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ILGEOLOGOPERIODICO UFFICIALE

NUMERO111

ORDINE DEI GEOLOGIDELLA TOSCANA

SOMMARIO

EDITORIALE

Il Punto 5Riccardo Martelli

DALLA REDAZIONE 7

Nota a cura del coordinatore di redazioneAlessandro Danesi

SCIENZA E RICERCA 8

Termogeologia: la nuova frontiera della geotermiaProf. Marcello Viti

MICROFOTOGRAFIA 20

Nummuliti, i fossili guida dell’Eocene PhD Alessandro Da Mommio

SCIENZA E RICERCA 22

Mappatura di faglie capaci mediante integrazione di metodigeofisici ad alta risoluzione Lorenzo Lutri

NORMATIVA E PROFESSIONE 31

Il Codice dei Contratti Pubblici al tempo del Coronavirusa cura di Simone Frosini

ANNO XXXI • APRILE 2020 •N. 111ORDINE DEI GEOLOGI

DELLA TOSCANA

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Per proporre alla redazione articoli, contenuti testuali e fotograficisi prega di inoltrare una mail a: [email protected]

Cave Apuane(Foto di F. Ceccarelli)

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Ordinedei

GeologidellaToscana

Carissime colleghe e carissimi colleghi,abituati come siamo a studiare, osservaree descrivere fenomeni naturali di enormepotenza e portata, siamo rimasti senzaparole e senza difese nel toccare conmano gli effetti di una pandemia, di unevento nuovo che ha stravolto le nostrevite moderne.L’impatto iniziale è stato più forte sullenostre vite prima ancora che sul nostrolavoro, tanto da costringerci a mettere alsicuro la nostra salute e quella dei nostri carie successivamente ricalibrare tempi e modi con cuiportare avanti la giornata lavorativa. E non è statofacile per nessuno, anche per il susseguirsi di decretigovernativi e disposizioni regionali, che hannoingenerato grande smarrimento fra gli iscritti, molti deiquali si sono rivolti all’Ordine per avere chiarimenti ointerpretazioni specifiche. L’Ordine dei Geologi della Toscana ha sempre garantitola piena operatività della Segreteria, attivando già dal13 Marzo il regime di lavoro agile, come pure quella delConsiglio, che si è riunito ufficialmente per la primavolta in videoconferenza il 1 Aprile deliberando duenuove iscrizioni, piccolo, necessario, segno dicontinuità. Continuo è stato anche il contatto fra gliiscritti e tutti i Consiglieri dell’Ordine. Sul piano della proposta, proprio per la trasversalità

del problema che stiamo vivendo, abbiamo scelto dispendere gran parte del nostro impegno e contributo diidee all’interno Rete Toscana delle Professioni Tecnichee della Commissione dei Soggetti Professionali. E’ inquesto quadro che si inserisce il lavoro del Consigliodell’Ordine dei Geologi della Toscana per l’elaborazionedi due documenti unitari, rivolti alla Regione Toscana. Ilprimo è stato preparato nelle fasi di emergenza perrichiedere una relativa normalità nella prosecuzionedelle attività progettuali in corso, dato che con i primidecreti del Governo molti uffici risultavanodifficilmente contattabili. Il secondo documento èstato preparato per indicare alla Regione degli spuntiper il rilancio delle attività di interesse del mondo delle

Il Punto

RICCARDO MARTELLIPRESIDENTE DELL’ORDINEDEI GEOLOGI DELLA TOSCANA

E D I T O R I A L E

I L G E O L O G OANNO XXXI n° 111

I L G E O L O G O ANNO XXXI n° 111

professioni tecniche, che se non adeguatamenteprogettato e supportato, sarà pieno di difficoltà, masoprattutto lento.Nello specifico, abbiamo chiesto di ampliare lacopertura finanziaria del Documento Operativo dellaDifesa del Suolo e di implementare i meccanismi difinanziamento per la messa in sicurezza delleinfrastrutture, per la messa in sicurezza degli edificipubblici e per la rigenerazione urbana; abbiamorichiesto semplificazioni per il conferimento diincarichi di import inferiore a 40.000€ e di garantire unapiena ed efficiente rotazione degli affidamenti;abbiamo richiesto infine di mantenere ed ampliare imeccanismi di sostegno per chi si affaccia al mondodel lavoro e per la formazione continua di chi già èattivo. Su questo azione va ricordato la richiesta,ottenuta, dell’ampliamento dei finanziamenti GiovaniSie StartUp della Regione Toscana anche agli studiprofessionali.Ora che la riduzione dei gradi di libertà si sta via viaallentando, purtroppo abbiamo davanti a noi unorizzonte ancora poco nitido: il contributo dato dalGoverno ai professionisti va a ristorare i colleghi più indifficoltà, ma avrà vita breve, ed allora lo Stato dovràattuare quelle misure che avranno l’obbiettivo dimitigare in modo serio gli effetti della pesante crisieconomica che inevitabilmente arriverà. Se di ripresa economica si vuole discutere, allorapensiamo che sia necessario partire da regole nuove,perché con questo assetto normativo e di distribuzionedelle risorse economiche andranno rapidamente ascomparire il mondo della libera professione ed ilmondo dell’impresa ad esso collegato. Crediamo chenon sia più differibile la discussione sulla tutela del

valore del nostro lavoro e lo diciamo col massimorispetto per chi il lavoro lo perderà del tutto neiprossimi mesi e per quelli che in questi mesi hannoprodotto il massimo sforzo per sostenere la sanità, lapubblica amministrazione e le attività privateconsentite. Esiste un comparto, il nostro, che non habisogno solo del sussidio temporaneo, ha bisogno divedere riconosciuto il giusto valore allo sforzo chemette in campo ogni giorno e che rischia di scomparirese vengono scritte norme sull’equo compenso. Neiprossimi mesi con ogni probabilità anche la RegioneToscana si doterà di una norma per la tutela deicompensi professionali, grazie anche al lavoro delnostro Ordine, sempre presente al tavolo della ReteToscana delle Professioni Tecniche ed al tavolo dellaCommissione dei Soggetti Professionali. E’ un passoimportante perché lega il pagamento dei corrispettividei professionisti alla rilascio del titolo edilizio, ma loritengo un primo passo.Il passo fondamentale sarò fatto quando si avrà unaforma di tutela del valore del compenso, come adesempio l’estensione del DM parametri anche alsettore privato. Questa è il tema che abbiamo avanzato,fra gli altri, nel corso della Conferenza dei Presidentidegli Ordini Regionali, quando abbiamo chiesto dielaborare un documento di proposte unitario,auspicabilmente condiviso con il CNG, da rivolgere achi può darci risposte sul nostro futuro.Saremo in grado di superare anche questa crisi, perchéfaremo quello che gli esseri viventi fanno da qualchecentinaia di milioni di anni a questa parte, ciadatteremo. Con fatica, ma ci adatteremo, ed in questopercorso che ci attende impegniamoci a scrivere regolenuove, condivise e migliori.

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Care colleghe, Cari colleghi, Con soddisfazione questa redazione propone la nuovauscita della nostra rivista che rimane, nonostantequesti tempi di particolare difficoltà per quantoriguarda i rapporti interpersonali, un punto diincontro per tutti i colleghi Toscani.In questo numero iniziamo a presentare i riassuntidelle interessanti Tesi di Laurea vincitrici del premioDavid Giuntini 2019 che gratifica il lavoro di moltilaureati nelle scienze geologiche e crea un incentivoal duro lavoro degli studenti per intraprendere lacarriera sia accademica che professionale nel mondodella Geologia.

Si conclude in questa uscita il percorso fatto nelmondo della Geotermia che, grazie al Prof. Viti, è statoaffrontato in tutte le sue sfaccettature e si ponecome punto di partenza per tutti coloro cheintendono approcciarsi ed approfondire un tema che,sempre più, è al centro dell’attenzione dell’opinionepubblica ma che ancora rimane fortementedisconosciuto ai non addetti ai lavori.

Sul piano della comunicazione di cui questa rivista èil punto nodale e baricentrico, vorrei porre l’accentosulla enorme rivoluzione che è in atto dal punto divista del modo di presentarsi nel mondo dei media.Basti pensare alle riunioni in videoconferenza, dellaformazione a distanza e alle difficoltà dispostamento che devono necessariamente aprire una

riflessione seria sul modo di fare comunicazione e dicoinvolgere tutti i portatori di interesse nel circuitomediatico, a tutti i livelli.

Sicuramente nel medio periodo dovremo iniziare unafase consultiva seria, tutti insieme, sulle potenzialitàdei nuovi media e sulla opportunità delle vie dicomunicazioni tradizionali per cercare di rimanereappieno in questo nuovo modello di comunicazioneche sia istituzionale, chiara ma soprattutto vicina aiGeologi.

Nonostante le grandi e utili novità che il mondovirtuale ci propone, riteniamo ancora attuale, efortemente simbolico, il ricorso alla carta stampatache rimane, e mi auguro possa rimanere ancora alungo, icona della comunicazione e rappresentazionemateriale della parola scritta.

La redazione della rivista “Il Geologo” rimane inascolto delle proposte e delle esigenze degli iscritticercando di modulare e accordare le esigenzeeditoriali con quelle dei colleghi.

Aspettiamo le vostre segnalazioni, suggerimenti econtenuti.

Vi auguro buona lettura.

Ordinedei

GeologidellaToscana

ALESSANDRO DANESICOORDINATORE DI REDAZIONE

NOTA A CURA DELCOORDINATORE DI REDAZIONE

I L G E O L O G ODALLA REDAZIONE

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PROF. MARCELLO VITI DIPARTIMENTO DI SCIENZE FISICHE, DELLA TERRA E

DELL'AMBIENTE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SIENA

Termogeologia: la nuovafrontiera della geotermia

Cos’è la Termogeologia

Il termine “Thermogeology” è statoconiato dall’idrogeologo David Banksper mettere in luce l’analogia tra ilflusso nell’acquifero ed il trasportodell’energia termica dal sottosuoloalla superficie (Banks, 2008). Nelprimo caso, l’acqua si sposta nelladirezione del gradiente piezometricoin relazione alla conducibilitàidraulica delle rocce. Tuttavia, l’uomointerviene con pozzi e pompeidrauliche per estrarre l’acquasotterranea, anche laddove essa nonpotrebbe raggiungere la superficie.Inoltre, vari tipi di reflui agricoli, civilied industriali si possono iniettare inprofondità per evitare danni allecomunità umane ed ai sistemiecologici. Anche l’energiaimmagazzinata nel sottosuolo puòessere trasferita alla superficie,usando opportune macchine termichedette pompe di calore. Il trasferimentopuò avvenire anche nella direzioneopposta in base alle esigenzedell’utente.Il nome Termogeologia è piùappropriato di altri sinonimi, comeGeotermia per la climatizzazione

(Tinti, 2008) e Geotermia a bassaentalpia (Casasso e Sethi, 2013).Quest’ultima definizione può esserefuorviante, in quanto non distingue leapplicazioni geotermiche classiche daquelle termogeologiche. Com’è noto,l’industria geotermica si è affermata ascala mondiale dalla seconda metàdel secolo scorso, con l’obiettivoprincipale di produrre energia elettricaa spese dell’entalpia trasportata dalfluido geotermico. Quando ilcontenuto energetico è insufficiente, ilgeofluido estratto può comunqueessere usato per il riscaldamentodegli edifici, di serre agricole e florealie di vasche per l’allevamento delpesce. Il termine bassa entalpiaandrebbe dunque riservato a taliapplicazioni.La distinzione tra geotermia etermogeologia sta invece nel fatto chenel primo caso si ricerca, si estrae e sisfrutta un geofluido, mentre nelsecondo caso l’obiettivo è iltrasferimento di calore da o verso ilsottosuolo. La geotermia è in primoluogo interessata all’identificazionedelle cosiddette anomaliegeotermiche, caratterizzate da elevativalori del flusso termico superficiale.

