GEOLOGIA APPLICATA
GEOLOGIA APPLICATA
. La locuzione "geologia applicata" è usata generalmente per indicare il campo culturale avente come oggetto i rapporti tra la realtà geologica (v. geologia, XVI, p. 619; App. II, 1, p. 1030) e le attività pratiche dell'uomo che in qualche modo con essa interferiscono.
Nella letteratura e nell'uso corrente, per riferirsi in generale a tale tematica, sono talvolta adoperati, accanto al termine di g. a., termini diversi, attribuendo però a questi un significato molto più ampio di quello che ormai, più o meno convenzionalmente, hanno acquisito. È il caso per es., dei termini geotecnica (App. II, 1, p. 1030), geologia tecnica e geologia pratica: il primo oggi riferito esclusivamente alla disciplina che studia su basi fisico-matematiche il comportamento meccanico dei terreni e delle rocce; il secondo più spesso usato come sinonimo di geologia dell'ingegnere, di g. a. all'ingegneria e di geologia delle costruzioni, con riferimento esclusivo o preferenziale alle applicazioni nell'ambito dell'ingegneria civile; il terzo infine, ormai poco in uso, talvolta limitato a indicare una trattazione dei problemi a livello non elevato, con indirizzo esclusivamente operativo, nella didattica e nella manualistica.
Nel significato precedentemente dato, la g. a. si colloca tra le scienze geologiche con finalità puramente conoscitive da un lato e le ingegnerie (comprese le tecniche agrarie) dall'altro, costituendo il necessario collegamento tra questi campi culturali che, per origine e tradizione, hanno conservato impostazioni sostanzialmente diverse.
Sotto questo punto di vista, la g. a. non si limita a studiare l'utilizzazione ai fini pratici del patrimonio conoscitivo delle scienze geologiche "pure", ma sviluppa anche una propria problematica interdisciplinare, che nasce appunto dai condizionamenti che la realtà geologica precostituita esercita sulle varie tecniche impiegate dall'uomo per realizzare le sue finalità. In tale rapporto è più spesso l'uomo che si pone come soggetto attivo, e i problemi nascono dai suoi interventi sulla situazione naturale per modificarla a proprio vantaggio (per es., con l'inserire nel terreno le sue opere, con lo sfruttamento delle risorse del suolo e del sottosuolo). A volte invece è la realtà geologica, con le manifestazioni più o meno violente della sua evoluzione sempre in atto, che interviene a disturbare e minacciare l'uomo nella sua vita e nelle sue attività, ponendo con ciò alla g. a. problemi di difesa e di controllo (per es. frane, subsidenze, terremoti, eruzioni vulcaniche).
Se il patrimonio delle scienze geologiche "pure" fornisce la base culturale essenziale per la soluzione dei vari problemi di g. a., per contro grandissimo è stato il contributo di dati e di concetti che le scienze stesse hanno ricevuto da indagini e studi impostati e condotti con fini applicativi. Agli studi stimolati dalla ricerca di giacimenti di idrocarburi si deve, per es., in epoca recente, l'enorme e rapido sviluppo della sedimentologia e della geologia sedimentaria, che ha avuto influssi importantissimi su tutta la moderna impostazione degli studi geologici; un altro esempio è rappresentato dalle conoscenze sulla neotettonica, grandemente arricchite dagli studi che sono condotti per caratterizzare il grado di pericolosità delle diverse zone nei riguardi di potenziali manifestazioni sismiche, suggeriti da esigenze di programmazione territoriale, di normative sulle costruzioni, di insediamenti di impianti particolarmente delicati.
Il grande sviluppo che ha avuto la g. a. nell'ultimo trentennio deriva da diversi fattori che concorrono a rendere sempre più frequente e impegnativo il rapporto tra il terreno e l'attività umana. Tra questi certamente importanti sono: la profonda trasformazione delle tecniche dell'ingegneria civile con l'introduzione di mezzi meccanici di grande potenza soprattutto nel campo degli scavi, la sempre maggiore utilizzazione del sottosuolo da parte della collettività per centrali, serbatoi, vie di comunicazione, ecc., la penuria di risorse idriche e il progressivo esaurirsi delle più ricche fonti tradizionali di materie prime, lo sviluppo di piani di bonifica agraria su vasta scala, l'attenzione sempre più viva ai temi della pianificazione e gestione del territorio, dell'eliminazione dei residui inquinanti e della prevenzione dei danni per calamità naturali.
Principali settori della geologia applicata. - La grande varietà delle attività umane che hanno rapporti più o meno diretti con il terreno, ciascuna con proprie esigenze e con un proprio patrimonio tecnico, ha portato al formarsi, nell'ambito della g. a., di diversi settori di competenza, che si caratterizzano per il campo di applicazione, avendo in generale in comune una base culturale geologica più o meno ampia. Alcuni di questi hanno avuto un forte sviluppo e possono considerarsi come corpi di dottrina autonomi. Tra questi possono annoverarsi, per es., la geologia mineraria, la geologia tecnica e l'idrogeologia.
