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SISMICA IN FORO

Le prove sismiche in foro vengono utilizzate per misurare la propagazione delle onde sismiche all’interno del terreno, con sensori collocati in uno o più fori di sondaggio. Sono indagini adatte alla determinazione dei profili di velocità delle onde P e S, alla stima della Vs30 e alla caratterizzazione dinamica dei terreni.
Rispetto alle indagini sismiche di superficie, come MASW o ReMi, le prove in foro richiedono una preparazione più impegnativa del sito, ma permettono di lavorare direttamente lungo la profondità di indagine. Per questo vengono spesso scelte quando è già disponibile una perforazione, quando lo spazio in superficie è limitato o quando è richiesto un controllo diretto del profilo di velocità.
Le metodologie più utilizzate sono la prova downhole e la prova crosshole.
Sismografo Gea24

Prova downhole

Nella prova downhole la sorgente sismica si trova in superficie, mentre il sensore viene calato nel foro a profondità progressive. L’energizzazione genera onde di compressione P e onde di taglio S; il geofono da foro registra i tempi di arrivo alle diverse quote, consentendo di ricostruire il profilo verticale di velocità.
La configurazione downhole richiede un solo foro di sondaggio opportunamente predisposto. Il sensore può essere costituito da un geofono 3D da foro per l’acquisizione di onde P e S, oppure da una catena di idrofoni. (in questo secondo caso si possono rilevare rilevano solo onde P, perché le onde S non si propagano nei liquidi).
La prova downhole è indicata per:
  • determinazione del profilo Vs con la profondità
  • determinazione del profilo Vp con la profondità
  • calcolo della Vs30 o della Vs,eq
  • verifica o integrazione di risultati ottenuti con metodi di superficie
  • caratterizzazione sismica dei terreni in aree con spazio limitato

Prova crosshole

Nella prova crosshole sorgente e ricevitore sono posizionati in due fori distinti. L’energizzazione viene eseguita in un foro, mentre il geofono da foro registra il segnale nell’altro foro alla stessa profondità. La misura viene ripetuta a quote progressive, mantenendo nota la distanza fra i fori e la posizione dei sensori.
Questa metodologia richiede almeno due o tre fori di sondaggio, rivestiti, ben cementati e con geometria controllata. È più onerosa rispetto alla prova downhole, ma consente una misura molto controllata della propagazione laterale delle onde P e S tra i fori.
La prova crosshole è indicata per:
  • profili Vp e Vs ad alta risoluzione
  • determinazione dei parametri elastici dinamici del terreno
  • studi geotecnici e sismici su opere sensibili
  • verifiche su terreni stratificati o con variazioni laterali
  • acquisizioni per tomografia sismica tra fori

Cosa si ottiene da un’indagine sismica in foro

Le prove downhole e crosshole permettono di ottenere dati utili per la caratterizzazione sismica e geotecnica del sottosuolo:
  • tempi di primo arrivo delle onde sismiche
  • profilo verticale delle velocità Vp e Vs
  • Vs30 o Vs,eq a partire dal profilo delle onde di taglio
  • indicazioni sulla stratigrafia sismica del terreno
  • parametri elastici dinamici, se integrati con i dati di densità
  • sezioni tomografiche tra fori, nel caso di acquisizioni crosshole dedicate
La qualità del risultato dipende dalla corretta preparazione dei fori, dall’accoppiamento dei sensori, dalla precisione del trigger e dalla coerenza tra geometria di acquisizione e procedura di elaborazione.