Tali anomalie corrispondono ad unrapido aumento della temperatura conla profondità, causato per esempio dacamere magmatiche o plutoni inraffreddamento. Se la struttura dellacrosta consente l’esistenza, sopra lafonte di calore, di serbatoi saturi diacqua liquida o vapore, l’anomalia puòessere raggiunta dalle perforazioni perestrarre il geofluido. In definitiva, lageotermia è contraddistinta dalprelievo di grandi portate di geofluido,mediante pozzi profondi (>1 km) chepescano in serbatoi con temperatureanche maggiori di 300 °C (si veda Viti,2019 per la descrizione dei sistemigeotermici toscani). Tutt’altre caratteristiche presenta laTermogeologia. Infatti, essa nonrichiede (ed anzi evita) le anomaliegeotermiche della crosta. Laprofondità delle perforazioni va dapochi metri (sistemi orizzontali) a 100-300 metri al più (sistemi verticali).Inoltre, l’eventuale prelievo avvienedalla falda idrica superficiale, noncerto da un serbatoio geotermicoprofondo. D’altra parte, le applicazionipiù promettenti non prevedono alcunprelievo d’acqua sotterranea.I vantaggi di una tale impostazione

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sono evidenti. Anzitutto, gli impiantitermogeologici possono essereinstallati, con opportuni accorgimenti,in ogni località del pianeta e sotto ognicondizione climatica. Il fatto di nonprelevare geofluidi profondi consenteevita i problemi legati allosmaltimento dei liquidi esausti e deigas non condensabili, tra cui l’anidridecarbonica (si veda Viti, 2020 perl’analisi dell’impatto ambientale degliimpianti geotermici toscani). Inoltre, lacostruzione dell’impiantotermogeologico può essere affrontataanche da piccole aziende eprofessionisti, tra i quali spicca ilGeologo. Al momento, il costo d’installazione ditali impianti è superiore a quello dellesoluzioni tradizionali (come le caldaiea gas naturale ed i condizionatorielettrici). Tuttavia è ampiamentedimostrato che il considerevolerisparmio sui consumi elettricipermette l’ammortamento del costoiniziale dopo i primi anni di esercizio.Successivamente, la climatizzazionetermogeologica dell’edificio costameno delle tecniche tradizionali,anche per le minori spese dimanutenzione.

La temperatura, il calore ele proprietà termiche delleroccePer comprendere i fondamenti e leapplicazioni della Termogeologia èopportuno richiamare alcune nozionidi termodinamica. Un sistema è unaporzione di materia distinta dalleporzioni adiacenti. L’energia interna(U) di un sistema è la somma delleenergie possedute dalle particelle chelo compongono (atomi o molecole):energia cinetica, rotazionale,vibrazionale, dei legami chimici e delleinterazioni nucleari. Il sistema puòinoltre interagire con ciò che locirconda, compiendo o ricevendolavoro (L) meccanico, elettrico,chimico o altro. Supponiamo che dell’energia sottoforma di calore (Q) fluisca dall’esternoverso il sistema. In generale, il sistemarisponde sia variando la propriaenergia interna, sia compiendo lavoroverso l’esterno: Q = ΔU + L (in joule, J okilojoule, kJ). L’incremento dell’energiainterna �U si riflette nell’aumento diuna grandezza facilmente misurabile,la temperatura assoluta T (espressa inkelvin, K); è opportuno precisare che T= t (°C) + 273,15. Ricordiamo che il

calore fluisce in modo spontaneo nelladirezione in cui la temperaturadiminuisce. Il calore fornito è collegato conl’aumento della temperatura delsistema dalla semplice ma importanterelazione:

(1)

dove m è la massa del sistema (kg) ecsp il suo calore specifico (J/kg K).Pertanto l’aumento di temperatura èinversamente proporzionale al calorespecifico. Più grande è il calorespecifico di una sostanza, minore saràl’aumento o la diminuzione ditemperatura quando essa riceveoppure perde calore. Grazie alle sueproprietà molecolari, l’acqua liquidaha un elevato calore specifico (csp =4186 J/kg K). Solidi come il ghiaccio, ilvetro e il piombo presentano valori piùpiccoli, rispettivamente 2100, 500 e 130J/kg K. Il calore specifico dei sedimentie delle rocce varia nell’intervallo 700-1100 J/kg K. L’acqua è dunque unottimo accumulatore termico, capacedi scambiare molto calore con pocavariazione della temperatura. Delresto, è ben noto il ruolo dei grandicorpi d’acqua (laghi e mari) nelmitigare il clima delle aree costiere. Una sorgente termica ideale è unsistema che può emettere o ricevereuna quantità indefinita di calore senzavariare la sua temperatura. La formula(1) implica che una sorgente reale siavvicina al caso ideale solo se la suamassa è molto grande. Per esempio, ilsottosuolo può essere consideratouna sorgente termica (seppur nonideale) nei riguardi dell’impiantotermogeologico. In altre parole, ilsottosuolo si comporta come unariserva quasi inesauribile di energiatermica, anche se la sua temperaturaè relativamente bassa (10-20 °C nelleapplicazioni considerate). Il problemacentrale della termogeologia è quindilo spostamento di abbondante calorea bassa temperatura verso l’edificio dariscaldare. Durante la stagione estivaoccorrerà invece trasferire il calore ineccesso dall’edificio al sottosuolo. Consideriamo dunque le modalità ditrasmissione del calore. Anzitutto, uncorpo irradia onde elettromagnetichedi lunghezza d’onda sempre piùpiccola man mano che aumenta la suatemperatura assoluta. Tuttavia, lapotenza emessa dipende dalla quartapotenza della temperatura ed è

trascurabile per t<100 °C. Moltoimportante invece è il processo diconvezione, per cui un fluido (liquido,vapore o gas) trasporta energiatermica quando si muove sottol’azione di forze esterne. Laconvezione è detta naturale se il fluidosi sposta a causa delle variazioni didensità che si generano tra superficiposte a differente temperatura. Laconvezione è invece forzata se il fluidoè sottoposto ad un gradiente dipressione, per esempio entro uncircuito idraulico azionato da unapompa. Nell’ambito termogeologico, ilcontributo della convezione èrilevante quando il calore ètrasportato dall’acqua sotterranea,che può essere pompata in superficieoppure può lambire il pozzo termico,se questo intercetta una falda idrica.Come vedremo, anche negli impiantisenza prelievo di acqua di falda ilcalore è trasportato in superficiegrazie alla convezione forzata di unapposito fluido di lavoro, dettotermovettore.Il meccanismo di conduzione riguardasia i solidi che i fluidi, purchè immobili.Per esempio, un pozzo termicoverticale riceve calore medianteconduzione termica dalle roccecircostanti. In generale, la conduzioneè un processo transitorio, per cui ognipunto del corpo attraversato dalcalore cambia nel tempo la propriatemperatura. Tuttavia, in certecondizioni sussistono condizionistazionarie, per le quali latemperatura varia nel conduttore manon dipende dal tempo. A talproposito, consideriamo un prisma dilunghezza L e sezione trasversale A, incui il calore è trasmesso dalla faccia atemperatura maggiore verso quella atemperatura minore (sia ΔT ladifferenza tra le due temperature). Seil processo è stazionario, il calore Qtrasmesso da una faccia all’altranell’intervallo di tempo Δτ è lapotenza termica P (in watt, 1W = 1J/s):

(2)

Pertanto la potenza trasmessadipende dalla forma del prisma,aumentando se le facce sono piùgrandi e la loro distanza diminuisce.Anche la differenza di temperatura trale facce influenza la potenza termica;il rapporto ΔT/L è detto gradientetermico. Tuttavia, la potenza dipendeanche dal tipo di materiale in base alla

I L G E O L O G OSCIENZA E RICERCA

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sua conducibilità (o conduttività) k,espressa in W/mK. La conoscenza ditale proprietà termica, e di come essavaria con la profondità, è uno degliobiettivi fondamentali dell’indaginegeologica che precede la costruzionedell’impianto termogeologico.Per fissare le idee, la Tabella 1 riportale proprietà termofisiche principali diterre e rocce. Compare anche ladensità ρ (in kg/m3), che entra nelladefinizione della diffusività termica D (inm2/s):

(3)

Tale parametro descrive la rapiditàcon cui il flusso termico si propaganella roccia ed entra in gioco quandola conduzione termica avviene inregime transitorio, ossia nonstazionario. Il trasferimento di caloredal sottosuolo all’impianto sussisteper lunghi intervalli di tempi (peresempio la stagione termicainvernale), nei quali una prima fasetransitoria è seguita dal regimestazionario. La trattazione fisico-matematica della conduzione nonstazionaria è alquanto complessa, per

cui spesso si adottano soluzionianalitiche semplificate. Nei casi piùdifficili si ricorre a potenti strumenti dicalcolo numerico, come la proceduradegli Elementi Finiti, avvalendosi dellemoderne tecnologie informatiche (siveda Banks, 2008).La Tabella 1 indica che il calorespecifico e la conducibilità disedimenti e rocce porose aumentanocon il contenuto d’acqua. Nelle roccesecche i pori sono riempiti dall’aria,che accumula meno calore dell’acqua(per unità di massa) ed è inoltre unisolante termico. Si nota anche che lapresenza di certi minerali come ilquarzo aumenta la conducibilità dellaroccia. Tale proprietà può esseresfruttata nella realizzazione del pozzodi prelievo del calore. Infine, il ghiaccioconduce il calore molto megliodell’acqua liquida. In alcune tipologiedi impianto, il raffreddamentoprogressivo del terreno può portarealla formazione di ghiaccio intorno alletubazioni di scambio termico. Taleeffetto è favorevole per l’efficienzadell’impianto stesso, sebbene ilcongelamento del terreno possa darluogo a problemi di tipo geotecnico,soprattutto se il fenomeno avviene

presso le fondazioni degli edifici, iparcheggi o le strade.

Il cuore del problema: lapompa di calore

Una macchina termica è un dispositivotermodinamico che produce lavoromeccanico consumando calore. Comeindicato nella Figura 1(a), la sorgentetermica calda (a temperatura T1) cedeil calore Q1 all’apparato che produce illavoro L. Una frazione del calore(Q2<Q1) è ceduto alla sorgente freddaa temperatura T2<T1. Laconservazione dell’energia impone cheil lavoro prodotto sia minore del calorein entrata: L=Q1-Q2. Negli impiantigeotermoelettrici il vapore cede la suaentalpia alla turbina, la cui rotazioneproduce corrente elettrica alternatamediante un generatoreelettromagnetico. Il vapore checondensa uscendo dalla turbinarappresenta dunque la sorgentefredda della macchina (geo)termica.L’efficienza di un tale dispositivo èmisurata dal rendimento:

(4)


Terre e rocce Densità (kg/m3) Calore specifico (J/kg K) Conducibilità termica (W/m K)

Argille e limi asciutti 1440 840 0,2 - 1,0Argille e limi umidi 2100 1050 1,2 - 2,3Marne umide senza quarzo 2080 - 2640 879 1,0 - 1,6Marne umide con quarzo 2080 - 2640 879 1,7 - 3,1Ghiaie e sabbie secche 1890 800 0,3 - 0,9Ghiiaie e sabbie umide 2010 840 1,3 - 1,8Ghiaie e sabbie sature 2100 960 1,8 - 2,4Calcari 1600 - 2700 920 2,4 - 3,4Arenarie 1900 - 2500 1005 1,5 - 4,2Dolomiti 2700 - 2850 879 3,2 - 5,0Gneiss 2600 - 2850 920 2,1 - 4,2Marmi 2670 - 2750 920 2,5 - 3,0Graniti 2650 879 2,4 - 3,8Granodioriti 2700 879 2,9 - 3,5Dioriti 2800 920 2,8 - 3,6Basalti 2950 796 1,3 - 2,9Gabbri 2950 753 1,9 - 4,0Aria a 25 °C 1,2 717 - 1003 0,025Ghiaccio a 0 °C 900 2100 2,1Acqua a 25 °C 1000 4177 0,6

Tabella 1Proprietà termiche delle terre, delle rocce, dell’aria e dell’acqua. I dati per i sedimenti e le rocce sono presi da Baiettoet alii (2010).