In ciascuno di questi settori gli sviluppi più spinti verso i dettagli applicativi si compenetrano e si confondono con le tematiche proprie di altre discipline, che provengono dai tronchi dell'ingegneria civile e mineraria e delle tecniche agrarie, ma sono caratterizzate da una particolare apertura verso i problemi geologici; tra queste, per es., la geotecnica (meccanica dei terreni e meccanica delle rocce), le varie tecniche minerarie, l'idrologia, la pedologia, ecc.
Un settore tradizionalmente ben individuato nell'ambito della g. a. è quello della ricerca e riconoscimento delle risorse non rinnovabili del sottosuolo: minerali per l'industria metallurgica e chimica, fonti di energia (idrocarburi, carboni, uranio, vapori e acque calde), materiali da costruzione. Al complesso, o a parte di questo settore culturale, si riferiscono i termini di geologia mineraria, g. a. ai giacimenti minerari, geologia economica, geologia del petrolio e del carbone, ecc. Si tratta di un campo che si pone a cavallo tra le scienze geologiche e le tecniche minerarie, concettualmente unitario, ma per altro estremamente diversificato come metodologie operative e livello di razionalità raggiunto.
I giacimenti di materie prime, quasi senza eccezione, corrispondono a corpi relativamente molto piccoli a scala geologica, dispersi nell'ambito della crosta terrestre, spesso privi di caratteri appariscenti. Fin dai tempi remoti perciò l'uomo ha ricercato, nell'ambiente geologico banale, segni e criteri che l'orientassero nel ritrovamento di queste preziose particolarità. Parallelamente allo sviluppo della geologia generale - che dalla fase naturalistica, a base essenzialmente descrittiva, tende a forme più mature d'interpretazione dell'evoluzione dell'ambiente e dei fattori che l'hanno determinata - la geologia mineraria è passata progressivamente da uno studio sostanzialmente empirico, di confronto con situazioni favorevoli già note e poi di connessione dei giacimenti con particolari litologici o tettonici presi a sé, allo stadio attuale in cui può considerare i giacimenti come razionalmente legati ad ambienti naturali, ben definiti nel tipo, nel tempo e nello spazio, e spesso riconoscibili con un'attenta lettura della geologia della zona.
Il riconoscimento dei legami razionali tra ambiente geologico e presenza (potenziale) di giacimenti di sostanze utili è particolarmente avanzato soprattutto nel campo degl'idrocarburi e dei carboni e, in una certa misura, anche per quasi tutti gli altri giacimenti chiaramente formatisi in ambiente sedimentario.
Conseguenza pratica importante del raggiungimento di questi risultati conoscitivi è la possibilità di selezionare, sulla base dello studio geologico preliminare, le zone potenzialmente più promettenti, per concentrare su queste le osservazioni di dettaglio e i costosi lavori d'indagine diretta.
Relativamente molto meno avanzate sono le conoscenze dei legami razionali tra giacimenti e ambiente geologico nel campo, peraltro estremamente più difficile, dei fenomeni endogeni e nell'ambito delle serie fortemente metamorfosate.
Tuttavia anche in questo campo, dopo la profonda revisione critica del patrimonio dottrinario accumulato fino alla metà di questo secolo, si stanno facendo notevoli progressi soprattutto riguardo ai legami tra giacimenti, magmatismo ed evoluzione tettonica, locale e globale.
Suggestive a questo riguardo sono, per es., le ipotesi sulla distribuzione dei giacimenti di alcuni metalli, suggerite dalle recenti vedute sull'evoluzione della Terra (tettonica a zolle).
Problemi di carattere molto diverso si presentano generalmente per i depositi di rocce banali utilizzate come materiali da costruzione. Per lo più non vi sono problemi di ricerca, ma solo di scelta e di riconoscimento delle specifiche caratteristiche d'interesse tecnico e, infine, di riflessi ambientali dell'attività estrattiva, che oggi di regola si svolge in cave all'aperto.
Coi termini di geologia tecnica, geologia dell'ingegnere, g. a. all'ingegneria, geologia delle costruzioni, ecc. s'intendono, sia pure non del tutto concordemente, gli aspetti della g. a. che riguardano opere essenzialmente d'ingegneria civile (edile, idraulica, dei trasporti e del territorio).
Sotto questo aspetto, la tematica può suddividersi in due settori principali: i materiali naturali da costruzione e l'inserimento nell'ambiente geologico dell'opera d'ingegneria (compresi gl'interventi, attivi o passivi, di difesa contro gli eventi geodinamici).
