GD TEST Determinazione in foro dello stato tensionale della roccia mediante prove di fratturazione idraulica

La prova di fratturazione idraulica permette la determinazione dello stato tensionale originario della roccia in fori di sondaggio anche di notevole profondità. La prova consiste nel provocare una frattura della roccia mediante l'applicazione di una pressione idraulica in un tratto di foro isolato con otturatori e nel registrare l'andamento delle pressioni prima, durante e dopo la fratturazione. Al termine di tali operazioni, mediante uno speciale otturatore dotato di membrana sensibile viene rilevata l'impronta della traccia della frattura, per calcolarne l'orientazione. Nella maggior parte dei casi un'unica prova non consente la determinazione dello stato tensionale originario, entità definita da 6 grandezze indipendenti (componenti del tensore degli sforzi). Infatti, considerato che una prova può fornire al massimo 2 osservazioni indirette sulle 6 componenti di tensione, sono necessarie almeno 3 prove. Inoltre, a causa della natura discontinua e disomogenea della maggior parte degli ammassi rocciosi, anche lo stato tensionale può essere discontinuo e non uniforme.

Per questi motivi, per una determinazione statisticamente significativa dello stato tensionale medio caratteristico del volume di roccia interessato da una tipica opera di ingegneria sotterranea, si reputano necessarie da 3 a 5 prove di fratturazione idraulica.
I sondaggi in cui eseguire le prove di fratturazione idraulica possono essere eseguiti sia a carotaggio continuo (preferibilmente per avere indicazioni sullo stato della roccia alla quota di prova) che a distruzione di nucleo. Il diametro della perforazione potrà essere compreso tra 76 e 101 mm.

Indicativamente il materiale roccioso dovrà avere coefficiente di permeabilità inferiore a 10 ^-7 m/s (10 ^-5 cm/s). Dovranno inoltre esistere tratti di sondaggio della lunghezza di circa un metro, privi di fratture aperte. A tale scopo è consigliabile, per una corretta ubicazione, che ogni serie di prove in un singolo foro, soprattutto nel caso di perforazioni a distruzione di nucleo, sia preceduta da un rilievo con sonda televisiva. Le attrezzature disponibili sono state realizzate per due tipologie di intervento:

I risultati di prova sono costituiti dai grafici dell'andamento delle pressioni in funzione del tempo nonché da una rappresentazione in scala della traccia della frattura sulla parete del foro sviluppata in piano. Una successiva elaborazione permette di ricostruire lo stato tensionale originale che viene rappresentato su diagrammi polari nonché su grafici con finalità specifiche legate alla finalità della determinazione, quali, ad esempio, la rappresentazione del tensore degli sforzi in un riferimento solidale ad una galleria allo scopo di permettere l'utilizzo del risultato nelle schematizzazioni progettuali bidimensionali.