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da cui η<1 (o η<100%). In realtà, ladissipazione dell’energia el’irreversibilità dei processi fanno siche il rendimento di una macchinatermica reale sia sempre inferiore alrendimento della macchina termicaideale (o di Carnot) che lavori tra lestesse temperature della macchinareale:

(5)

Ciò indica che l’efficienza dellamacchina aumenta con il divario ditemperatura tra le sorgenti calda efredda. Nel campo della produzione dienergia elettrica, i sistemi piùefficienti sono le turbine a gasnaturale, in quanto la combustionegenera gas ad altissima temperatura(sino ad oltre 1300 °C, con η>50%). Bendiversa è la situazione delle centraligeotermoelettriche, caratterizzate daη<10%, essendo alimentate dalgeofluido a soli 100-300 °C (DiPippo,2015). Il funzionamento della pompa dicalore è opposto a quello dellamacchina termica (Figura 1b). In talcaso, si preleva il calore Q2 dallasorgente fredda e lo si sposta allasorgente calda, spendendo energiasotto forma di lavoro meccanico L.Pertanto la sorgente calda riceve lasomma Q1 = Q2 + L. È chiara l’analogiacon la pompa idraulica, la qualeconsumando energia elettrica spostal’acqua verso alto, aumentandonel’energia potenziale. In ambitotermogeologico, la sorgente fredda è ilsottosuolo che cede calore, mentre lasorgente calda è l’edificio che vieneriscaldato. Poichè lo scopo di unapompa di calore è trasferire calore aspese del lavoro, è convenientevalutarne l’efficienza con il cosiddettocoefficiente di prestazione o COP:

(6)

La definizione (6) implica che COP > 1(da non confondere con η< 1). Inoltre ilCOP aumenta quanto più il calore Q2prelevato dal sottosuolo prevale sullavoro L speso dall’apparato. Il COP diuna pompa di calore dipende sia dallecaratteristiche costruttive (i modellipiù recenti sono di solito i piùefficienti) che dalle caratteristiche diesercizio. In particolare, il COPdiminuisce con l’aumento dellatemperatura richiesta dall’utenza

(l’acqua nel’impianto di riscaldamentoo l’acqua calda sanitaria) e con ladiminuzione della temperatura delsottosuolo da cui si preleva il calore. Inaltre parole è più facile trasportarecalore dal sottosuolo che si trova a 10

°C verso l’interno di un edificio a 30 °C,piuttosto che passare da 5 °C a 50 °C.La Figura 2 illustra in modo chiaro ladipendenza del COP dalle suddettecondizioni termiche. Occorre notareche il rendimento della pompa deve


Figura 2Dipendenza del coefficiente di prestazione della pompa di calore (COP)dalla temperatura della sorgente fredda (riportata in ascissa) e dallatemperatura della sorgente calda (indicata sopra le curve colorate). Comediscusso nel testo, una minore differenza tra le due temperature (ΔT)migliora la prestazione dell’impianto. Per esempio, l’efficienza sarebbemediocre (COP ≈ 2,5) se le due temperature fossero rispettivamente 2,5 °C e65 °C (ΔT = 62,5°C). Invece, se le due sorgenti fossero a 13° C e 35 °C (ΔT = 22 °C)il COP salirebbe a 5. Schema tratto da Doninelli e Doninelli (2007).

Figura 1Schemi concettuali della macchina termica e della pompa di calore. Leellissi rossa e blu indicano rispettivamente la sorgente calda e la sorgentefredda (temperatura assoluta T1 > T2). (a) Nel caso della macchina termica,Q1 è il calore erogato dalla sorgente calda, Q2 è il calore ceduto allasorgente fredda ed L = Q1 - Q2 è il lavoro fornito dal ciclo termodinamicoche avviene nella macchina. (b) Per la pompa di calore, Q2 è il caloreprelevato dalla sorgente fredda, Q1 è il calore trasferito alla sorgente caldaed L = Q1 - Q2 è il lavoro speso per operare il ciclo termodinamico cheavviene nella pompa.

a b

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essere valutato nell’arco di un’interastagione termica, spesso definita conintervalli di attività di 1800 o 2400 ore.Una pompa di calore efficientedovrebbe presentare un COP mediosuperiore a 3. In tal caso, la formula (6)indica che il lavoro consumato dalsistema sarà meno del 33% del caloretrasferito all’utenza. Ricordiamoinoltre il processo avviene senzacombustione, in quanto è l’energiaelettrica che provvede al lavoromeccanico richiesto.Descriviamo com’è fatta una pompa dicalore. Essa realizza un ciclotermodinamico attraversocambiamenti di fase, di pressione e ditemperatura di un opportuno fluido dilavoro (detto refrigerante) chepercorre un circuito idraulico chiuso(detto intermedio). Possiamodistinguere quattro componentiprimari: l’evaporatore, il compressore,il condensatore e la valvola diespansione (Figura 3). L’evaporatore èuno scambiatore di calore, grazie alquale il fluido freddo, che circola nelcircuito idraulico esterno, cede lapropria energia termica alrefrigerante. Quest’ultimo primaaumenta la propria temperatura, poisubisce l’ebollizione, ovvero da liquidosi trasforma in vapore. Tale processo,che avviene a temperatura e pressionecostante, asporta energia con grandeefficienza dal circuito esterno. Èevidente che il refrigerante deveessere una sostanza (o una miscela disostanze) alquanto volatile. Irefrigeranti più comuni, ammessi dallenormative ambientali, sonodenominati R717 (ammoniaca), R1270(propilene), R744 (anidride carbonica)e R407C (difluorometano +pentafluoroetano).Il vapore del refrigerante entra poi nelcompressore, che ne innalza in mododrastico la temperatura e la pressione.Il funzionamento del compressoredetermina il consumo complessivod’energia elettrica della pompa dicalore. Nel secondo scambiatore dicalore (detto condensatore) il vaporerefrigerante, caldo e compresso, passadi nuovo allo stato liquido cedendo ilcalore latente al circuito idraulicointerno, che alimenta l’impianto diriscaldamento dell’edificio oppureproduce l’acqua calda sanitaria. Infine,il refrigerante liquido, ma ancorapressurizzato, attraversa la valvola diespansione subendo una drasticariduzione della temperatura e dellapressione (Figura 3). Il ciclo

termodinamico è concluso e puòripetersi indefinitamente, a meno di(rari) guasti che provochino lafuoriuscita del refrigerante. Conopportuni accorgimenti tecnici il ciclopuò essere invertibile, ovverofunzionare al contrario per spostarecalore dall’edificio verso il sottosuolo(raffescamento estivo, Doninelli eDoninelli, 2010). Infine, occorre ricordare le pompe dicalore ad assorbimento, che sfruttanola differente volatilità dei duecomponenti di una miscela riscaldatada una caldaia a gas. In tal caso il ciclotermodinamico non richiede ilcompressore e quindi consuma solo lapoca energia elettrica richiesta dallepompe idrauliche di circolazione. In

questi apparati il fluido intermedio èuna miscela di acqua ed ammoniaca,oppure una soluzione acquosa dibromuro di litio. Ulteriori dettagli sutali impianti sono riportati da Froldi(2013).

Come estrarre il calore delsottosuolo

La sorgente fredda che alimenta lapompa di calore può corrispondere adifferenti sorgenti termiche (Figura 3).Per esempio, il calore può essereprelevato dall’aria che circondal’edificio. Tale soluzione, relativamentesemplice dal punto di vista tecnico,soffre della notevole variabilità dellatemperatura atmosferica. Ciò riduce in


Figura 3Schema generale dell’impianto termico a pompa di calore. A sinistra èindicato il circuito idraulico esterno, che preleva il calore dalla sorgentefredda (aria, acqua sotterranea o terreno). Esso è percorso da un fluidotermovettore, (una soluzione di acqua e sostanza antigelo), che pressol’evaporatore riscalda e vaporizza il fluido refrigerante che circola nelcircuito intermedio. Tale vapore viene compresso e poi inviato alcondensatore, ove il calore è trasferito al circuito interno, percorsodall’acqua dell’impianto di riscaldamento domestico. Il refrigerante, dinuovo allo stato liquido, passa dalla valvola di espansione per poi tornareall’evaporatore e ricominciare un nuovo ciclo. Lo schema riporta anche lecondizioni di esercizio (pressione e temperatura) tipiche per ognicomponente della pompa di calore. Come riferimento, la pressioneatmosferica media è circa 1 bar. L’energia elettrica necessaria per ilfunzionamento dell’apparato è in gran parte consumata dal compressore,mentre solo una piccola quota è necessaria per le pompe di circolazionedei circuiti esterno ed interno.

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modo significativo la prestazionedell’impianto, soprattutto a lungotermine. Pertanto sono preferibili idispositivi che si affidano al calorecontenuto nel sottosuolo, dotato diuna notevole stabilità termica. Èpossibile realizzare vari tipi diimpianto in relazione allecaratteristiche del sito ed all’esigenzedell’utenza (Banks, 2008; Tinti, 2008;Doninelli e Doninelli, 2010; Froldi,2013; Sarbu e Sebarchievici, 2014). Letipologie più diffuse prevedono ilprelievo di calore dall’acqua di faldaoppure dalle rocce che circondano ilpozzo termico (Figura 3). In questa nota ci occuperemo dellatermogeologia a sonde verticali. Talidispositivi prevedono che la sorgentefredda corrisponda allo spessore disottosuolo attraversato da un pozzoverticale. Il calore è trasferito dalterreno all’evaporatore mediante unfluido termovettore che percorre ilcircuito idraulico esterno (Figura 3).Pertanto, gli impianti di questo tipoescludono il prelievo e la re-iniezionedi fluidi dal sottosuolo. Ciò riduce inmodo drastico l’impatto ambientaledell’impianto termogeologico, sia insuperficie che in profondità. L’unicointervento che potremmo definireinvasivo riguarda la perforazione deipozzi che ospiteranno le sondetermiche del circuito esterno.Negli impianti a sonde verticali ilcircuito esterno è costituito da una opiù tubazioni che convogliano il fluidotermovettore all’evaporatore dellapompa di calore. Tale fluido non è altroche acqua con eventuale aggiunta diuna sostanza antigelo, perfronteggiare le basse temperature delsottosuolo in climi freddi e/o conscarso flusso termico proveniente dalbasso. Tale situazione è frequentenell’Europa settentrionale esoprattutto nelle aree con terrenoperennemente gelato (permafrost delCanadà e della Siberia). Le sostanzeantigelo ammesse dalle normativesono alcoli (metanolo, etanolo, glicoleetilenico e glicole propilenico) o sali(cloruro di sodio, cloruro di calcio eacetato di potassio). Per esempio,l’acqua congela a -15 °C se contiene il18,8% in peso di cloruro di sodiooppure il 30.5 % di glicol etilenico(Banks, 2008). Poichè il fluidotermovettore percorre un circuitochiuso, la soluzione antigelo non entramai in contatto con il sottosuolo, ameno di poco probabili fratture delpozzo termico.