Nel settore dei materiali naturali da costruzione la geologia tecnica considera le rocce e i terreni sotto l'aspetto della loro utilizzazione nelle opere d'ingegneria in genere (materiali da costruzione e ornamentali per l'edilizia, inerti per conglomerati, blocchi per opere marittime, ecc.). Da questo punto di vista, compito della g. a. è quello d'indagare sulle caratteristiche del materiale che interessano agli effetti delle specifiche applicazioni e di accertarne le condizioni di disponibilità.
L'evoluzione delle tecniche costruttive e la necessità di nuove fonti di approvvigionamento hanno spostato i consumi da alcuni materiali tradizionali, ben conosciuti nel loro comportamento, ad altri più convenientemente disponibili, la cui attitudine per i diversi impieghi dev'essere per altro preventivamente accertata mediante indagini sperimentali specifiche. Questa branca della g. a. è perciò passata nel tempo da uno stadio quasi solo descrittivo delle caratteristiche dei materiali naturali, già più o meno largamente sperimentati nelle costruzioni anche da secoli, a metodologie d'indagine proprie della moderna tecnologia. Per la determinazione delle caratteristiche dei materiali, quali, per es., resistenze meccaniche, deformabilità, resistenza agli agenti atmosferici, comportamento in acque o in ambiente salino, lavorabilità, ai metodi d'indagine propri della petrografia e della mineralogia, vengono di regola associati quelli della meccanica delle rocce e dei terreni.
I problemi dell'individuazione delle aree di approvvigionamento dei diversi materiali e della valutazione delle relative disponibilità, collegati ovviamente con l'ambiente geologico in senso lato, con le condizioni strutturali, di forma e di dimensione dei corpi geologici, si affrontano con i criteri propri della geologia mineraria e delle tecniche minerarie.
La geologia tecnica, intesa come settore della g. a. che affronta i problemi connessi con l'inserimento delle opere d'ingegneria (quali dighe, ponti, viadotti, gallerie, edifici, ecc.) nell'ambiente geologico, ha il compito di fornire le basi per una corretta ricostruzione della situazione del suolo e del sottosuolo nella porzione di territorio interessata dalle opere stesse, mettendo a fuoco soprattutto quegli aspetti utili a chiarire i possibili riflessi dell'opera sulle condizioni dell'ambiente e/o delle condizioni dell'ambiente sull'opera. Gli elementi geolitologici di base per una tale ricostruzione, rilevati con un dettaglio commisurato alle esigenze progettuali, sono perciò integrati da informazioni miranti a qualificare il possibile comportamento dei terreni, sia singolarmente che nel loro complesso, nel contesto dello specifico problema che interessa.
Per una più precisa definizione in termini tecnici della situazione ricostruita con i criteri suddetti, in vista di una più obiettiva analisi delle possibili interazioni fra terreno e strutture, sarà necessario trasformare il quadro geolitologico di base in schemi (meccanici, idraulici, ecc.) espressi esclusivamente in termini fisico-matematici, coerentemente con la formulazione ingegneristica del problema. Questa trasformazione, in un certo senso, trasferisce lo studio dall'ambito di stretta pertinenza della g. a. a quello più specifico della geotecnica, comprendendo in questa la meccanica dei terreni e delle rocce.
L'idrogeologia applicata è il settore della g. a. che si occupa delle acque sotterranee (v. idrogeologia in questa App.) e che ha avuto un notevole sviluppo soprattutto in seguito alle crescenti esigenze di disponibilità idriche e all'aggravarsi dei fenomeni d'inquinamento nelle regioni più popolate e a più alto sviluppo industriale.
Non solo l'ubicazione e l'estensione delle falde sotterranee, ma anche il regime di alimentazione, di accumulo e di deflusso di esse sono strettamente connessi con la struttura geologica del sottosuolo. La maggior parte dei problemi applicativi sono funzione di alcune caratteristiche dei terreni presenti (permeabilità, porosità, fratturazione, dimensione dei vuoti, ecc.), a loro volta dipendenti dalla natura dei terreni stessi e dalle vicende da essi subìte nella storia geologica.
Compito dell'idrogeologia applicata non è solo quello della ricerca e individuazione delle falde idriche, ma anche quello di prevedere e determinare quantitativamente i parametri geometrici e fisici essenziali e, nei casi più complessi, di costituire, mediante tali parametri, modelli delle falde capaci di fornire risposte quantitative ai quesiti che interessano.
Un'estensione recente dei temi specifici dell'idrogeologia applicata riguarda il problema dello stoccaggio di fluidi (per es., idrocarburi liquidi e gassosi, gas industriali) nel sottosuolo e della discarica in profondità di sostanze inquinanti (per es. residui radioattivi).
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