Nel campo dell'ispezione geofisica, una tecnica molto usata per risalire alle caratteristiche fisiche e meccaniche del terreno sotto osservazione e per studiarne il comportamento in caso di terremoto, è quella della misura della velocità di propagazione di onde sismiche. L'idea qui proposta è di ottenere la stima dell'umidità relativa del terreno partendo da una misura indiretta delle velocità di propagazione di onde elastiche nel suolo. Queste ultime vengono ricavate determinando il tempo di propagazione dell'onda trasmessa mediante attuatori appositamente realizzati, in grado di generare un' onda compressionale (onda prima) ed un' onda di taglio (onda seconda). Le due onde così generate hanno la peculiarità di dipendere, in maniera differente, dalle caratteristiche del fluido presente nel mezzo e dalle caratteristiche (fisiche, meccaniche e chimiche) del suolo; questa diversa dipendenza, insieme ad un'attenta analisi delle proprietà dei terreni agricoli, ha permesso di legare la misura della velocità di propagazione dell'onda alle caratteristiche fisiche e ai parametri elastici del mezzo. In tal modo si è ricavato un modello matematico completo ma semplificato sul quale si basa lo strumento di misura proposto. Il know-how sviluppato fino ad ora permetterà di mettere a punto un dispositivo che aggiunge alle peculiarità degli strumenti già presenti sul mercato, la facilità d'uso, la maneggevolezza, i costi di realizzazione più bassi, la maggiore accuratezza dei risultati di misura. Infine, vale la pena evidenziare che il modello e il prototipo, con opportuni accorgimenti, potrebbero applicarsi a campi come !'inquinamento da combustibili o la ricerca di siti archeologici dove la teoria di propagazione sonora in mezzi porosi non consolidati resta comunque valida. Le tecniche tradizionali, sviluppate per la misurazione del contenuto d'acqua del terreno, risultano sempre alquanto laboriose, poco accurate e molto lente (si pensi alla tecnica gravimetrica): in alcuni casi richiedono l'ausilio di apparecchiature costose (TDR) e operatori esperti (per esempio nell'utilizzo della sonda neutronica). Lobiettivo di questo studio è la realizzazione uno strumento di misura portatile che permetta l'esecuzione di misurazioni in situ e che sia facilmente utilizzabile dagli operatori del settore agronomico: il modello matematico sviluppato svincola l'utente da misure di laboratorio e si basa sulle proprietà di propagazione delle onde elastiche in materiali granulari e omogenei e sulla teoria di propagazione di onde sismiche.

Nuovo metodo per la misura del contenuto d’acqua nel terreno. Realizzazione del prototipo dello strumento

ADAMO, Francesco;ATTIVISSIMO, Filippo;FABBIANO, LAURA;GIAQUINTO, Nicola
2007-01-01

Abstract

Nel campo dell'ispezione geofisica, una tecnica molto usata per risalire alle caratteristiche fisiche e meccaniche del terreno sotto osservazione e per studiarne il comportamento in caso di terremoto, è quella della misura della velocità di propagazione di onde sismiche. L'idea qui proposta è di ottenere la stima dell'umidità relativa del terreno partendo da una misura indiretta delle velocità di propagazione di onde elastiche nel suolo. Queste ultime vengono ricavate determinando il tempo di propagazione dell'onda trasmessa mediante attuatori appositamente realizzati, in grado di generare un' onda compressionale (onda prima) ed un' onda di taglio (onda seconda). Le due onde così generate hanno la peculiarità di dipendere, in maniera differente, dalle caratteristiche del fluido presente nel mezzo e dalle caratteristiche (fisiche, meccaniche e chimiche) del suolo; questa diversa dipendenza, insieme ad un'attenta analisi delle proprietà dei terreni agricoli, ha permesso di legare la misura della velocità di propagazione dell'onda alle caratteristiche fisiche e ai parametri elastici del mezzo. In tal modo si è ricavato un modello matematico completo ma semplificato sul quale si basa lo strumento di misura proposto. Il know-how sviluppato fino ad ora permetterà di mettere a punto un dispositivo che aggiunge alle peculiarità degli strumenti già presenti sul mercato, la facilità d'uso, la maneggevolezza, i costi di realizzazione più bassi, la maggiore accuratezza dei risultati di misura. Infine, vale la pena evidenziare che il modello e il prototipo, con opportuni accorgimenti, potrebbero applicarsi a campi come !'inquinamento da combustibili o la ricerca di siti archeologici dove la teoria di propagazione sonora in mezzi porosi non consolidati resta comunque valida. Le tecniche tradizionali, sviluppate per la misurazione del contenuto d'acqua del terreno, risultano sempre alquanto laboriose, poco accurate e molto lente (si pensi alla tecnica gravimetrica): in alcuni casi richiedono l'ausilio di apparecchiature costose (TDR) e operatori esperti (per esempio nell'utilizzo della sonda neutronica). Lobiettivo di questo studio è la realizzazione uno strumento di misura portatile che permetta l'esecuzione di misurazioni in situ e che sia facilmente utilizzabile dagli operatori del settore agronomico: il modello matematico sviluppato svincola l'utente da misure di laboratorio e si basa sulle proprietà di propagazione delle onde elastiche in materiali granulari e omogenei e sulla teoria di propagazione di onde sismiche.
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