This thesis work is concerned with the integration of noncontact methods to derive rock mass properties and make a classification. The experimental work has been carried out in the underground laboratory of Aalto University, Finland. The site is located in southern Finland within the plutonic suite, consisting mainly of intrusive rocks and minor occurrences of metamorphic rocks; in detail, the site falls within a granodioritic complex with intercalated lenses of gneiss, schists and amphibolites. The underground laboratory consists of a system of numerous tunnels that intersect at a depth of about 20 m from the surface. The section under study is located at the intersection of two galleries (T10/T11), forming a corner zone where two walls of the same rock mass can be observed. Two different types of topographic surveys were carried out on the surface of the rock mass in the study section, the first by photogrammetry using the Structure from Motion method and the second by laser scanning. In this way it was possible to derive high-resolution 3D digital models for the study area. By processing data and point clouds using point cloud management software, the geometric features of the discontinuities could be measured without contact. Using software such as the Discontinuity Set Extractor (DSE), it is possible to semi-automatically identify the different sets of discontinuities by deriving their orientation and density from a point cloud. Another software used is CloudCompare, which is useful for calculating properties: spacing, roughness and aperture. The geometry of the tunnel section under study allows us to reconstruct a DFN model using 3DEC software, which makes it possible to represent the entire rock mass and determine an important parameter of the discontinuities: persistence. Once the non-contact surveys were completed, a manual geological survey (traditional compass) was conducted to validate the results obtained by the non-contact method. The development of non-contact techniques in rock mechanics goes hand in hand with the evolution of technologies: the realization of increasingly detailed 3D models allows a constant increase in the accuracy of parameterization of the properties of rock mass, even those that are difficult to access, where the conditions of stability of the same and safety of the technicians represent many critical issues.
Il presente lavoro di tesi riguarda l’integrazione di metodi non a contatto per ricavare le proprietà dell’ammasso roccioso ed effettuarne una classificazione. L’attività sperimentale è stata svolta all’interno del laboratorio sotterraneo dell’università di Aalto in Finlandia. Il sito si trova nella Finlandia meridionale all’interno della suite plutonica, costituita prevalentemente da rocce intrusive e minori presenze di rocce metamorfiche; nel dettaglio il sito ricade all’interno di un complesso granodioritico con intercalate lenti di gneiss, scisti e anfiboliti. Il laboratorio sotterraneo consiste in un sistema di numerose gallerie che si intersecano tra loro a circa 20 m di profondità dalla superficie. Il tratto oggetto di studio si trova in corrispondenza di un’intersezione tra due gallerie (T10/T11), formando così una zona ad angolo dove si possono osservare due pareti dello stesso ammasso roccioso. Sono stati effettuati due tipologie differenti di rilievi topografici della superficie dell’ammasso roccioso nel tratto studiato, il primo mediante fotogrammetria sfruttando il metodo Structure from Motion e il secondo tramite laser scanner. Ciò ha permesso di ricavare modelli digitali 3D ad alta risoluzione del tratto studiato. Attraverso l’elaborazione dei dati e delle nuvole di punti, tramite software di gestione delle stesse, è stato possibile effettuare il rilievo non a contatto delle caratteristiche geometriche delle discontinuità. Tramite software come il Discontinuity Set Extractor (DSE) è possibile individuare in maniera semi-automatica i vari set di discontinuità ricavandone orientazione e densità, partendo da una nuvola di punti. Un altro software utilizzato è CloudCompare, utile nel calcolo di proprietà come la spaziatura, la rugosità e l’apertura. La geometria del tratto di galleria oggetto di studio ci permette la ricostruzione di un modello DFN, tramite il software 3DEC, che rende possibile la rappresentazione dell’intero ammasso roccioso e la determinazione di un parametro importante delle discontinuità: la persistenza. Una volta completati i rilievi non a contatto è stato effettuato un rilievo geologico manuale (tradizionale con utilizzo di bussola), al fine di validare i risultati ottenuti tramite il metodo non a contatto. Lo sviluppo di tecniche non a contatto nella meccanica delle rocce va di pari passo con l’evoluzione delle tecnologie: la realizzazione di modelli 3D sempre più dettagliati permette un costante incremento dell’accuratezza nel parametrizzare le proprietà degli ammassi rocciosi, anche quelli difficilmente accessibili, dove le condizioni di stabilità dello stesso e di sicurezza da parte dei tecnici presentano molte criticità.
Integrazione di metodi di rilievo non a contatto per la caratterizzazione di ammassi rocciosi: il caso studio di URLA
CAMPAGNA, SIMONE
2023/2024
Abstract
Il presente lavoro di tesi riguarda l’integrazione di metodi non a contatto per ricavare le proprietà dell’ammasso roccioso ed effettuarne una classificazione. L’attività sperimentale è stata svolta all’interno del laboratorio sotterraneo dell’università di Aalto in Finlandia. Il sito si trova nella Finlandia meridionale all’interno della suite plutonica, costituita prevalentemente da rocce intrusive e minori presenze di rocce metamorfiche; nel dettaglio il sito ricade all’interno di un complesso granodioritico con intercalate lenti di gneiss, scisti e anfiboliti. Il laboratorio sotterraneo consiste in un sistema di numerose gallerie che si intersecano tra loro a circa 20 m di profondità dalla superficie. Il tratto oggetto di studio si trova in corrispondenza di un’intersezione tra due gallerie (T10/T11), formando così una zona ad angolo dove si possono osservare due pareti dello stesso ammasso roccioso. Sono stati effettuati due tipologie differenti di rilievi topografici della superficie dell’ammasso roccioso nel tratto studiato, il primo mediante fotogrammetria sfruttando il metodo Structure from Motion e il secondo tramite laser scanner. Ciò ha permesso di ricavare modelli digitali 3D ad alta risoluzione del tratto studiato. Attraverso l’elaborazione dei dati e delle nuvole di punti, tramite software di gestione delle stesse, è stato possibile effettuare il rilievo non a contatto delle caratteristiche geometriche delle discontinuità. Tramite software come il Discontinuity Set Extractor (DSE) è possibile individuare in maniera semi-automatica i vari set di discontinuità ricavandone orientazione e densità, partendo da una nuvola di punti. Un altro software utilizzato è CloudCompare, utile nel calcolo di proprietà come la spaziatura, la rugosità e l’apertura. La geometria del tratto di galleria oggetto di studio ci permette la ricostruzione di un modello DFN, tramite il software 3DEC, che rende possibile la rappresentazione dell’intero ammasso roccioso e la determinazione di un parametro importante delle discontinuità: la persistenza. Una volta completati i rilievi non a contatto è stato effettuato un rilievo geologico manuale (tradizionale con utilizzo di bussola), al fine di validare i risultati ottenuti tramite il metodo non a contatto. Lo sviluppo di tecniche non a contatto nella meccanica delle rocce va di pari passo con l’evoluzione delle tecnologie: la realizzazione di modelli 3D sempre più dettagliati permette un costante incremento dell’accuratezza nel parametrizzare le proprietà degli ammassi rocciosi, anche quelli difficilmente accessibili, dove le condizioni di stabilità dello stesso e di sicurezza da parte dei tecnici presentano molte criticità.| File | Dimensione | Formato | |
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