Pasi
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Strumenti di misura, strumenti di geofisica
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Sismica

Dal 1956 PASI produce sismografi per ¨sismica attiva¨: si tratta di strumentazioni in grado di misurare le perturbazioni sismiche artificialmente prodotte nel terreno dall´impatto di una massa battente o da una carica esplosiva e che vengono rilevate da un tipo di sensore chiamato geofono. Normalmente si infiggono nel terreno un certo numero di geofoni (min.3, più spesso 12, 24 o più) disposti lungo un profilo rettilineo (stendimento sismico ) e con una spaziatura nota (es. n°12 geofoni disposti a 10m di distanza l´uno dall´altro coprono un profilo di 110m di lunghezza).

Tra le metodologie di acquisizione più diffuse troviamo:

Sismica a rifrazione

Questo metodo geofisico si basa sulla misura dei tempi di arrivo delle onde sismiche rifratte dalle interfacce tra stratificazioni del terreno caratterizzate da differenti velocità di propagazione. La sorgente di energia è rappresentata da un impatto in superficie. L´energia si irradia dal ¨punto di scoppio¨ - sia viaggiando direttamente nello strato più superficiale (arrivi diretti), sia viaggiando in profondità e lateralmente lungo strati a velocità più elevata (arrivi rifratti) - per poi tornare in superficie, dove viene rilevata tramite lo stendimento di geofoni (frequenza 10Hz). Energizzando in posizioni diverse sulla superficie sarà possibile ricavare informazioni sulla geometria dello strato rifrattore profondo, in molti casi coincidente con il substrato roccioso (bedrock).

Sismica a riflessione

questa prospezione geofisica si basa sulla misura dei tempi di viaggio A/R delle onde sismiche trasmesse dalla superficie e riflesse verso la superficie dalle interfacce tra orizzonti geologici con caratteristiche diverse. La riflessione dell´energia trasmessa avviene solo quando c´è un contrasto di impedenza acustica (il prodotto della velocità x la densità del materiale) tra due strati sovrapposti. L´entità del contrasto nell´impedenza acustica tra i due strati determina l´ampiezza del segnale riflesso, che viene rilevata in superficie usando uno stendimento di geofoni ad alta frequenza (40 Hz, 100Hz). Come nel caso della sismica a rifrazione, l´energia viene prodotta da uno ¨scoppio¨ o ¨impatto¨ in superficie. Per applicazioni superficiali questo implica l´uso di una mazza e di una piastra di battuta, di una massa battente, di un energizzatore per sismica o di una carica esplosiva.

Sismica in foro

In questo tipo di prospezione sismica sorgente e/o geofoni si trovano in un foro appositamente preparato nel terreno. Tra i metodi più comuni troviamo le prove downhole, dove la sorgente è in superficie mentre il sensore è invece costituito da un geofono 3D da foro (onde P & S) o da una catena di idrofoni (solo onde P in foro pieno d'acqua o di fluido di perforazione). La prova downhole è finalizzata alla determinazione dei profili delle onde sismiche di compressione, P, e di taglio, S, con la profondità. Essa consiste nel produrre sulla superficie del terreno una perturbazione mediante una sorgente meccanica e nel misurare il tempo d'arrivo delle onde dirette, P ed S, alle varie profondità all'interno del foro opportunamente predisposto. Questa tecnica viene utilizzata anche per il calcolo delle Vs30 in alternativa a metodi superficiali (es. MASW). Le prove sismiche crosshole prevedono invece la misura delle velocità delle onde sismiche fra due fori di sondaggio, uno per l'energizzazione (realizzata normalmente con un energizzatore da foro o esplosivo) e l'altro per la misura (con un geofono tridimensionale ancorato). Per ciascuna acquisizione la quota di energizzazione e misurazione nei due fori deve risultare la medesima; in questo caso devono quindi essere disponibili due fori di sondaggio rivestiti e ben cementati di cui sia nota la reciproca distanza a tutte le quote di misura.

