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RILIEVO E ANALISI DELLE FRATTURE DELL’AMMASSO

Dopo aver digitalizzato le tracce ed i piani di frattura, le fratture rilevate vengono separate in famiglie, ognuna distinta in base ad un colore diverso, tramite l’uso dello stereogramma.

È quindi possibile identificare e misurare un numero sufficiente di fratture (ad esempio, secondo la ISRM (1978). "Suggested methods for the quantitative description of discontinuities in rock masses". Int. Journal Rock Mechanics, Mining Sciences & Geomechanical Abstr. 15: 319–3688) anche nel caso in cui l’ammasso roccioso risulta inaccessibile, troppo pericoloso per l'accesso, o quando l’accesso potrebbe causare involontarie piccole frane o cadute di massi che possono rivelarsi pericolose per le persone, gli automobilisti, gli edifici o le attrezzature che si trovano al di sotto del pendio in esame.

Qui viene riportato un esempio di una parete che si trova ad una distanza compresa tra1,8 e 2,5 chilometri (da 1.1 a 1.5 mi) dai punti in cui erano state posizionate le macchine fotografiche. L'obiettivo era quello di determinare non solo le diverse famiglie di fratture, ma anche la dimensione dei blocchi di roccia sulla parete; infatti, questo studio è stato commissionato per identificare i blocchi di roccia da utilizzarsi nelle successive simulazioni di cadute massi e per la progettazione delle opere di mitigazione del rischio. In questi casi, non solo è necessario identificare un numero sufficiente di fratture, ma è anche necessario digitalizzare tutte le fratture presenti, perché altrimenti la determinazione della dimensione dei blocchi risulterà errata. Questo esclude l'utilizzo del LiDAR perché le tracce di frattura non possono essere correttamente identificate nei dati LiDAR.

Quando le fratture sono state digitalizzate interpolando piani di colori diversi in base alla rispettiva famiglia come visto sopra, LRRT è in grado di osservare da vicino l’intero ammasso roccioso, potendo ruotare, zoommare, ed analizzare nel dettaglio l’intero modello 3-D texturizzato con fotografie ad alta risoluzione. Allo stesso modo, tutte le misure relative alle fratture vengono effettuate direttamente sul modello 3D.

Anche se rimane necessario il lavoro di rilevamento sul campo, questa tecnologia può completare tale rilevamento come segue:

  • Anche quando il pendio è accessibile, il tempo necessario per un geologo per coprire un intero pendio con corde e imbragatura è molto più lungo di quello richiesto per digitalizzare lo stesso numero di fratture su un computer. Il maltempo o le condizioni climatiche in generale, possono ulteriormente ritardare il lavoro e/o renderlo molto disagevole. Lavorando su un modello fotogrammetrico, possono essere  identificate e misurate molte più fratture, con evidenti vantaggi per una corretta caratterizzazione dell’ammasso roccioso.
  • Quando le fratture sono molto estese, per una persona che lavora in prossimità della  parete di roccia può essere difficile riconoscere che la stessa struttura appare in diversi punti del (oppure ovunque sul) pendio da rilevare. Tali strutture possono essere identificate in modo errato, misurate più volte (creando quindi una distorsione dei dati raccolti), o addirittura trascurate (perché troppo grandi alla scala del rilievo manuale sull’ammasso).
  • Ecco un tipico esempio di raggruppamento (cluster) di fratture: la scala dell’immagine è pari a circa 1 m e, in questo caso, si sono utilizzati il colore rosso per indicare dischi creati a partire da tracce di fratture e il colore celeste per indicare dischi creati a partire da piani di fratture. Tali raggruppamenti di fratture sono tipicamente responsabili della maggioranza delle venute d’acqua. La loro documentazione tramite modelli 3D permette di conoscere con esattezza dove si sono incontrati tali raggruppamenti durante lo scavo (per esempio se in futuro si riscontra una venuta d’acqua anomala) e la loro caratterizzazione (compresi sistemi  geostatistici e il sistema PIJ Dershowitz’s) ) permette di affinare la modellazione delle fratture (ad esempio, utilizzando delle analisi stocastiche, geostatistiche, e modelli frattali) preparata in fasi precedenti. Tale modello migliorato può quindi essere utilizzato per modellare le venute d’acqua, il moto dei fluidi in sotterraneo, o per prevedere il percorso di fluidi contaminanti nell’ammasso. Infatti, si può utilizzare qualsiasi tipo di stendimento, compresi stendimenti circolari che forniscono dati non distorti (ad esempio., M. Mauldon, J. G. Mauldon Fracture sampling on a cylinder: From scanlines to boreholes and tunnels. Rock Mechanics and Rock Engineering, 30, 129-144, 1997); Tracciare ed utilizzare stendimenti circolari su un fronte verticale, opportunamente imbragati e appesi alla parete per mezzo di corde, risulterebbe semplicemente impossibile!
  • Coalescenza delle fratture. L’esame delle fratture sul modello tridimensionale permette anche di notare quando fratture della stessa famiglia si uniscano a formare una frattura a gradini, come illustrato in questa figura. Tale fenomeno spiega parte della variabilità delle orientazioni misurate per una singola famiglia di fratture e riduce o addirittura annulla l’affidabilità della stima delle dimensioni dei blocchi basata sulla dimensione delle fratture naturali. Abbiamo infatti sovente notato come diversi blocchi disgaggiati siano delimitati da fratture appartenenti alla stessa famiglia di fratture che, sebbene inizialmente distinte, si sono unite in un’unica frattura a causa dello sparo e del cambio dello stato tensionale causato dallo scavo.

• Precisione delle tracce di frattura. Questo esempio illustra un tipico caso in cui due fratture della stessa famiglia sono state digitalizzate in modo diverso: digitalizzando un piano di frattura (disco celeste), oppure digitalizzando una traccia di frattura (disco rosso). I due dischi che ne risultano hanno la medesima orientazione, a conferma dell’accuratezza della digitalizzazione delle fratture e del sistema usato. Questa è una conseguenza del fatto che LRRT attribuisce in maniera attenta e accurata i pixel alla superficie tridimensionale reale. Come risultato, le lunghezze delle tracce di frattura possono essere determinate con precisione; LRRT ha sviluppato tecniche per ricavare le dimensioni delle fratture dalla distribuzione di probabilità delle tracce delle  fratture (F. Tonon, and Chen, S. Closed-form and numerical solutions for the probability distribution function of fracture diameters. Int. J. of Rock Mech. and Mining Sci. 44 (3), 2007, 332-350. DOI: 10.1016/j.ijrmms.2006.07.013). Infine, la possibilità di ruotare, manipolare e zoomare il modello tridimensionale con fotografie ad alta risoluzione permette di identificare agevolmente relazioni tra strutture e/o giunti che altrimenti sarebbero difficilmente identificabili in sito, specialmente durante il tempo limitato a disposizione del geologo.

 

 

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