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Oggetto:
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GEOMECCANICA E APPLICAZIONI GEOLOGICHE

Oggetto:

Geomechanics and applications to Geology

Oggetto:

Anno accademico 2018/2019

Codice attività didattica
STE0026
Docente
Sergio Carmelo Vinciguerra (Titolare del corso)
Corso di studio
Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche Applicate
Anno
1° anno, 2° anno
Tipologia
A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
GEO/05 - geologia applicata
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Consigliata
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Conoscenze di base di geologia applicata, geotecnica e classificazione geomeccanica degli ammassi rocciosi. Nozioni di base dei metodi geofisici applicati e delle proprietà fisiche delle formazioni geologiche. Nozioni di base sui caratteri petrografici e petrochimici delle rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche e di analisi microstrutturali e analitiche. Nozioni di base dei meccanismi deformativi, della reologia dei geomateriali e di analisi strutturale. Nozioni di base di sismologia, vulcanologia e geotermia.
Basic knowledges of applied geology, geotechnics and geomechanics classification of rock masses. Basic understanding of applied geophysics methods and physical properties of geological units. Basic understanding of petrographical and petrochemical features of magmatic, sedimentary and metamorphic rocks and microstructural and analytical analyses. Basic understanding of deformation mechanisms, geomaterials rheology and structural analysis. Basic understanding of seismology, volcanology and geothermy.
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Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

L'insegnamento si propone di fornire gli strumenti per la caratterizzazione meccanica delle rocce ai fini dell'interpretazione quantitativa delle misure effettuate a scala di terreno con metodi geologico/geofisici e della definizione dello stile deformativo che interessa i geomateriali alla scala crostale. In particolare verranno illustrate tecniche di laboratorio finalizzate alla misura di parametri meccanici e alla descrizione del comportamento reologico finalizzati alla mitigazione sia dei rischi naturali che indotti.

I contenuti proposti all'interno dell'insegnamento concorrono al raggiungimento degli obiettivi formativi della laurea magistrale per quanto attiene gli aspetti applicativi di caratterizzazione meccanica delle rocce. In particolare le tecniche apprese durante le lezioni forniscono uno strumento quantitativo per la mitigazione dei rischi naturali, quali terremoti ed eruzioni vulcaniche che per lo studio di problematiche legate ad applicazioni industriali quali la geotermia, lo stoccaggio di CO2 e l'estrazione di idrocarburi.   

The course aims to provide the tools for characterizing mechanically rocks and so quantitatively interpret the measurements carried out at the field scale with geological/geophysical methods and define the deformation style of geomaterials at the crustal scale. In particular laboratory techniques will be developed aiming to the measurement of mechanical parameters and to the description of the rheological behavior for mitigation of both natural and induced risks.  
The course contents allow to fit  the learning objectives of the master's degree because of the applicative side offered by  the rock mechanics characterization. In particular the methods proposed provide a quantitative tool for the natural hazards mitigation, such as earthquakes and volcanic eruptions and for the study of industrial applications such as geothermy, CO2 storage and hydrocarbons extraction.



Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi


Conoscenza e capacità di comprensione.

Alla fine di questo insegnamento lo studente dovrà:

- conoscere i principali metodi per la caratterizzazione geomeccanica delle rocce e degli ammassi rocciosi;
- conoscere le principali tecniche sperimentali e analitiche utilizzate in esperimenti di deformazione delle rocce e simultaneo monitoraggio dei diversi parametri fisici;
- organizzare indagini geologico/geofisiche multiscala finalizzate alla definizione del comportamento meccanico delle rocce e degli ammassi rocciosi a diverse condizioni di stress crostali;  
- associare le metodologie e le condizioni sperimentali più idonee a diversi contesti geologici oggetto di rischi naturali (es. terremoti, frane, eruzioni vulcaniche) ed indotti (es. geotermia, stoccaggio di CO2, estrazione di idrocarburi). 

 Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:

- interpretare in termini litologici i risultati di indagini geologico/geofisiche in differenti contesti litologici;
- determinare il legame tra l'evoluzione dei parametri meccanici e quelli fisici durante prove di deformazione e fratturazione delle rocce;   
- proporre tecniche di indagine multiscala finalizzate alla definizione del comportamento meccanico delle rocce e degli ammassi rocciosi; 
- associare le metodologie e le condizioni sperimentali più idonee a diversi contesti geologici;
- utilizzare la geomeccanica come strumento quantitativo per il supporto applicativo di indagini geofisiche e geologiche in situ e per il monitoraggio geologico/geofisico finalizzato alla riduzione dei rischi naturali ed indotti.

Autonomia di giudizio

Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà formulare un giudizio:

- sulle metodologie di indagine geomeccaniche multiscala più adatte a diverse litologie e contesti geologici;
- sulla qualità dei dati acquisiti e la correttezza delle elaborazioni su di essi condotte.

 Abilità comunicative

Alla fine dell'insegnamento lo studente dovrà sapere:

- utilizzare il linguaggio tecnico della geomeccanica e delle metodologie sperimentali e analitiche coinvolte nelle indagini;
- coordinarsi con diverse figure professionali che lavorano nel campo della geomeccanica sia al livello di ricerca di base che nell'industria e negli ordini professionali.   

Capacità di apprendimento

Alla fine di questo insegnamento lo studente avrà le capacità di studio autonomo e di valutazione critica delle tecniche geomeccaniche e petrofisiche utilizzate in varie applicazioni geologiche.

 

 Knowledge and learning outputs

 
At the end of the course the student will:
- learn the main methods for the geomechanical caracterisation of rocks and rock masses;
- learn the main experimental and analytical techniques underlying rock deformation experiments and simultaneous monitoring of physical parameters;  
- organise multi scale geological/geophysical surveys aimed to define the mechanical behaviour of rocks and rock masses at different conditions of crustal stresses; 
- select the proper methodologies and experimental conditions for different geological contexts subject to natural hazards (e.g. earthquakes, landslides, volcanic eruptions) and induced hazards (e.g. geothermal, CO2 storage, oil extraction). 
 
Capability of applying knowledge and learning
 
At the end of the course the student will: 
- interpret in lithological terms the results of geological/geophysical surveys in different geological contexts; 
- determine the links between the evolution of mechanical and physical parameters during the deformation and fracturing rock tests; 
- propose multi scale geological/geophysical surveys aimed to define the mechanical behaviour of rocks and rock masses; 
- select the proper methodologies and experimental conditions for different geological contexts.
 
Autonomous assessment
At the end of the course the student will be able to develop a judgement upon: 
- the methodologies of multiscale geomechanical surveys more suitable to the different geological contexts; 
- the quality of acquired data and the accuracy of data processing; 
- use geomechanics as quantitative tool as applied holder of  'in situ' geological/geophysical surveys and geological/geophysical monitoring aimed to natural and induced hazards mitigation.
 
Communication skills
At the end of the course the student will know how to: 
- use the technical language in geomechanics and the experimental and analytical techniques adopted for the surveys; 
- be able to deal with different professionals working in the geomechanics field either at the fundamental research level or industry and professional bodies.
 
Learning skills
 
At the end of the course the student will develop autonomous skills for studying and critically evaluate geomechanics and petrophysics techniques applied to different geological problems. 



