semplici codici di calcolo autonomamente sviluppati.
A fine corso, lo studente dovrebbero essere in grado di scegliere autonomamente il metodo/i metodi geofisici più appropriati per la soluzione di problemi specifici, valutarne le potenzialità e le limitazioni. Partendo da un modello concettuale preliminare dovrebbe essere in grado di predisporre un piano di indagini geofisiche che, integrandosi con il piano delle indagini complessive, consenta l'elaborazione del modello concettuale definitivo.
Inoltre, lo studente sarà in grado di valutare criticamente i risultati di indagini eseguite da altri e avrà acquisito una terminologia specifica che gli consenta una comprensione della letteratura sull'argomento e una capacità comunicativa tale da permettere lo scambio di opinioni con persone esperte del settore e/o la discussione di problemi specifici.
Infine, lo studente acquisirà la capacità di integrare autonomamente le conoscenze con quelle relative ad altri insegnamenti del Corso di Laurea Magistrale e a fonti esterne per
il conseguimento di una preparazione ad ampio spettro nell'ambito delle indagini ingegneristiche dell'ambiente e del territorio;
il consolidamento degli strumenti necessari per l'eventuale prosecuzione degli studi in un corso di dottorato;
l'aggiornamento professionale continuo a livello individuale.

Prerequisiti

I risultati di apprendimento conseguiti attraverso la laurea in Ingegneria per l'Ambiente e il Territorio sono sufficienti per frequentare proficuamente il corso di Geofisica Applicata. Tuttavia, sarebbe opportuno aver già frequentato il corso di Calcolo numerico: metodi, modelli e algoritmi e il Laboratorio di Calcolo Numerico.

Contenuti

Il corso affronta sia gli aspetti teorici sia gli aspetti pratici dei metodi della Geofisica Applicata. Saranno approfonditi alcuni metodi sismici già trattati nel corso di Sismica Applicata (metodi sismici per onde superficiali e elaborazione di dati sismici a riflessione), e affrontati ex-novo i metodi geoelettrici, i metodi elettromagnetici (campi diffusivi e georadar), la Gravimetria e la Magnetometria. Al fine di dare credibilità alle varie teorie che tendono a spiegare fenomeni e processi complessi che riguardano il sottosuolo e i sistemi ambientali, saranno messi in luce soprattutto gli aspetti quantitativi e di misura delle grandezze fisiche che caratterizzano i materiali terrestri.

In particolare, gli argomenti contenuti nel corso sono i seguenti:
Introduzione ai metodi geofisici [2 ore di lezione]
Indagini geofisiche per l'Ingegneria per lAmbiente e il Territorio
Proprietà fisiche e metodi geofisici
Acquisizione, elaborazione ed interpretazione dei dati
Analisi di Fourier e Trattamento dei dati [5 ore di lezione + 2 di esercitazione]
Segnali ed elaborazione dei segnali
Serie e Trasformata di Fourier
La funzione di Dirac (impulso)
Trasformata di Fourier discreta
Teoria del campionamento
Problemi inversi in Geofisica Applicata [5 ore di lezione + 2 ore di esercitazione]
Problema inverso lineare
Inversa generalizzata
Metodi iterativi
Problema inverso non lineare
Linearizzazione e metodi non lineari
Metodi sismici [2 ore di lezione, 2 ore di esercitazione]
Metodo delle onde superficiali
Metodi elettrici [8 ore di lezione, 4 ore di esercitazione]
Principi di funzionamento
Proprietà elettriche delle rocce
Legge di Archie
Legge di Ohm nello spazio e nel semispazio
Resistività e resistività apparente
Acquisizione dei dati geoelettrici
Quadripoli elettrici
Sondaggi elettrici verticali (SEV), Pseudosezioni di resistività apparente
Tomografia elettrica
Misure in foro
Polarizzazione indotta nei domini del tempo e della frequenza
Metodo dei potenziali spontanei
Metodi elettromagnetici [8 ore di lezione, 4 ore di esercitazione]
Principi di funzionamento
Leggi di Maxwell
Metodi elettromagnetici in dominio di frequenza (FDEM)
Metodi elettromagnetici in dominio di tempo (TDEM)
Metodo magnetotellurico
Metodo Georadar
Metodo gravimetrico [8 ore di lezione, 4 ore di esercitazione]
Legge di gravitazione universale di Newton
Campo della gravità terrestre
Potenziale della gravità terrestre e superfici equipotenziali (geoide)
Acquisizione dei dati gravimetrici
Gravimetro: principio di funzionamento
Riduzione delle misure gravimetriche (deriva strumentale, effetto luni-solare, riduzione di Faye, riduzione di Bouguer, riduzione topografica, riduzione per la latitudine)
Anomalia di Bouguer, anomalie regionale e locale
Tecniche di separazione delle anomalie (filtraggio in frequenza, derivata seconda verticale
Metodo magnetometrico [2 ore di lezione]
Principi di funzionamento e aspetti teorici
Campo magnetico terrestre
Magnetismo delle rocce
Acquisizione dei dati
Magnetometro a protoni: principio di funzionamento
Elaborazione dati magnetici
Geotermia [2 ore di lezione]
Struttura interna della Terra
Flusso di calore terrestre
Misure di flusso di calore
Flusso di calore globale e energia geotermica