La prima fase della costruzionedell’impianto è la perforazione delpozzo che ospiterà la sonda termica.Si è già detto che la Termogeologia èinteressata al sottosuolo comesorgente termica, ma non ricerca unazona con temperatura elevata. Anzi,essa potrebbe ostacolare la re-immissione del calore dall’edificio alterreno durante la stagione estiva. Perquesto motivo, la sonda termica non èmai calata in perforazioni profonde(>300 metri), in cui la temperaturarisente in modo deciso del flussotermico proveniente dalla crostaterrestre. D’altra parte, la superficieterrestre ed il terrenoimmediatamente sottostante sonocoinvolti nello scambio termico conl’atmosfera. La temperatura al suolosubisce una significativa variazioneciclica, legata al riscaldamento diurnoseguito dal raffreddamento notturno.Tale variazione diminuiscerapidamente con la profondità, acausa della modesta diffusivitàtermica del terreno. All’escursionetermica giornaliera si sovrappone peròl’oscillazione legata al ciclo stagionale.Nella regione italiana, il ciclostagionale comporta tra Gennaio eLuglio una variazione dellatemperatura superficiale anchemaggiore di 20 °C. Tale oscillazione sipropaga verso il basso con ampiezzadecrescente, sino ad annullarsi a circa20 metri di profondità dove latemperatura è dell’ordine di 10 °C(Froldi, 2013). Tale profondità è ilcosiddetto livello neutro, sotto il qualela temperatura del sottosuolo ècostante nel tempo, mentre aumentacon la profondità secondo il gradientetermico crostale (in media circa 30°C/km ).In definitiva, è necessario che la sondatermica estragga il calore da quellaporzione di sottosuolo che si comportacome una sorgente termica, ovverotende a cambiare di poco la propriatemperatura. Per quanto detto sopra,la perforazione dovrà raggiungere unaprofondità maggiore di 20 metri (perevitare l’oscillazione termica climatica)ed inferiore a 300 metri (per evitare diintercettare formazioni troppo calde).Se entro tale intervallo di profondità leproprietà termiche del sottosuolorisultassero mediocri, si provvederà arealizzare altre perforazioni perinstallare più sonde termicheaffiancate (il cosiddetto campo sonde).La perforazione termogeologica siavvale delle tecniche usate in altri

ambiti, come lo scavo dei pozzi peracqua (Gorla, 2010). Dato che laprofondità massima non supera i 200-300 metri, sono disponibili variapparati semoventi basati sulla benconsolidata tecnica della tavolarotante con asta percorsa dal fango diperforazione. Una promettenteinnovazione è la cosiddettaperforazione sonica, in cui l’astarotante viene sollecitata in sensolongitudinale, in modo da generare untreno di onde stazionarie. Talioscillazioni, di frequenza compresa tra50 e 160 hertz (onde sonore moltobasse), determinano la ciclicadilatazione e contrazione dell‘asta,che trasmette il moto al terrenocircostante causandone il rapidocedimento. La perforazione sonicapermette di aumentare in modosignificativo la velocità diavanzamento, soprattutto entroformazioni sedimentarie tenere.Nel foro appena completato vienecalata la sonda termica che verrà poiriempita con il fluido termovettore. Sitratta di una doppia tubazione inmateriale plastico (polietilene ad altadensità), collegata a fondo pozzo dauna giunzione ad U opportunamentezavorrata per mantenere la verticalitàdel circuito all’interno del pozzo(Figura 4). I tubi in commercio hannoun diametro esterno di 25, 32 o 40 mmed un’elevata resistenza alla pressione(16-25 bar). Per cautela e peraumentare la superficie di scambiotermico, nel pozzo si calano spessodue tubazioni ad U (Figura 4). Larottura o l’ostruzione di entrambe letubazioni è in effetti un evento assaiimprobabile. In definitiva, il pozzoperforato dovrà avere un diametro di100-200 mm per poter ospitare letubazioni opportunamente distanziate. La fase successiva è la cementazionedello spazio compreso tra le tubazionie le pareti nude della perforazione. Ciòconsente di rendere stabile la sonda edi isolarla dal terreno circostante,eccetto che per lo scambio del calore.Allo scopo si usa una malta compostada acqua, cemento Portland, bentonitesodica e sabbia silicea, con eventualiadditivi come le ceneri di fornace ed ilnaftalene solfonato (Banks, 2008). Lacomposizione ottimale è tuttoraoggetto di studio e sperimentazione, inquanto la malta dovrebbe presentarebuona resistenza meccanica,durevolezza alle basse temperature,ottima aderenza alle tubazioni, bassapermeabilità idraulica e – in


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particolare – notevole conducibilitàtermica. La sabbia silicea facilita inmodo cospicuo la conduzione delcalore in ragione dell’elevataconducibilità del quarzo (Tabella 1). Dopo l’allaccio delle tubazioni allapompa di calore, è necessarioeffettuare accurate prove di tenutaidraulica del circuito esterno. Inoltre,alla bocca del pozzo del pozzo termicoè necessario effettuare frequentimisurazioni dei parametri del fluidotermovettore. Occorre conoscere sia laportata (m in kg/s) che la temperaturadel fluido nei rami ascendente ediscendente (rispettivamente Tin eTout ). Da esse si ricava la temperaturamedia del termovettore,Tm = (Tin +Tout )/2 e la sua variazione di

temperatura ΔT = |Tin -Tout |.Conoscendo m e ΔT, la formula (1)fornisce la stima della potenzatermica trasferita dal circuito esternoall’evaporatore della pompa di calore,ovvero il termine Q2 della definizionedel COP (formula 6).Una volta allacciato alla pompa dicalore anche il circuito interno (Figura3), l’impianto è pronto per l’esercizio. Idettagli sui componenti elettrici,idraulici e meccanici del dispositivotermogeologico a sonde verticali sonoreperibili nella letteratura tecnica(Doninelli e Doninelli, 2007, 2010; Tinti,2008; Baietto et alii, 2010; Tornaghi,2010; Delmastro e Noce, 2011; Froldi,2013).

Il ruolo del geologoIl Geologo professionista ha un ruolofondamentale nella progettazione enella costruzione dell’impiantotermogeologico. La prima cosa daconsiderare è il sito che ospiteràl’apparato. Lo scopo essendo laclimatizzazione di un edificio (villa,condominio, esercizio commerciale,ufficio pubblico o altro), la tipologiadell’impianto dovrà tener contodell’ubicazione del manufatto e dellerichieste dell’utenza. Le sondeverticali occupano in superficie unospazio limitato, per cui sono adatteper gli ambienti urbani dove i vincoliterritoriali pubblici e privati possonoessere molto stringenti. Un modestoparcheggio o giardino condominialespesso è sufficiente per l’installazionedel campo sonde. Nella geotermia classica si ricercal’anomalia termica ed il serbatoio digeofluido, avvalendosi delle piùavanzate tecniche di indaginegeofisica, geochimica edidrogeologica. In relazione allastruttura del campo geotermico, ipozzi d’estrazione del geofluido, letubazioni che lo convogliano e lecentrale elettriche che lo sfruttanopossono essere distribuite in modoottimale sul territorio (DiPippo, 2015).Nella Termogeologia avviene l’opposto:l’impianto deve essere realizzato perforza in prossimità dell’edificio daclimatizzare. Pertanto, la fasepreliminare prevede la raccolta el’analisi accurata di tutte leinformazioni disponibili sullecaratteristiche del sottosuolosoggiacente al manufatto. Anzitutto cisi avvale della cartografia esistente,sia per quanto riguarda le cartegeologiche che le carte tematiche(geomorfologiche, idrogeologiche,sondaggi sismici e geolettrici). Taliinformazioni sono reperibili nellebiblioteche universitarie, presso gliuffici pubblici che controllano ilterritorio e presso gli studi geologiciprofessionali. Ovviamente hanno lamassima importanza i dati relativi alleperforazioni effettuate in precedenzapresso il sito considerato (pozzi peracqua, sondaggi geotecnici ed altro).Le informazioni raccolte dovrebberopermettere di stabilire una stratigrafiaapprossimativa del sito sino adalmeno 200-300 metri di profondità. Sitratta di definire la successione dellelitologie principali, di valutarne lospessore ed indicare la presenza o


Figura 4Doppia tubazione ad U cementata nel pozzo termico. Le dimensioni e lecaratteristiche tecniche delle tubazioni sono descritte nel testo. Nei ramiindicati in rosso il fluido termovettore sale verso l’evaporatore della pompadi calore. Nei rami blu il termovettore ritorna a fondo pozzo dopo averceduto il proprio calore al refrigerante della pompa di calore, comemostrato in Figura 3. Pertanto durante l’esercizio il fluido discendente è piùfreddo di quello ascendente. Il contrario avviene durante la prova di rispostatermica descritta nel testo.

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meno di una o più falde idrichesovrapposte. Sebbene la sondaverticale sia isolata dal terrenocircostante, l’eventuale flussodell’acqua sotterranea cede calore perconvezione, aumentando in modosignificativo lo scambio termico tra ilterreno ed il pozzo termico. Pertantointercettare una falda idricarappresenta un indubbio vantaggio alfine dell’efficienza dell’impianto. La possibilità di estrarre calore dalsottosuolo è assai influenzata dallaconducibilità delle litologieintercettate dal pozzo termico. Ildimensionamento delle sonderichiede la stima della cosiddetta resatermica, ovvero della potenza termicamedia che può essere estrattadall’unità di lunghezza del pozzo (p inW/m). Tale valutazione deve tenerconto del fatto che la sonda termicaspesso attraversa una stratigrafiacomposita, con formazioni dotate diconducibilità e spessore differente.Ciò mette in evidenza l’importanza diun’accurata analisi delle informazionistratigrafiche e petrofisichedisponibili, che solo il Geologoprofessionista può portare avanti consicurezza. Una valutazione speditiva della resatermica – seppur del tutto

preliminare – è basata su dati diriferimento, come quelli riportati nellaTabella 2. L’apprezzabile riduzionedella resa con l’allungamento deltempo di esercizio dell’impianto èdovuta al fatto che la trasmissione delcalore verso la sonda termica non è unprocesso stazionario. Infatti, ladifferenza di temperatura tra il terrenoed il fluido termovettoreprogressivamente diminuisce: ilterreno circostante il pozzo termico siraffredda, mentre il fluido nelletubazioni si riscalda. In base allaformula (2), la progressiva riduzionedel salto termico ΔT tra terreno esonda causa il calo della potenzatrasmessa al fluido termovettore.Consideriamo per esempio una sondaverticale che attraversi una litologiauniforme con resa termica stimata di60 W/m. Se l’edificio da climatizzarerichiede una potenza termica di 9 kWper il riscaldamento, il raffrescamentoe l’acqua calda sanitaria, la lunghezzatotale della sonda termica dovràessere almeno 9000/60=150 metri.Ovviamente la stessa potenza puòessere fornita da due pozzi termici di75 metri, oppure da tre pozzi di 50metri ciascuno. La valutazionedell’opzione più conveniente deveconsiderare molti fattori, come il costo

delle perforazioni, la disponibilità dispazio per posizionare più pozzitermici opportunamente distanziati, lapossibilità di intercettare una faldaidrica ed altro ancora. Anche inquesto caso il giudizio esperto delGeologo è necessario per evitareerrori difficilmente rimediabili nellesuccessive fasi di costruzionedell’impianto. La stima preliminare della resatermica deve essere verificatamediante opportune prove effettuatenella perforazione. A tal fine èprioritario determinare laconducibilità termica delleformazioni attraversate. Ciò puòavvenire in laboratorio, attraversovarie tecniche di misura dellaconducibilità di campioni estrattidurante la perforazione. Ladescrizione di tali esami è riportatanelle pubblicazioni specifiche, tra lequali ricordiamo Luo et alii (2016).Ancora più importanti sono le prove insitu, che permettono di valutare laconducibilità delle formazioni nel lorostato indisturbato, in modo dasalvaguardare proprietà come laporosità e la saturazione, chepossono subire alterazionisignificative durante l’estrazione delcampione. L’esperienza che permettedi valutare le caratteristichetermofisiche complessive della sondaverticale è la cosiddetta prova dirisposta termica (Banks, 2008; Tinti,2008; Luo et alii, 2016). Essadetermina la temperatura iniziale, laconducibilità termica e la diffusivitàdel terreno e la resistenza termica delpozzo.La prova consiste nel far circolaredell’acqua calda nella tubazione ad Ugià calata in pozzo e cementata,registrando come varia nel tempo latemperatura del fluido in entrata ed inuscita dalla sonda verticale.L’apparato per la prova (Figura 5) ècostituito da un serbatoio di volumesufficiente da riempire la tubazione adU. Il serbatoio contiene unoscambiatore a resistenza elettrica cheeroga una potenza costante all’acquain circolo. La pompa garantisce unaportata di 0,5-1 l/s nella tubazione adU. Tra gli strumenti ricordiamo ilmanometro per la pressione, ilflussometro per la portata ed i duetermometri a termocoppia permisurare la temperatura dell’acqua inentrata ed in uscita dalla sonda (conaccuratezza di ±0,2 °C). Un sistemaautomatico di lettura e registrazione


Litologia Resa termica con Resa termica con esercizio di 1800 ore esercizio di 2400 ore

per anno (W/m) per anno (W/m)

Sedimenti secchi con k<1,5 W/mK 25 20Sedimenti saturi con 1,5<k<3,0 W/mK 60 50Rocce con k>3,0 W/mK 84 70Ghiaie e sabbie secche < 25 <20Ghiaie e sabbie sature 65-80 55-65Ghiaie e sabbie con flusso idrico 80-100 80-100Argille e limi umidi 35-50 30-40Calcari 55-70 45-60Arenarie 65-80 55-65Graniti 65-85 55-70Basalti 40-65 35-55Gneiss 70-85 60-70

Tabella 2Resa termica presunta di differenti litologie (k indica la conducibilitàtermica). I dati riportati derivano dalle informazioni raccolte a scala globaledurante la costruzione e l’esercizio di impianti termogeologici a sondeverticali. Pertanto essi debbono essere considerati come una primaindicazione sulla potenzialità termica del sottosuolo, da verificare mediantel’esecuzione delle prove in laboratorio ed in situ ricordate nel testo. La resacala con l’allungamento della stagione termica, a causa dai processi nonstazionari di trasmissione del calore dal terreno al fluido termovettore.