home --> servizi --> prove geomeccaniche in sito --> fratturazione idraulica

Determinazione dello stato tensionale della roccia mediante prove di fratturazione idraulica La prova di fratturazione idraulica permette la determinazione dello stato tensionale originario della roccia in fori di sondaggio anche di notevole profondità. La prova consiste nel provocare una frattura della roccia mediante l'applicazione di una pressione idraulica in un tratto di foro isolato con otturatori e nel registrare l'andamento delle pressioni prima, durante e dopo la fratturazione. Al termine di tali operazioni, mediante uno speciale otturatore dotato di membrana sensibile viene rilevata l'impronta della traccia della frattura, per calcolarne l'orientazione. Nella maggior parte dei casi un'unica prova non consente la determinazione dello stato tensionale originario, entità definita da 6 grandezze indipendenti (componenti del tensore degli sforzi). Infatti, considerato che una prova può fornire al massimo 2 osservazioni indirette sulle 6 componenti di tensione, sono necessarie almeno 3 prove. Inoltre, a causa della natura discontinua e disomogenea della maggior parte degli ammassi rocciosi, anche lo stato tensionale può essere discontinuo e non uniforme. Per questi motivi, per una determinazione statisticamente significativa dello stato tensionale medio caratteristico del volume di roccia interessato da una tipica opera di ingegneria sotterranea, si reputano necessarie da 3 a 5 prove di fratturazione idraulica. I sondaggi in cui eseguire le prove di fratturazione idraulica possono essere eseguiti sia a carotaggio continuo (preferibilmente per avere indicazioni sullo stato della roccia alla quota di prova) che a distruzione di nucleo. Il diametro della perforazione potrà essere compreso tra 76 e 101 mm. Indicativamente il materiale roccioso dovrà avere coefficiente di permeabilità inferiore a 10 ^-7 m/s (10 ^-5 cm/s). Dovranno inoltre esistere tratti di sondaggio della lunghezza di circa un metro, privi di fratture aperte. A tale scopo è consigliabile, per una corretta ubicazione, che ogni serie di prove in un singolo foro, soprattutto nel caso di perforazioni a distruzione di nucleo, sia preceduta da un rilievo con sonda televisiva. Le attrezzature disponibili sono state realizzate per due tipologie di intervento: un'attrezzatura di ridotte dimensioni (HF70L), maneggevole, e priva di sensori di fondo foro, guidata da aste quadre, dedicata a perforazioni di limitata profondità (fino a 30 m), da utilizzarsi essenzialmente in sotterraneo; un'attrezzatura (HF70H) completa di elettronica a fondo foro, guidata dalla aste di perforazione o da cavo di acciaio, per sondaggi profondi (fino a 500 m) generalmente eseguiti dalla superficie. Normativa di riferimento ISRM COMMISSION ON TESTING METHOD, Suggested Methods for Rock Stress Determination Using the Hydraulic Fracturing Technique, Int. Jour. Min. Sci. & Geomech. Abstr., Vol. 24, N° 1, pp. 59-63, 1987. ASTM, st. D 4645 - 87, Standard Test Method for Determination of the In-Situ stress in Rock Using the Hydraulic Fracturing Method, Maggio 1987 Caratteristiche tecniche Sonda di fratturazione HF70L-HF70H doppio otturatore gonfiabile - diametro nominale a riposo 67 mm; elemento gonfiabile: lunghezza 900 mm, tratto di prova: lunghezza 600 mm Pressione differenziale massima: 40 MPa (fori da 76 mm) e 30 MPa (fori da 101mm). Collegamento idraulico alla superficie mediante due tubi flessibili (uno per gli otturatori e uno per la cavità di prova) da alta pressione HF70H dotata di camera stagna contenente: due trasduttori di pressione (uno per il circuito degli otturatori e uno per la cavità di prova) e due elettrovalvole (per la depressurizzazione della camera di prova e degli otturatori). Collegamento all'unità di controllo in superficie mediante cavo elettrico multipolare Sonda per il rilievo delle impronte HF70L-HF70H caratteristiche e dotazione come la sonda di fratturazione ma dotato di un rivestimento esterno in gomma semivulcanizzata per il rilievo dell'impronta della parete del foro HF70H dotata di camera stagna contenente: due trasduttori di pressione e due elettrovalvole per due otturatori per impronta indipendenti, bussola elettronica e inclinometro per l'orientazione della sonda durante il rilievo Unità di pressurizzazione Cavità di prova:Pompa a portata costante (max 6 l/min), pressione fino a 70 MPa Otturatori: Pompa a portata costante (max 1.5 l/min), pressione fino a 70 MPa Fluido di pressurizzazione: Acqua con additivi biodegradabili Acquisizione dati: Digitale mediante centralina e visualizzazione in tempo reale dei segnali provenienti dai sensori mediante Personal Computer 486 dotato di software dedicato Restituzione dati I risultati di prova sono costituiti dai grafici dell'andamento delle pressioni in funzione del tempo nonché da una rappresentazione in scala della traccia della frattura sulla parete del foro sviluppata in piano. Una successiva elaborazione permette di ricostruire lo stato tensionale originale che viene rappresentato su diagrammi polari nonché su grafici con finalità specifiche legate alla finalità della determinazione, quali, ad esempio, la rappresentazione del tensore degli sforzi in un riferimento solidale ad una galleria allo scopo di permettere l'utilizzo del risultato nelle schematizzazioni progettuali bidimensionali.
<<-- back
chi siamo \|\| referenze e clienti \|\| news \|\| personale \|\| contatti

Determinazione dello stato tensionale della roccia mediante prove di fratturazione idraulica