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GEOMECCANICA E APPLICAZIONI GEOLOGICHE

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Geomechanics and applications to Geology

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Anno accademico 2016/2017

Codice dell'attività didattica
STE0026
Docente
Sergio Carmelo Vinciguerra (Titolare del corso)
Corso di studi
Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche Applicate
Anno
1° anno 2° anno
Tipologia
A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
GEO/05 - geologia applicata
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Consigliata
Tipologia d'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

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Obiettivi formativi

Il corso 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 delle stile deformativo che interessa i geomateriali alla scala crostale. In particolare verranno sviluppate tecniche di laboratorio finalizzate alla misura di parametri meccanici e alla descrizione del comportamento reologico finalizzati sia alla mitigazione dei rischi naturali, quali terremoti ed eruzioni vulcaniche che ad applicazioni industriali come la geotermia e lo stoccaggio di CO2.  
I contenuti proposti all'interno del corso 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 il corso 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 natural hazards mitigation, such as earthquakes and volcanic eruptions and for industrial applications such as geothermy and CO2 storage.  
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.



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Risultati dell'apprendimento attesi


Caratterizzazione meccanica delle rocce lapidee. Stress e Deformazione. Elementi di poro elasticità’ e termoelasticità. Conoscenze della evoluzione delle proprietà meccaniche di rocce crostali in funzione di parametri quali pressione, temperatura pressione di poro e capacità di interpretare informazioni litologiche da indagini geologico/geofisiche in differenti contesti litologici. 
Conoscenza di tecniche sperimentali e analitiche per la deformazione delle rocce e criteri di rottura. Resistenza a compressione monoassiale e triassiale, resistenza a trazione, resistenza al taglio e comportamento meccanico di ammassi rocciosi (criteri di Mohr Coulomb e criterio Hoek e Brown), Deformazione elastica, fragile e duttile. Effetti dell’anisotropia meccanica sulla deformazione. Modelli micromeccanici di deformazione. Propagazione delle onde elastiche nelle rocce, parametri fisici e meccanismi di deformazione. Attrito ed esperimenti di laboratorio.   
Utilizzo della geomeccanica come strumento quantitativo per il supporto applicativo di indagini geofisiche e geologiche in situ e per il monitoraggio geologico/geofisico in contesti sismici, vulcanici e franosi.   

Mechanical characterization of integer rocks. Stress and strain. Poroelasticity and thermoelasticity highlights. Knowledge of the mechanical properties of crustal rocks as a function of pressure, temperature, pore pressure and capability of interpreting lithological information from geological/geophysical investigations in different geological contexts.

Knowledge of experimental and technical techniques for rock deformation and fracture modes.  Uniaxial and triaxial compressive strength, tensile strength, shear strength and mechanical behavior of rock masses (Mohr-Coloumb and Hoek and Brown criteria), elastic deformation, brittle and ductile. Effects of mechanical anisotropy on deformation. Deformation micromechanical models. Elastic waves propagation in rocks, physical parameters and deformation mechanisms, friction and laboratory experiments.

Geomechanics   as a quantitative tool applied to geophysical/geological investigations in situ and for the geological/geophysical monitoring in seismic, volcanic and landslides settings. 



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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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Programma


Introduzione al corso 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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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: 28/07/2016 10:31
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