Quando scegliere la sismica in foro

La sismica in foro è particolarmente utile quando:
  • è già disponibile un foro di sondaggio idoneo
  • non c’è spazio sufficiente per uno stendimento geofonico superficiale
  • serve un profilo Vs diretto in profondità
  • è richiesta una misura in foro per la classificazione sismica del sottosuolo
  • occorre integrare MASW, ReMi, HVSR o altre indagini geofisiche
  • si devono ricavare parametri dinamici per analisi geotecniche o strutturali
  • è necessario investigare un volume di terreno compreso tra due fori
GFA Geofono da foro 3D

CONTESTI APPLICATIVI

- caratterizzazione sismica dei suoli

- determinazione Vs30 / Vs,eq

- studi di risposta sismica locale

- microzonazione sismica

- progettazione geotecnica

- opere infrastrutturali
- fondazioni e opere speciali
- verifiche in aree con spazio operativo limitato
- controllo e integrazione di indagini MASW, ReMi e HVSR
- tomografia sismica tra fori

Strumentazione necessaria

La configurazione tipica comprende:
raccordo distanziatore
Piattello onde orizzontali
Mazza di battuta

Esempi di configurazione operativa

Le configurazioni operative per una campagna di sismica in foro vengono definite in funzione della metodologia scelta, del numero di fori disponibili, della profondità di indagine e dell’eventuale utilizzo di uno o due geofoni da foro.
  • Configurazione per downhole con 1 o 2 geofoni da foro
    Adatta a rilievi eseguiti in un singolo foro, con sorgente sismica posta in superficie e ricezione del segnale a profondità progressive. L’impiego di un geofono da foro consente di acquisire i tempi di arrivo delle onde P e S lungo la verticale; l’utilizzo di due geofoni da foro permette di registrare contemporaneamente il segnale a due quote diverse, aumentando il controllo del dato e rendendo più efficiente l’acquisizione. È una configurazione indicata per la ricostruzione del profilo verticale delle velocità e per la determinazione della Vs30 o della Vs,eq
  • Configurazione per crosshole con 1 o 2 geofoni da foro
    Adatta a rilievi eseguiti tra due o più fori, con energizzazione in foro e ricezione del segnale in uno o più punti di misura posti a profondità controllata. L’impiego di un geofono da foro consente la misura dei tempi di propagazione delle onde P e S tra i fori; l’utilizzo di due geofoni da foro permette di aumentare il controllo geometrico dell’acquisizione o di registrare il segnale su più punti di ricezione. È una configurazione indicata per profili Vp/Vs ad alta risoluzione, caratterizzazione dinamica dei terreni e acquisizioni crosshole strutturate 
SCOPRI LE CONFIGURAZIONI DISPONIBILI
Energizzatore da foro CHE

Software di interpretazione

Tra i software indicati rientrano:
INTERSISM
 
ZONDST2D
 
RAYFRACT 

Condizioni e limiti della misura

La qualità dei risultati nelle prove sismiche in foro dipende dalla corretta predisposizione dei fori, dall’accoppiamento del geofono alla parete, dalla precisione del sistema di trigger e dalla coerenza tra geometria di acquisizione e profondità di indagine.

Nelle prove downhole è importante che il foro sia idoneo alla discesa e al bloccaggio del geofono e che la sorgente superficiale generi segnali riconoscibili sia per le onde P sia per le onde S. L’interpretazione dei tempi di arrivo deve inoltre tenere conto della profondità effettiva del sensore e della distanza tra sorgente e foro.

Nelle prove crosshole assumono particolare importanza la distanza reale tra i fori, l’allineamento delle quote di energizzazione e ricezione, la qualità della cementazione e la conoscenza della geometria dei fori. Eventuali deviazioni, accoppiamenti non corretti o rapporti segnale/rumore sfavorevoli possono influenzare la misura delle velocità Vp e Vs.

Risorse e riferimenti

Standard
Articoli con utilizzo di strumentazione PASI
Letteratura scientifica
Manuali software

Terminologia tecnica

  • sismica in foro
  • downhole
  • crosshole
  • Vs30
  • Vs,eq
  • Vp
  • Vs
  • onde P
  • onde S
  • onde SH
  • first arrivals / first breaks
  • clamping
  • intervallo di velocità
  • profilo di velocità
  • borehole deviation
  • casing / rivestimento del foro
  • cementazione del foro