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dei dati completa la strumentazione.Prima di eseguire la prova ènecessario attendere la presa dellamalta cementizia, che termina dopo 2-3 settimane dopo la posa. L’esecuzionedella prova segue il protocollocodificato dall’Associazione degliingegneri termotecnici statunitensi(ASHRAE). La prima fase consistenella determinazione dellatemperatura iniziale del terreno.L’acqua a temperatura ambiente vienepompata nella sonda, mentre adintervalli regolari si registra latemperatura del fluido in ingresso edin uscita dalla tubazione ad U. Poichél’acqua che circola tende all’equilibriotermico con il terreno, le duetemperature si avvicinanoprogressivamente sino a coincidere oquasi. A quel punto, la temperaturamedia dell’acqua rimane costante neltempo e corrisponde anche allatemperatura iniziale del terreno(Figura 6a).La seconda fase della prova avvienepompando nella sonda l’acquariscaldata dallo scambiatore elettrico.L‘acqua calda che scende nellatubazione trasferisce calore al terrenoe torna in superficie più fredda. Adintervalli regolari si registra latemperatura dell’acqua in ingresso edin uscita dalla sonda, assieme allaportata del fluido ed alla potenzaelettrica erogata (che deve rimanerecostante). Da notare che tale fase èpiuttosto lunga, richiedendo da 72 apiù di 130 ore. Infatti, le prime 15 oredi misura vengono escluse dallasuccessiva analisi dei risultati, inquanto corrispondono allo scambiotermico in regime transitorio tra lasonda ed il terreno circostante. Il risultato principale della prova è lacurva Tm(τ), ossia il graficodell’andamento nel tempo dellatemperatura media dell’acqua checircola nella tubazione ad U (Figura6b). L’interpretazione della curvasperimentale è basata sull’impiego dimodelli analitici della conduzionetermica. In particolare, ricordiamo ilmodello della sorgente termica linearee quello della sorgente termicacilindrica. Data la complessità dellerispettive formulazioni, rimandiamoalla letteratura tecnica per ladescrizione di tali approcci (Banks,2008; Tinti, 2008; Luo et alii, 2016).Ricordiamo invece che i modellisuddetti permettono di calcolare laconducibilità termica media delterreno attraversato dalla sonda in

base alla sua temperatura iniziale(determinata nella prima fase dellaprova) ed all’andamento temporaledella temperatura media dell’acquacircolante (determinato nella secondafase). Entrano in gioco ancheparametri noti come la potenzatrasferita all’acqua dallo scambiatoreelettrico ed il raggio del pozzo termico. Per illustrare come la stima dellaconducibilità permetta di valutare laresa termica, consideriamo l’approcciodi Ramey (Grant e Bixley, 2011),secondo il quale la resa termica p èdata da:

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ove k è la conducibilità termica mediadel terreno che circonda il pozzo, ΔT èla differenza tra la temperaturainiziale del terreno e la temperaturamedia del fluido termovettore, D è ladiffusività termica del terreno, definitadalla formula (3), r è il raggio del pozzotermico e Δτ è l’intervallo di tempo peril quale si valuta la resa (deve esseremaggiore di una settimana).Applichiamo tale formulazione ad una

sonda verticale che attraversi unalitologia arenacea con densità e calorespecifico rispettivamente pari a ρ =2200 kg/m3 e csp = 1000 J/kg K. Sia k = 2,9W/m K la conducibilità mediadeterminata con la prova di rispostatermica. Dalla formula (4) si ottiene ladiffusività D = 1,32 •10-6 m2/s. Sianoinoltre ΔT = 10 °C ed r = 0,1 m. Per Δτ =1800 ore d’esercizio, la formula (7)prevede p ≈ 48 W/m; per Δτ = 2400 orela resa termica è invece p ≈ 46 W/m.Come discusso in precedenza, lapiccola differenza è imputabile alladiffusione della temperatura, con laconseguente progressiva riduzione delsalto termico iniziale ΔT.La prova di risposta termica sopradescritta permette di stimare leproprietà termiche medie del pozzoverticale. Tuttavia, la modernatecnologia consente di valutare cometali proprietà variano con laprofondità. Per esempio, l’analisi delladiffusione Raman che avvieneall’interno di una fibra ottica calata nelpozzo termico permette di ricostruirel’andamento verticale dellaconducibilità termica, mettendo inluce il ruolo della stratigrafia e, in


Figura 5Moderno apparato per l’esecuzione della prova di risposta termica di unasonda verticale. I tubi visibili sulla destra (accuratamente coibentati perevitare lo scambio termico con l’aria) sono connessi ai rami discendente edascendente della tubazione ad U cementata nel pozzo termico.

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particolare, i livelli dotati di maggioreresa termica (Luo et alii, 2016).Sebbene tali sistemi siano ancorapoco diffusi a causa del costo elevato,è prevedibile che nel prossimo futuroessi consentiranno al Geologoprofessionista di ottenereinformazioni molto accurate per ildimensionamento dell’impiantogeotermico.

L’impatto sull’ambiente eLa normativa

La termogeologia a ciclo chiuso (cheinclude gli impianti a sonde verticali)evita i problemi legati all’estrazione edalla re-iniezione del geofluido odell’acqua di falda. Inoltre, non v’èalcuna emissione di gas o polverinell’atmosfera. Infine, tali sistemi nonhanno un significativo impatto visivo,in quanto le tubazioni sono interrate.Un esempio concreto di impiantotermogeologico moderno ed efficiente,realizzato in ambiente urbano, èillustrato dalla Figura 6. Durante la fase di perforazione,sussiste un modesto rischio dicontaminazione dell’acquasotterranea per l’uso del fango e per lapossibile connessione idraulica traacquiferi sovrapposti. La rotturaaccidentale delle sonde geotermiche èinvece un evento raro, causato daoperazioni di cantiere successive allacostruzione dell’impianto, dacedimenti indotti dalla compattazionedifferenziale del terreno, oppure daeventi sismici. In ogni caso, taleincidente ha un impatto limitato datoil modesto volume e la natura delfluido termovettore, costituito da unamiscela di acqua e sostanza antigelo;spesso si usa il glicol propilenico chenon è tossico. Più in generale, èopportuno adottare tubazioni prive disaldature e dimensionare l’impiantoaffinché le condizioni di pressione etemperatura del fluido termovettorecircolante siano ben tollerate dalmateriale plastico delle tubazioni. Il Geologo professionista gioca unruolo cruciale anche nella gestione deilavori e nella prevenzione degliincidenti. Occorre sempre valutare conattenzione il contesto geologico in cuisi intende costruire l’impiantotermogeologico. La perforazione deipozzi termici deve essere condotta aregola d’arte seguendo procedurecodificate e materiale certificato. Lostesso vale per la successiva fase di

cementazione delle sonde. Sel’impianto è ubicato presso pozzid’acqua è necessario che leperforazioni rispettino una distanza disicurezza, onde evitare lacontaminazione della falda pereventuale fuoriuscita dei fanghi o delfluido termovettore. Durante l’esercizio è importantepareggiare il bilancio termico annuale,in modo tale che il calore prelevato dalsottosuolo durante la stagioneinvernale venga in buona parterestituito durante la stagione estiva.Ciò affinché il volume di sottosuoloche scambia calore con le sondegeotermiche non subisca un lento ma

inesorabile raffreddamento, chepotrebbe depauperare la sorgentetermica peggiorando le prestazionidell’impianto e - nei casi più estremi -compromettere la copertura vegetale.Peraltro non desta preoccupazione laleggera diminuzione di temperaturadel sottosuolo (<5 °C) che si verificanella prima fase della stagionetermica invernale. In definitiva, è lecito affermare che imoderni impianti termogeologici aciclo chiuso sono convenienti dal puntovista economico e del tuttoecosostenibili, purché progettati inmodo adeguato seguendo prescrizionitecniche ormai consolidate.


Figura 6Esempio di risultati della prova di risposta termica. (a) Andamento neltempo della temperatura media dell’acqua che circola nella sonda nellaprima fase della prova. Il grafico rosso descrive i valori sperimentali, mentrein nero è indicata la retta che interpola le misure. Il leggero incremento dellatemperatura media (circa 18 °C) è causato dal calore trasferito all’acquadalla pompa di circolazione. La temperatura media indicata corrispondeanche alla temperatura iniziale del terreno attraversato dalla sonda. (b)Andamento nel tempo della temperatura dell’acqua che circola nella sondanella seconda fase della prova. Le curve rossa e blu indicano la temperaturadell’acqua che entra ed esce dalla sonda (rispettivamente Tin e Tout ). La curvagialla indica la temperatura media dell’acqua, Tm = (Tin +Tout )/2. La lineatratteggiata orizzontale indica la potenza termica costante trasferita dalloscambiatore elettrico all’acqua (in questo 4 kW). La prova termina quandola trasmissione del calore verso il terreno diventa stazionaria, per cui latemperatura media tende a rimanere costante nel tempo.

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La normativa generale in materia diricerca e coltivazione delle risorsegeotermiche è contenuta nel DecretoLegislativo 22/2010, che distingue trausi di interesse nazionale, di interesselocale e piccole utilizzazioni. Gliimpianti termogeologici rientrano inquest’ultima categoria, per cui la loroautorizzazione è delegata alle Regionicompetenti (Spalvieri e Vinci, 2012). Possiamo affermare che la normativavigente in Toscana è tra le più avanzate(Franci e Pancani, 2011). Con la LeggeRegionale 39/2005, la Regione Toscanaha disciplinato in modo specifico gliimpianti termogeologici. Ancora piùimportante è la successiva LeggeRegionale 71/2009 per la quale:L’installazione di impianti di produzionedi calore da risorsa geotermica, senzaprelievo di fluido geotermico, destinatial riscaldamento e alla climatizzazionedi edifici è soggetta al regimeautorizzativo della dichiarazione diinizio di attività. Ciò costituisce unafondamentale semplificazione

amministrativa per la realizzazionedegli impianti termogeologici a ciclochiuso. Per gli impianti a ciclo aperto(che usano acqua di falda come fluidotermovettore) è invece indispensabileuna apposita concessione diderivazione di acque sotterranee,erogata dalla Provincia competentedal punto di vista territoriale.La realizzazione di un impiantotermogeologico deve seguire lespecifiche normative tecniche. LaNorma UNI 11466 definisce i criteri diprogettazione e le procedure di calcoloper la determinazione delle prestazionidi progetto degli impiantitermogeologici. La Norma UNI 11467disciplina le tecniche di perforazionedei pozzi termici, le proprietà del fluidotermovettore e le caratteristiche dellemalte cementizie. Infine, La NormaUNI11468 stabilisce la procedura divalutazione del livello di compatibilitàambientale degli impianti a servizio diapparati edifici civili, commerciali eindustriali.