Metodi Didattici

Secondo quanto indicato dal Manifesto Generale degli Studi per l'A.A. 2020/2021 (pag. 12) dell’Università di Cagliari, la didattica sarà erogata contemporaneamente sia in presenza sia online, in modo che possa essere fruita nelle aule universitarie ma al contempo anche a distanza. All’inizio del semestre, lo studente dovrà optare, con scelta vincolante, per la didattica in presenza o a distanza. Qualora il numero degli studenti superi la capienza delle aule, determinata sulla base disposizioni governative in materia sanitaria ai fini del contrasto alla pandemia da Covid-19, l’accesso alle strutture didattiche sarà regolato attraverso un sistema di turnazione che sarà comunicato a tempo debito agli studenti interessati.

Ore di lezione: 42; Ore di esercitazione: 18.
La didattica sarà prevalentemente erogata sotto forma di lezioni frontali ed esercitazioni in aula anche se, per motivi logistici, potrebbe essere parzialmente in presenza e parzialmente online. Gli argomenti relativi alla pratica delle indagini geofisiche saranno trattati con riferimento a casi di studio reali, scientifici e professionali. Inoltre, sarà mostrata e utilizzata in laboratorio tutta la strumentazione (a disposizione) necessaria per l'esecuzione delle indagini geofisiche trattate nel corso.

Verifica dell'apprendimento

L'esame finale si articola in una prova scritta e in una prova orale.
La prova scritta, della durata di 2 ore, prevede la soluzione di due problemi, proposti per verificare la capacità di applicazione delle conoscenze acquisite sulla modellizzazione, elaborazione e interpretazione dei dati geofisici.
A ciascun problema viene assegnato un punteggio massimo in trentesimi, il cui valore tiene conto dell'impegno richiesto per la risoluzione, sia in termini di contenuti che di complessità di svolgimento. La somma dei punteggi massimi è pari a 30/30. Il voto minimo per il superamento di questa prova scritta è 18/30.
Per la valutazione si considerano i seguenti elementi: a) correttezza e completezza delle risposte; b) adeguatezza della procedura di risoluzione; c) correttezza dello svolgimento dei calcoli; d) chiarezza di esposizione; e) proprietà di linguaggio.
La prova orale consiste nell'accertamento del livello di conoscenza e comprensione degli argomenti affrontati durante il corso e prevede la descrizione di un metodo geofisico (principio di funzionamento, strumentazione, risultati ottenibili) e la discussione su come scegliere i metodi geofisici più appropriati per la soluzione di problemi specifici riguardanti le indagini ambientali, idrogeologiche e geotecniche e l'esplorazione dei sistemi energetici geotermici.
Il voto della prova orale, espresso in trentesimi, scaturisce dalla valutazione dei seguenti elementi: a) correttezza e completezza delle risposte, b) capacità di analisi del problema, c) proprietà di linguaggio, d) chiarezza di esposizione.
Il voto finale è in trentesimi ed è dato dalla media pesata dei punteggi ottenuti nella prova scritta (40%) e nella prova orale (60%).

Testi

1) Dispense fornite dal docente
2) Michael Dentith, Stephen T. Mudge. Geophysics for the mineral exploration geoscientists. Cambridge University Press, 2014, ISBN 978-0-521-80951-1
3) John M. Reynolds. An introduction to Applied and Environmental Geophysics. Introduzione alla geofisica applicata e ambientale. Wiley-BlackwellJ. ISBN 978-0-471-48535-3

Per approfondimenti
4) Sebastiano Foti, Carlo G. Lai, Glenn J. Rix, Claudio Strobbia. Surface Wave Methods for Near Surface Site Characterization. CRC Press (Taylor & Francis Group), 2015
5) Lezioni online in lingua inglese liberamente disponibili al link http://www.realtimeseismic.com/front-page/education/
che costituiscono una parziale riproduzione del libro "Surface Wave Methods for Near Surface Site Characterization".

Altre Informazioni

A supporto della didattica, all'inizio del corso saranno fornite tutte le diapositive utilizzate per le lezioni. Saranno inoltre proposti esercizi con le relative soluzioni.

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