ANALISI MULTICANALE DI ONDE DI SUPERFICIE (MASW)

MASW è l'acronimo di Multi-channel Analysis of Surface Waves (Analisi Multi-canale di Onde di Superficie). Ciò indica che il fenomeno che si analizza in tale tecnica è la propagazione delle onde di superficie, o meglio si analizza in dettaglio la dispersione delle onde di superficie (cioè il fatto che frequenze diverse - cioè caratterizzate da lunghezze d'onda diverse - viaggino a velocità diversa). Il principio base è piuttosto semplice: le varie componenti (frequenze) del segnale (cioè del segnale sismico che si propaga) viaggiano ad una velocità che dipende dalle caratteristiche del mezzo. Più specificatamente: le lunghezze d'onda più ampie (cioè le frequenze più basse) sono influenzate dalla parte più profonda (in altre termini sentono gli strati più profondi), mentre le piccole lunghezze d'onda (le frequenze più alte) dipendono dalle caratteristiche della parte più superficiale. Poichè tipicamente la velocità delle onde sismiche aumenta con la profondità, ciò si rifletterà nel fatto che le frequenze più basse (delle onde di superficie) viaggeranno ad una velocità maggiore rispetto le frequenze più alte. Tradizionalmente le MASW sono effettuate tramite analisi delle onde di Rayleigh ( che vengono registrate tramite i comuni classici geofoni a componente verticale - quelli usati per la comune rifrazione in onde di compressione- e considerando una comunissima sorgente ad impatto verticale come cioè la classica martellata). Questo avviene per almeno 2 motivi: 1. tali geofoni (e tale modalità di acquisizione) sono sicuramente i più semplici e comuni 2. la propagazione e dispersione delle onde di Rayleigh si verifica senza problemi anche in caso di canali a bassa velocità (inversioni di velocità) che, come sappiamo, risultano invisibili per la rifrazione (i cui risultati vengono anzi inficiati dalla presenza di inversioni di velocità!). D'altro canto sfruttare la dispersione delle onde di Love (assieme a quella delle onde di Rayleigh) rappresenta una nuova interessantissima frontiera per la analisi MASW (vedi manuale winMASW per ulteriori informazioni). E´ importante ricordare che l'utilizzo delle onde di Love sia possibile solo con la tecnica MASW e non in passiva con la ReMi. In sintesi: poichè la dispersione delle onde di superficie dipende dalle caratteristiche del sottosuolo (dalle sue variazioni verticali), dalla determinazione delle curve di dispersione è possibile ricavare le caratteristiche del mezzo (i parametri fondamentali sono la velocità delle onde di taglio e lo spessore degli strati).

HVSR

Alla luce delle nuova normativa sismica, la misura delle vibrazioni sismiche ambientali o rumore sismico ha acquisito una notevole importanza. L'analisi delle misure di rumore sismico può essere condotta con tre metodi: 1) Spettri di Fourier 2) Rapporti spettrali 3) Rapporti spettrali H/V. Quest'ultimo, che fornisce i risultati più attendibili è noto anche noto come metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) o metodo di Nakamura. L'acquisizione dei dati HVSR, realizzabile attraverso dei geofoni triassiali a bassa frequenza, permette di determinare con accuratezza la frequenza caratteristica di risonanza del sito, parametro indispensabile per il corretto dimensionamento degli edifici antisismici. Gli studi di microzonazione sismica attraverso il metodo di misura delle HVSR sono quindi diventati strumento integrante e fondamentale nella progettazione di edifici antisismici. I dati acquisiti dovranno infatti essere considerati in fase di progettazione, operando in modo da edificare strutture aventi diversa frequenza di risonanza rispetto al terreno ed evitando così l'effetto di doppia risonanza, estremamente pericoloso per la stabilità strutturale dei fabbricati