ConclusioniLa climatizzazione degli edificidetermina una parte importante delconsumo globale di energia. LaTermogeologia offre la possibilità diusare il sottosuolo come un serbatoioenergetico, riducendo al minimol’interazione con le acque sotterraneee l’atmosfera. Usare il calore terrestresignifica diminuire l’uso deicombustibili fossili, attenuando alcontempo i relativi problemiambientali. Inoltre, la potenzaelettrica richiesta dall’impiantotermogeologico può essere ottenutada altre fonti rinnovabili, come ipannelli solari e le turbine eoliche, inmodo da raggiungere l’indipendenzaenergetica dell’edificio. L’impiego delle pompe di calore per ilcondizionamento degli edifici ècominciato verso la fine del secoloscorso, come effetto delle ricorrenticrisi petrolifere. Tuttavia, il costoelevato e la modesta efficienza dei


Figura 7Condominio ubicato nel centro storico di Grosseto. L’edificio di 5 piani (fotografia a destra) ospita 9 appartamentiper una superficie totale di 800 m2. Ciascun appartamento richiede una potenza termica massima di 3,6 kW, percui il fabbisogno termico totale è di 32,4 kW. Esso è soddisfatto dall’impianto geotermico a sonde verticali, chepreleva dal sottosuolo una potenza termica di 25,2 kW. La differenza (7,7 kW) è fornita dai 2 compressori dellapompa di calore. Pertanto il COP della pompa di calore vale 32,4/7,7=4,2. Inoltre, l’energia elettrica fornita aicompressori proviene interamente dai pannelli solari fotovoltaici posti sul tetto dell’edificio. Il campo sonde ècollocato sotto l’adiacente parcheggio condominiale (pianta a sinistra). Si tratta di 6 sonde verticali a doppia U inpolietilene ad alta densità, con diametro esterno di 32 mm. Le sonde sono opportunamente distanziate siadall’immobile che tra di loro, per evitare interferenze reciproche durante lo scambio di calore con il sottosuolo.Ciascuna sonda, profonda 125 metri, estrae dal terreno una potenza termica di 4,2 kW. La resa termica media èquindi di 33,6 W/m. Dall’alto verso il basso, le sonde intercettano le seguenti litologie: argilla (spessore 20 m),ghiaia umida (10 m), limo (4 m), ghiaia secca (24 m), limo (8 m) ed ancora argilla (59 m). Il fluido termovettore èconvogliato ad un collettore posto nell’apposito locale a piano terra, che ospita anche la pompa di calore ed ilserbatoio dell’acqua calda sanitaria. Ogni appartamento è dotato di pavimento radiante, deumidificatore conigrostato regolabile e termostati per la regolazione della temperatura sia nel ciclo di riscaldamento invernale chenel ciclo di raffrescamento estivo (dettagli gentilmente forniti dallo Studio Ecogeo di Grosseto).

sistemi allora disponibili ne haimpedito una diffusione globale. Ilnuovo secolo ha visto un rinnovatointeresse per la Termogeologia,indotto dalla consapevolezza che l’usoindiscriminato dei combustibili fossilidetermina il loro progressivoesaurimento e può contribuire apreoccupanti mutamenti ambientali,come il riscaldamento globale. A tal fine l‘Unione Europea incentiva lasostituzione delle fonti fossili conenergie rinnovabili e di basso impatto

ambientale, come la geotermia. Lacostruzione di impiantitermogeologici, prevalentemente aciclo chiuso, è in aumento nelcontinente europeo. Per quantoriguarda il numero di pompe di caloreinstallate primeggia la Svezia conoltre 500000 unità, seguita daGermania, Francia, Austria, Finlandiae Svizzera. A distanza seguonoDanimarca, Norvegia, Olanda, Polonia,Belgio, Regno Unito, Repubblica Ceca,Irlanda, Italia, Estonia, Slovenia,

Lituania, Ungheria, Bulgaria,Slovacchia, Grecia e Spagna (datirelativi al 2015). Pertanto, nel nostroPaese il settore della termogeologiaha un margine di sviluppo moltoampio. D’altra parte, questa pur breveesposizione ha messo in evidenza lafondamentale importanza dellecompetenze del Geologoprofessionista, sia per la correttaprogettazione dell’impianto che per laprevisione dei suoi effettisull’ambiente.


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Bibliografia

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PHD ALESSANDRO DA MOMMIO

Nummuliti, i fossili guida dell’Eocene Nome che deriva dal latino “nummus” e “litos”(moneta di pietra)

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Sarà capitato ad ogni geologo, di perdersi osservandouna roccia presente su un marciapiede, un bancone delbar, o in qualsiasi altro posto, e perdersi nelle millemeraviglie che si celano al suo interno. Da bambino mi capitava spesso di osservare ilmicromondo che si cela nella sabbia marina, un universofatto di granelli di sabbia colorati, dalle più svariateorigini. Non tutti i granelli di sabbia sono costituiti darocce, ma spesso e volentieri tali granelli sono costituitida gusci appartenuti ad organismi viventi: sono i resti diorganismi che comunemente costituiscono il plancton.Le dimensioni di questi organismi generalmente nonsupera il millimetro e, spesso, sono visibili solo almicroscopio, ma a volte possono essere grandi come unamonetina.Immaginate di essere in vacanza su una bella spiaggia,nell’area che diverrà il futuro Mediterraneo, nell’EoceneSuperiore. Mentre leggete la vostra copia della “Tetide”,potrebbe cadervi l’occhio sulla sabbia su cui sietesdraiati. Molto probabilmente se raccoglieste unamanciata di quella sabbia candida scoprireste consorpresa una enorme quantità di gusci vuoti. Gran parte di questi gusci sono i resti di foraminiferi,organismi protozoi unicellulari che prendono il nomedalla presenza nel loro guscio di piccoli fori (foramina)che permettono la comunicazione tra le varie camere checostituiscono la struttura del loro guscio. Esiste un numero enorme di foraminiferi, e molte diqueste specie presentano un grande interessepaleontologico. Questi organismi comparsi nel Cambriano, erano inpassato così abbondanti che hanno dato luogoaddirittura a intere formazioni rocciose.

Un tipico esempio, noto anche ai non addetti ai lavori,formato dai resti di foraminiferi chiamati Nummuliti, è ilCalcare a nummuliti. Questi piccoli (ma spesso grandi)organismi caratteristici dell'era Terziaria, sopravvivonoattualmente con un’unica specie diffusa nell’oceanoIndiano.I nummuliti, oltre ad essere conosciuti per essere deifossili guida dell’Eocene, sono noti anche ai non geologiper il fatto che sono dei macroforaminiferi, ovvero deiforaminiferi di dimensioni spesso ragguardevoli, che nonnecessitano per forza di un potente microscopio peressere osservati. Il loro particolare nome deriva dallatino “nummus” e “litos” (moneta di pietra) data la lorocaratteristica forma a monetina.

I L G E O L O G OMICROFOTOGRAFIA

Sezioni sottili di Calcari a Nummuliti eocenici.

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1. Introduzione

L’individuazione precisa delle faglie ed in particolar mododelle faglie attive è un problema attuale e con diverseimplicazioni scientifiche nel campo geologico, dellegeorisorse e della riduzione del rischio sismico. I terremotiavvenuti nell’ultimo decennio in Centro-Italia hannoevidenziato come spesso le faglie sismogenetiche sianocapaci di raggiungere ed intersecare la superficietopografica (ICMS, Gruppo di Lavoro 2008) causando dannianche rilevanti su persone, beni ed infrastrutture.La geofisica, integrata da tecniche di telerilevamento e darilievi di campo, è certamente il metodo più adatto per lamappatura precisa delle faglie. In letteratura vi sonodiversi contributi sull’argomento, tuttavia si tratta spessodi esempi mutuati dal mondo dell’esplorazione petrolifera.Vi sono comunque alcuni esempi che trattano di faglieattive (Williams et al.,1995; Demanet et al., 2001) chedislocano depositi recenti (Suzuki et al.,2003).La zonazione sismica in Italia è stata avviata solo

recentemente con lo scopo di individuare le causegeologiche delle differenze locali nella risposta sismica.Le linee guida (REF) danno indicazioni su comesuddividere il territorio in zone stabili, zone stabilisuscettibili di amplificazione e zone soggette a instabilità.La Microzonazione Sismica (MS) viene tipicamenterealizzata alla scala comunale ed è entrata a far parte, atutti gli effetti, degli strumenti urbanistici di tali enti.Questo lavoro di tesi tratta di un aspetto particolare dellaMicrozonazione Sismica ossia la mappatura delle FaglieAttive e Capaci (FAC) laddove queste sono presenti in undato territorio.L’area di studio ricade nell’alto Veneto, alla base dellePrealpi, tra gli abitati di Sarmede e Cordignano (TV)all’interno di un’area caratterizzata dalla presenza dinumerose faglie sismogenetiche, causa, anche in passato,di importanti terremoti. L’area è stata studiata con unapproccio multidisciplinare partendo dal telerilevamento

LORENZO LUTRIDIPARTIMENTO DI SCIENZE CHIMICHE, DELLA VITA

E DELLA SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE (S.C.V.S.A.),

PARMA (PR), ITALIA

Mappatura di faglie capacimediante integrazione di metodi geofisici ad altarisoluzione ABSTRACT Nell’ambito di uno studio di Microzonazione Sismica tra gli abitati di Sarmede eCordignano (TV) sono state individuate delle possibili faglie attive, ulteriormenteinvestigate con l’integrazione di diverse tecniche geofisiche e con l’apertura diuna trincea paleosismologica per valutarne la “capacità”. La geofisica haconsentito di definire con precisione la posizione e le caratteristiche geometrichedella faglia mentre la trincea paleosismologica ha dato indicazioni sullo stato diattività della stessa. L’osservazione diretta di un contatto laterale tra il substrato ei recenti depositi alluvionali e l’evidenza di strati piegati, ha suggerito la possibileattività Quaternaria della faglia, tuttavia non è stato possibile attestarne concertezza la capacità in quanto gli strati analizzati risultavano già inclinati pernaturale giacitura deposizionale.

Estratto della Tesi

Vincitore del Premio

Giuntini 2019 nella sezione

Laurea Triennale

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ed avvalendosi di rilievi di terreno con una serie di metodigeofisici quali le tomografie di resistività, la sismica ariflessione e il georadar. Le risultanze delle misure sonostate validate attraverso l’apertura di una trinceapaleosismologica.

2. Inquadramento geologico-strutturale

La formazione geologica dell’area alpina è il risultato diun’evoluzione piuttosto complessa che vede la sua originenelle interazioni della placca euroasiatica e della placcaafricana, documentate da deformazioni tettoniche e daprocessi metamorfici databili al Cretaceo Inferiore (145Ma). Il lineamento insubrico (periadriatico), è la “cicatrice”che testimonia questo evento; essa separa due domini concaratteri diversi: l’Arco Alpino s.s. e le Alpi Meridionali.La porzione veneto-friulana delle Alpi meridionali presentala geometria di una catena a sovrascorrimenti embriciaticon direzione NE e vergente a SSE di età essenzialmenteneogenica (20 Ma- 2 Ma) (Figura 1). La strutturazione tettonica della catena alpina nella zonadi studio giustappone i carbonati cretacici ai depositimolassici oligo-miocenici.I primi rappresentano varie facies sedimentarie di unapiattaforma carbonatica molto estesa (PiattaformaFriulana) che si raccordava, attraverso una scarpata, ad unbacino situato più a Occidente (Bacino di Belluno). Inoltredagli studi neotettonici risulta evidente come il settorepedemontano sia quello che presenta attualmente lemaggiori deformazioni ed un aumento dell’energia delrilievo con la formazione delle colline più esterne(Montello e colline di Conegliano), dove appaionodeformati e/o dislocati depositi continentali delPleistocene superiore e dove grandi frane testimonianol’attività morfotettonica di tutta la fascia pedemontana edelle Prealpi Veneto-Friulane. In particolare in questa zona

le strutture più importanti sono rappresentate daisovrascorrimenti sepolti più esterni che seguono il limitetra l’area della pianura e quella pedemontana e montanain sollevamento. Nella fattispecie, tra le sorgentisismogenetiche attive figurano la sorgente compositaMontebelluna-Montereale di cui fanno parte la sorgenteindividuale del Cansiglio e la sorgente individualePolcenigo-Montereale.Dal punto di vista geologico l’area prospiciente la zona distudio può essere suddivisa in tre fasce distinguibili inbase alla litologia presente; la fascia più settentrionalecomprende i depositi carbonatici Giurassico-Cretacici delmassiccio del Cansiglio, mentre nella fascia centrale sirinvengono ancora i calcari Cretacici e le formazionimolassiche oligo-mioceniche. Infine, nella terza fascia,quella posta più a meridione affiora solamente laFormazione del Montello.