Oggetto:

Programma


Introduzione all'insegmamento ed elementi di geomeccanica.
Stato di stress e metodi per la determinazione dello sforzo nella crosta terrestre.
Deformazione e fratturazione, analisi dello stress e dello strain. Meccanica delle fratture e moduli elastici.
Influenza chimico-meccanica della pressione dei fluidi.
Determinazione sperimentale di parametri meccanici in prove mono, triassiali, resistenza a trazione e al taglio.
Deformazione elastica, fragile e duttile. Anisotropia meccanica e modelli micromeccanici. 
Determinazione sperimentale di parametri meccanici in campioni di rocce.
Meccanismi di deformazione e proprietà fisiche. Esperimenti di laboratorio ad alta pressione e temperatura.
Determinazione sperimentale di parametri fisici (densità, porosità, velocità onde elastiche).
Meccanica dei terremoti, attrito ed esperimenti di laboratorio.
Deformazione e reazioni termo-chimiche in aree vulcaniche.
Comportamento meccanico di ammassi rocciosi e monitoraggio dei precursori della rottura.
Geomeccanica e applicazioni industriali (geotermia, idrocarburi e stoccaggio di CO2).
Leggi di scala e modellizzazione dalla micro alla macroscala.


Course introduction and geomechanics principles.
Stress state and methods for the determination of stress in the earth crust.
Deformation and fracturing, stress and strain analysis.
 Fracture mechanics and elastic moduli.
Chemico-mechanical influence of fluids pressure.
Experimental determination of mechanical parameters in uniaxial and triaxial tests, tensile and shear strength.
Elastic, brittle and ductile deformation. Mechanical anisotropy and micromechanical models.
Experimental determination of mechanical parameters in rock samples.
Deformation mechanisms and physical properties.
Laboratory experiments at high pressure and temperature.
Experimental determination of physical parameters (density, porosity, elastic waves velocity).
Earthquake mechanics, friction and laboratory experiments.
Deformation and thermo-chemical reactions in volcanic areas.
Mechanical behavior and industrial applications (geothermy, hydrocarbons and CO2 storage).
Scaling laws and micro to macro scale modeling. 

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Modalità di insegnamento

La metodologia didattica impiegata consiste in:

• Lezioni frontali (N. ore): 36

• Esercitazioni di laboratorio (N. ore): 24

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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si svolge mediante una prova scritta della durata di 2,5 ore. La prova scritta consiste nel rispondere in modo discorsivo ed esauriente a 3 domande di carattere generale relativamente al programma svolto e 2 esercizi di interpretazione dati meccanici relativi alle esercitazioni svolte durante il corso a risposta aperta.  Un massimo di 20 punti verrà assegnato alle 3 domande di carattere generale, mentre un totale di 10 punti verrà assegnato ai 2 esercizi. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti. Dopo la correzione degli scritti lo studente viene convocato per una prova orale volta a discutere la prova scritta e permettere allo studente la possibilità di esporre eventuali precisazioni ed accertare le conoscenze acquisite. Alla fine del colloquio la Commissione si riserva di modificare il giudizio ottenuto allo scritto sulla base del colloquio.

The exam consists of two sections: written and oral exam.

The written exam will have a duration of 2,5 hours. The student will answers 3 broad questions on the programme and 2 exercises on interpretation of the mechanical data from practicals carried out during the course. A maximum of 20 marks will be assigned to the 3 general questions, while a maximum of 10 points will be given to the exercises.

In order to be admitted to the oral exam, at least 18 marks must be obtained at the written exam. The oral exam will consist in a discussion of the written exam, so that the student can discuss can make clarifications and his/her knowledge assessed.  At the end of the oral interview the exam panel can modify the total marks on the outcome of the oral exam. 

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Testi consigliati e bibliografia

1) Experimental Rock Deformation - The Brittle Field
Autore: T.F. Wong&M. PatersonEdizione: 2005
Casa editrice: Springer, 335 pagine

 2)Fundamentals of Rock Mechanics
Autore: Jaeger J.C., Cook N.G.W., Zimmermann R.
Edizione: 4th Edition, 2007, 488 pp
ISBN: 978-0-632-05759-7

3)The Rock Physics Handbook: Tools for Seismic Analysis of Porous Media
Autore: Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J., Edizione: 2003 - 340 pagine
Casa editrice: Cambridge University Press

 

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Ultimo aggiornamento: 05/07/2018 13:44
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