3. Materiali e metodi

Per lo studio sono stati utilizzati tre metodi geofisicidistinti per valutarne l’efficacia e la capacità risolutiva:tomografie di resistività, sismica a riflessione ad altarisoluzione in onde di taglio e profilaggio Ground ProbingRadar (GPR). I dati elettrici sono stati acquisiti con un georesistivimetroIRIS Syscal Pro capace di propagare nel sottosuolocorrenti sino a 2.5 A di intensità. I dati sono stati scaricatimediante programma PROSYS II ed elaboratisuccessivamente con il programma ERTLAB 3D. I datisismici sono stati acquisiti con un sistema GeometricsGEODE a 124 canali e come sorgente di onde S è statoutilizzato un dispositivo vibrazionale ELVIS (Figura 2).L’elaborazione dei dati sismici è stata condotta con ilprogramma Seismic Unix sviluppato dalla Colorado Schoolof Mines. I dati GPR sono stati acquisiti con strumentazione LOZA(Figura 3) progettata per le missioni spaziali e perraggiungere maggiori profondità di investigazione. Perl’indagine sono state utilizzate antenne da 25MHz e da 50MHz.

I L G E O L O G OSCIENZA E RICERCA

Figura 1Mappa Tettonica delle Alpi Venete.1, basamento cristallino Ercinico e Ignimbriti Permiane;2, copertura sedimentaria tardo Permiana eMesozoica; 3, sedimenti Terziari, i.e flysch e molassa;4, vulcaniti Triassici e Terziari; 5, sedimenti Quaternari.(Doglioni, 1991). Figura 2

Dispositivo vibrazionaleELVIS durante i rilievi dicampo.

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3.1 Rete di misura

I rilievi sono stati effettuati nella frazione di Villa di Villa(Comune di Cordignano);le linee sono state disposte sulla base di indizigeomorfologici e delle informazioni disponibili inletteratura. I dati sono stati acquisiti in quattro campagnedistinte ed in particolare sono stati acquisiti:• 7 stendimenti di tomografia elettrica di resistività

ERT1-ERT7 (colore giallo-arancio) di lunghezzacompresa tra i 140 m e i 600 m;

• 3 linee sismiche L1-L3, di cui elaborate solamente la L1e la L2 (colore verde) di lunghezza massima di 250 m;

• 1 linea radar R1 (colore rosso) di lunghezza massima di350 m.

Tutte le stese geofisiche sono state disposte con direzioneNNE-SSW, ossia in dip rispetto alla direzione dellapresunta faglia, la quale mostra nella porzione analizzataun andamento NW-SE; l’unica eccezione a livello diposizionamento è data dalla stesa ERT3 che risulta

posizionata con direzione NW-SE in quanto dal punto divista geomorfologico, la presenza di alcuni “hogback”allineati secondo la direzione WSW-ENE suggeriva lapossibilità di una seconda faglia, emergente alla basedegli hogback. Anche le sezioni sismiche e la sezione radar sono statedisposte in dip rispetto al possibile tracciato della faglia.

3.2 Trincea paleosismologica

Le risultanze geofisiche hanno condotto all’apertura di unatrincea paleosismologica, aperta per investigare uncontatto laterale riscontrato in tutte le stese geofisiche edinterpretato come una faglia.La trincea è stata realizzata con direzione N-S per unalunghezza di circa 30 metri e per una profondità di circa3.5 metri.

4. Risultati e discussioni

L’interpretazione e l’analisi dei risultati sono statecondotte anche avvalendosi di un GIS (GeographicalInformation System), nel quale oltre alla geometria dellestese geofisiche è stata riportata anche la geologia locale(Figura 4).Nella sezione ERT1 (Figura 4 e Figura 5), in un dominio nelcomplesso conduttivo con ρ inferiore a 50 Ω*m, riferibilealle facies argillo-siltose del Conglomerato del Montello sinotano due corpi resistivi; il primo ubicato alla progressivametrica lineare (pml) 240 ed il secondo alla pml 300. Nelprimo caso si tratta di variazioni nel substrato con strativerticali (tipo hogback) a facies più competente, mentrenel secondo si tratta probabilmente di un contattotettonico tra il substrato e i depositi alluvionali granularidel conoide di Sarmede.Proprio per approfondire la possibile presenza di questocontatto tettonico individuato nella ERT1 si è deciso dieseguire un ulteriore stendimento ERT4 (Figura 6) a cavallodella parte terminale della ERT1. Questo è stato realizzatocon una spaziatura interelettrodica ridotta, per cui hagarantito una maggiore risoluzione ed ha meglio definitol’immagine della ERT1.


Figura 4Mappa GIS della zona distudio. Sono raffigurati i varistendimenti (in giallo letomografie elettriche, inverde le sezioni sismiche, inrosso il profilo radar) nonchéla geologia dell’area (con varicodici e colori). Infine èraffigurato il probabile thrust(linea bianca).

Figura 3Realizzazione del profilo GPRR1 mediante radar LOZA.

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Anche nella ERT2 (Figura 4 e Figura 7) si osservano duecorpi resistivi, il primo ubicato alla pml 270 e il secondoalla pml 440. Nel primo caso si tratta ancora dell’hogbackcostituito dalle facies più competenti del Conglomeratodel Montello. L’immagine risulta però meno contrastatapoiché l’hogback è “annegato” in depositi colluviali; ilsecondo invece riguarderebbe il contatto netto tra ilsubstrato e i depositi alluvionali granulari del conoide diSarmede.

La sezione ERT3 (Figura 4 e Figura 8), è disposta NW-SE,diversamente dal resto degli stendimenti che sono tuttiparalleli ed in dip rispetto all’ipotetico tracciato dellafaglia; essa margina l’hogback alla ricerca di un possibilecontatto tettonico disposto alla sua base. La presenza diuna faglia nella medesima direzione era desumibile dallacarta di Zanferrari del 1984 sebbene questi dati siano statipoi superati dalle risultanze di alcune linee sismicheprofonde che mostravano la faglia in un’altra posizione.


Figura 5Interpretazione geologicalungo la sezione ERT1.

Figura 6Interpretazione geologicalungo la sezione ERT 4 checopre il tratto terminale dellaERT 1.

Figura 7Interpretazione geologicalungo la sezione ERT 2.

Nella sezione ERT3 si osserva un dominio profondo pocoresistivo associabile al substrato (silt e argille) esuperficialmente un corpo lentiforme resistivo afferibile aidepositi ghiaiosi trasportati dal ruscello a caratteretorrentizio. In assenza di contatti laterali netti, è stataabbandonata l’ipotesi di una possibile faglia collocata allabase dell’hogback.La sezione ERT5 (Figura 4 e Figura 9), ubicata a Sud-Estrispetto l’abitato Villa di Villa insiste in un dominio a bassaresistività; in superficie, nella parte più a sinistra dellostendimento, si notano dei piccoli corpi più resistivi, quasidisposti in sequenza, i quali lascerebbero presupporre unintervento di tipo antropico (probabilmente drenaggi per ivigneti) data l’area in cui è stato realizzato lo stendimento.Anche in questo caso si notano due contatti netti: quellopiù a monte potrebbe essere di natura tettonica, mentrequello più a valle sembra di natura deposizionale.Singolare risulta quella piccola lente resistiva collocata aldi sopra del substrato nella zona di hanging-wall dellafaglia, la quale lascerebbe ipotizzare un momento di stasinel sollevamento tettonico tale per cui il conoide, aseguito di un forte evento deposizionale sarebbe stato ingrado di oltrepassare il gradino.Nella ERT6 (Figura 4 e Figura 10), si nota un contattolaterale molto netto alla pml 200, verosimilmente di tipotettonico: questo metterebbe in contatto i depositisabbioso-ghiaiosi ad alta resistività del vicino conoide con

il substrato in facies siltosa e argilloso-siltosa che, pereffetto del sollevamento, confinava lateralmente ladeposizione del conoide. Interessante risulta quellapiccola lente debolmente resistiva che si colloca al disopra del substrato nella zona di hanging wall; anche inquesto caso varrebbe la stessa ipotesi di “scavalco”deposizionale fatta per la ERT5. Infine, superficialmente siosserva un corpo a bassa resistività per tutta la lunghezzadello stendimento, riferibile ai depositi di conoide piùrecenti, che, a causa della diminuita energia di trasportoscaricano materiali granulari fini e materiali coesivi. LaERT7 infine (Figura 4 e Figura 11), insiste in un dominio piùresistivo coincidente con i depositi sabbioso-ghiaiosi delconoide. Superficialmente invece si nota un “tappeto” abassissima resistività riconducibile ai depositi fini ditrasporto alluvionale più recenti. Per ultimo incorrispondenza della pml 30 si nota un contatto diresistività molto netto che ben si collega con quelloriconosciuto nella sezione ERT6.Ad integrazione delle sezioni ERT, sono state realizzatedelle linee sismiche ed un profilo radar.La linea sismica L1 è situata a cavallo della principalediscontinuità visibile nella sezione ERT4.L’analisi di ampiezza e continuità degli orizzonti riflettenticonferma la presenza di una discontinuità ad alto angoloche taglia i riflettori (linea rossa in Figura 12). La secondalinea sismica L2 è stata realizzata a cavallo della ERT5 e

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sembra indicare con maggiore evidenza l’interruzione deiriflettori collegabili ad una faglia, interruzione che nonsembra più riconoscersi negli orizzonti più superficiali(Figura 13).Il profilo radar invece, è stato realizzato a cavallo tra laERT6 e la ERT7. Questo mostra, con altissima risoluzioneun “gradino” quasi sicuramente tettonico, creato dalsovrascorrimento (Figura 14).Infine, appena a valle della sezione ERT4 è stata apertauna trincea paleosismologica con lo scopo, attraversol’analisi dei depositi (Figura 15-16), di cercare indizi circa lapossibile presenza di una faglia attiva e capace (secondo idettami della norma). Quello che ha mostrato la sequenza sedimentaria risulta

compatibile con un’aggradazione fluviale ad energiavariabile, sia con depositi fini (argille) che più grossolani(sabbie e ghiaie). Le sequenze fluviali mostranointercalazioni di colluvi ad alta energia, assimilabili a mudflow/debris flow, provenienti dai vicini versanti, che siosservano in maniera marcata solo sul settore nord dellatrincea (unita 1 e 2 di Figura 16). La sequenza è sigillata dasabbie fluviali e colluvi disposti orizzontalmente di circa 2 metri di spessore (unità3 di Figura 16). La presenza di materiale antropico (laterizie ceramica) nello strato sommitale ha infine permesso didatarlo all’epoca storica. Tuttavia dall’analisi dei sedimentinon si evincono evidenti segni di fagliazione. Laclinostratificazione di alcuni livelli granulari (unità 2 di




Figura 12Confronto tra la sezioneERT4 a sinistra e la lineasismica L1 a destra; in rosso ladiscontinuità.

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Figura 16) potrebbe dipendere da una piega tettonica maanche dall’originaria geometria deposizionale (si trattainfatti di barre di meandro) lasciando una certa ambiguitàinterpretativa. In trincea si nota inoltre il contatto lateralerilevato nella ERT1 e nella ERT4, ovvero quello tra idepositi ghiaiosi (classificato nella trincea come unità 1 inFigura 15) e i depositi sabbioso-limosi (unità 3 in Figura15). L’analisi di insieme dei dati geofisici, della morfologiae dei dati di letteratura (Galadini et al., 2005),suggeriscono di ipotizzare un thrust ad alto angolo conorientazione circa NO-SE, il quale, a Nord-Ovest sisviluppa come un singolo piano di faglia mentre a Sud-Estdell’abitato Vila di Villa tende a ramificarsi in due piani difaglia. Risulta molto incerta l’ipotesi di un’altra faglia postapiù a Nord che, secondo la letteratura dovrebbe raccordarsicon la faglia presente più ad est e denominata thrust delCansiglio (come si può notare in figura 4).Mediante modellazione geologica 3D, con il programmaSKUA-GOCAD, è stato possibile rappresentare l’ipoteticopiano di sovrascorrimento (in rosso) così come intercettatodalle diverse tomografie elettriche (Figura 17). Lo schema

concettuale di sviluppo del piano di sovrascorrimentopotrebbe essere quello riportato in Figura 18. La fagliataglia il substrato creando un gradino tettonico ed i depositiPleistocenici prima, ed Olocenici poi, sigillano e livellano lamorfologia creata dalla faglia. Il contatto laterale tra talidepositi non è quindi completamente tettonico sebbene latettonica diventi un fattore di controllo chiave dellasedimentazione. Episodicamente gli agenti di trasportoriescono a superare il gradino morfo-tettonico condeposizione di materiali granulari anche a monte dellafaglia (come nel caso della ERT5, ERT6 ed ERT7).

5. Conclusioni

Lo scopo di questa Tesi consisteva nella ricerca e nellamappatura, con metodi geofisici, di faglie attive e capacinella pedemontana veneta orientale. La conoscenza di talistrutture è richiesta dalla normativa attuale e nelcontempo può essere un dato vitale per la pianificazioneurbanistica e per l’adeguamento di infrastrutture esistenti. Lo studio è stato condotto integrando diverse tecniche di


Figura 13Confronto tra la sezioneERT5 a sinistra e la lineasismica L2 a destra.

Figura 14Confronto tra il profilo RadarR1 in alto e la sezione ERT 6in basso.

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indagine geofisica quali tomografia di resistività, lasismica a riflessione ad alta risoluzione ed il GroundProbing Radar. La geologia della zona, come pure l’assettostrutturale descritti in letteratura e le informazionidisponibili si sono rivelate una utile guida per ilposizionamento degli stendimenti. Le indagini geofisiche,oltre ad aver consentito di ottenere informazioni circa ilcampo di resistività e riflettività delle diverse formazioni

geologiche, hanno consentito di posizionare conprecisione un thrust attivo, la cui esistenza in vicinanzadell’area di studio era stata evidenziata da una serie dilinee sismiche a riflessione acquisite per scopi petroliferi.Il thrust, sembrerebbe avere un’orientazione NO-SE con lazona più a Nord caratterizzata solamente da un piano disovrascorrimento mentre verso Sud-Est tenderebbe acreare una sorta di “forbice” con due probabili piani di


Figura 15Parete Est della trincea paleosismologica. Orientamento N-S.

Figura 16Parete Ovest della trincea paleosismologica. Orientamento N-S.

Figura 17Rappresentazione del pianodi sovrascorrimento(tracciato in rosso) rispettoalle diverse ERT nelmodellatore geologicoSKUA-GOCAD.

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sovrascorrimento. Il thrust sembra dislocare i depositi diconoide dei torrenti di Sarmede e Villa ed in particolaresono stati individuati dei livelli ghiaiosi di spessore ridottonella zona di hanging-wall, e accumuli più importanti deimedesimi depositi nella zona di foot-wall. Dall’analisi diqueste immagini geofisiche è stato possibile ipotizzare unpaleoambiente di conoide dominato da trasporti torrentizi(depositi sabbioso-ghiaiosi) con un confinamentotettonico laterale dovuto ad un piccolo gradino incorrispondenza del thrust e con una parte di monte insollevamento. Le immagini geofisiche hanno consentitoanche di chiarire seppur in maniera parziale, i limitideposizionali dei diversi corpi di conoide nel settore Nordrispetto ai limiti dei corpi di conoide nel settore di Nord-Ovest. Le linee sismiche ed il profilo radar sono statifunzionali ad ottenere una maggiore confidenza sullapresenza del thrust in vicinanza della superficietopografica. L’analisi dei riflettori sismici e radar haconfermato la presenza di una discontinuità verticale,presumibilmente attribuibile ad una faglia, sia agli estremiche al centro della zona studiata validando le risultanzedelle tomografie elettriche. L’apertura di una trinceapaleosismologica in corrispondenza della ERT1 non haevidenziato marcatori inequivocabili di fagliazione. Alcuni strati infatti, come l’1b, l’1c, l’1d e il 3b, risultano

arcuati, tuttavia la loro giacitura è compatibile con unanormale sequenza di aggradazione in corrispondenzadella sponda di un alveo. Non vi sono quindi evidenze certeche siano stati interessati da fenomeni di deformazionetettonica. Tuttavia nell’ipotesi (non dimostrabile) che ciòpossa essere avvenuto, i movimenti si sarebbero verificatisubito dopo la deposizione delle barre (già inclinate pernormale aggradazione laterale) e l’eventuale contributodella tettonica non sarebbe distinguibile dalle normaligiaciture sin-deposizionali. Un’altra ipotesi può riguardareil fatto che, successivamente al periodo di sollevamento, sisia verificato un periodo di stasi coincidente con ladeposizione dei sedimenti appena descritti, motivo per cuinon si riscontrerebbero tracce di fagliazione.Alla luce di queste osservazioni e in riferimento allenormative di Microzonazione Sismica si può asserire che: - nel caso i depositi di barra e i colluvi siano stati

interessati da deformazioni indotte dalla presenza diuna faglia più profonda, si tratterebbe di una fagliaattiva (< 40.000 anni), così come risultato dall’analisicon il metodo del radiocarbonio;

- la giacitura orizzontale e l’assenza di deformazioni opiani di faglia nei depositi prossimi alla superficiepermette di affermare, almeno sulla base dei datidisponibili, che l’eventuale faglia non è “capace”.


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Bibliografia

Figura 18Schema concettuale disviluppo della fagliarealizzato mediante softwareAdobe Illustrator.

In questo momento siamo tutti impegnati a trovarepronte risposte di liquidità per affrontare la crisi primache sia troppo tardi. Occorre però lavorare seriamenteanche sulla “messa a terra” di tali risorse, sia di quelleche già ci sono, sia di quelle aggiuntive. Bisogna avereun metodo: partire dall’esistente, massimizzare edefficientare. Nella situazione attuale occorre pensare a

riorganizzare tuttii processi dellavita lavorativa edelle attivitàquotidiane.Moltissimo, inrealtà, si potrebbefare subito a“costo zero”. Nel settore deicontratti pubblici,per esempio, lasituazione non

appariva rosea neanche pre Covid-19. Ingenti risorsepubbliche stanziate nel corso degli ultimi anni nonhanno trovato traduzione in opere e i cantieri già incorso hanno subito forti ritardi.L’emergenza legata alla diffusione del Covid-19 imponeil rapido approvvigionamento di lavori (es. realizzazionedi ospedali e campi di terapia intensiva), forniture(dispositivi di protezione individuale, attrezzatura estrumentazione medica) e servizi (ad esempio di curasocio-sanitaria). La stessa rapidità è necessaria ancheper tutto l’indotto e, più in generale, per tutto ciò cheoccorre realizzare prontamente, sia nell’immediato chenella ripresa. In questo quadro non è pensabilecontinuare ad applicare il nostro farraginoso e “iper-restrittivo”, Codice dei Contratti Pubblici. Il nostroCodice, infatti, prevede, in parte, una disciplina piùrestrittiva rispetto a quanto previsto dalle direttiveeuropee.Basti pensare, ad esempio, che l’attuale soglia europeaprevede che si possa procedere all’affidamento direttoper gli appalti pubblici di lavori fino a 5.350.000 euro efino a 139.000 o 214.000 euro (a seconda dei soggettiinteressati) per le forniture e i servizi, mentre da noi lasoglia per entrambi, sia per i lavori che per le forniture ei servizi, è di soli 40.000 euro. Tuttavia, nel Codice visono alcune previsioni che si potrebbero utilizzarenell’immediato. Ad esempio, l’articolo 163 del Codice,prevede che, nei casi di somma urgenza ed emergenzanazionale, le stazioni appaltanti possano procedere conaffidamento diretto fino all’ammontare previsto dallesoglie comunitarie. Inoltre, l’articolo 63, comma 2,lettera c), recependo integralmente quanto previsto

dall’articolo 32 della direttiva 2014/24 UE, dà lapossibilità alle amministrazioni aggiudicatrici, nei casidi estrema urgenza derivante da eventi imprevedibilidall’amministrazione stessa, di procedere adaffidamento mediante procedura senza pubblicazionedel bando di gara. Partiamo da qui, cominciamo adutilizzare quello che già si può fare. Sotto questi profilinon occorre ricorrere alle direttive europee: è giàprevisto nel nostro Codice. Tuttavia, per superare icondivisibili timori delle stazioni appaltantinell’applicare la normativa sopra richiamata, un piccolointervento normativo, seppur ridondante, potrebbeaiutare nel chiarire espressamente quanto sopra.Occorre però pensare a cos’altro si può farenell’immediato di davvero efficace, con una semplice echiara previsione normativa che, soprattutto, nonnecessiti di ulteriore decretazione secondaria diattuazione. A mio avviso, tutte le stazioni appaltanti, apartire dai comuni, oggi sono chiamate ad affrontare lestesse difficoltà e ostacoli che incontra la Protezionecivile nella gestione dell’emergenza. Alla Protezionecivile sono state però concesse numerose deroghe che,invece, non sono previste per tutte le altre stazioniappaltanti. In particolare l’Ordinanza n. 630 del 3febbraio 2020, oltre a richiamare espressamentel’applicazione degli articoli 163 e 63 del Codice deiContratti Pubblici sopra descritti, prevede un’ulteriorelunga lista di deroghe a specifiche previsioni del Codice(come, ad esempio, in tema di subappalto) nel rispetto“vincoli derivanti dall’ordinamento comunitario”. Inquesto modo, sostanzialmente, il nostro Codicerisulterebbe allineato alle direttive europee senzaprevedere ulteriori restrizioni.Basterebbe, dunque, una semplice norma che, fino altermine dello stato di emergenza, estenda le deroghe alCodice dei contratti pubblici – o parte di queste – di cuiall’Ordinanza n. 630 a tutte le stazioni appaltanti.Un’unica previsione normativa, di poche righe, chepotrebbe avere un impatto dirompente nell’immediato,senza necessità di ulteriore decretazione attuativa esenza abrogare – rectius “sospendere” –espressamente l’intero Codice. Una mera sospensioneintegrale del Codice con semplice richiamo alledirettive europee, infatti, necessiterebbe comunque diuna qualche normativa interna che disciplini i profiliprocedurali che le direttive di riferimento nonprevedono. Ciò non può essere fatto in un giorno erichiederebbe tempo, che ora non abbiamo. Certo, postemergenza, è sicuramente fondamentale pensare a unasostanziale revisione del Codice, evitando, in buonasostanza il cd. gold-plating. Ora però non è il momentodegli indugi: ora bisogna fare bene e in fretta.

ll Codice dei ContrattiPubblici al tempo delCoronavirus

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NORMATIVA E PROFESSIONE I L G E O L O G O

a cura di SIMONE FROSINIVICEPRESIDENTE DELL'ORDINE DEI GEOLOGI DELLA TOSCANA

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