Indagini geofisiche: definizione

• Prospezioni geofisiche di superficie con metodo geoelettrico e sismico (sismica a rifrazione)
• Prove M.A.S.W., Re.Mi., ESAC
• Prove S.A.W.S. e H.V.S.R.
• Tromografo digitale – Tromino “3G” per la determinazione della frequenza di risonanza dei terreni e delle strutture
• Studio della sismicità locale con analisi di terzo livello

Principali tipologie di prove geofisiche

M.A.S.W. – Re.Mi. – ESAC

Indagini sismiche che permettono di determinare il rischio sismico attraverso la definizione delle onde di taglio S e delle onde di superficie(onde di Rayleigh e Love) del sottosuolo in maniera completamente non invasiva.

Le analisi di tipo Re.Mi. (Refractor Microtremor) permettono di focalizzare l’attenzione sui “rumori ambientali” andando quindi a registrare sorgenti sismiche di tipo passivo. In particolare, vengono studiate le proprietà dispersive delle onde superficiali (onde di Rayleigh).

Le analisi di tipo M.A.S.W. (Multichannel Analysis of Surface Waves), invece, permettono di acquisire i dati sismici attraverso l’energizzazione di almeno 12 geofoni (4,5Hz) a varie distanze e varie ripetizioni (metodo attivo). L’indagine viene effettuata applicando una sorgente impulsiva, solitamente utilizzando una mazza battente ed una piastra applicata al suolo. Si crea una curva di dispersione sperimentale che viene acquisita dal software ed elaborata successivamente attraverso la modellizzazione di un’onda sintetica.

S.A.W.S. e H.V.S.R.

Il metodo S.A.W.S. (Spectral Analysis of Surface Waves) utilizza le onde di superficie (onde di Rayleigh) per determinare il comportamento meccanico di un terreno a bassi livelli di deformazione. In particolare, si focalizza l’attenzione sulle capacità dispersive che vengono manifestate durante l’attraversamento di un mezzo omogeneo. In mezzi non omogenei viene identificata la variazione della velocità di fase in relazione alla frequenza.

La prova viene effettuata registrando le variazioni di superficie relazionate ad un emettitore che genera onde armoniche a lunghezza crescente.

Il metodo H.V.S.R. (Horizzontal to Vertical Spectral Ratio) è utilizzato per l’individuazione delle frequenze di risonanza caratteristiche di ogni sito, chiamato rumore naturale o microtremore a bassa frequenza. Il rapporto tra spettri orizzontali e verticali permette di individuare le discontinuità litologiche presenti nel sottosuolo e la profondità del bedrock, roccia compatta in affioramento o alla base di terreni/suoli meno rigidi o di sedimenti disciolti. Questo metodi di indagine è totalmente non invasivo e di rapida acquisizione.

In particolare, i dati acquisiti permettono di determinare la frequenza di risonanza del sito, basata sulla risposta sismica locale, e la frequenza fondamentale di risonanza di un edificio. Il confronto tra le due frequenze permette di capire se la struttura potrà essere a rischio o meno in caso di sisma. Oltre a queste due frequenze è anche possibile determinare la velocità media delle onde di taglio Vs (compresa la Vs30 con relativa categoria del suolo di fondazione come richiesto dalle Norme Tecniche – D.M. 14 Gennaio 2008) e, ovviamente, la stratigrafia del sottosuolo ed il contrasto di impedenza (rapporto tra i prodotti di velocità delle onde sismiche e la densità del mezzo stesso).

Le basi della tecnica H.V.S.R. si fondano sullo studio della sismica tradizionale delle onde riflesse, rifratte e diffratte e la caratterizzazione della forma delle onde, il loro percorso dalla sorgente S al sito X e dalla risposta dello strumento.

Inoltre è anche possibile separare il segnale primario dal rumore ambientale, chiamato anche microtremore.

Questo strumento opera direttamente senza fili, trasferendo i dati attraverso segnale Wi-Fi.

I dati così acquisiti verranno poi convertiti in codice ASCII ed elaborati per ottenere i così detti spettri di velocità basati sulla frequenza.

Down Hole e Cross Hole

Le indagini sismiche Down hole – Cross hole sono tecniche di indagine sismica in foro, molto accurate, utilizzate per la determinazione delle proprietà fisico – meccaniche dei materiali.

Lo scopo delle indagini sismiche Down hole – Cross hole consiste nel determinare la velocità di propagazione delle onde di volume misurando il tempo che esse impiegano nel tragitto tra la sorgente e i ricevitori, posti all’interno di fori di sondaggio, considerando nota la distanza sorgente-ricevitori.

Parametri per la caratterizzazione di suoli e strutture

Per la caratterizzazione di suoli vengono usati i seguenti parametri:

1. Frequenze modali
   Frequenze di risonanza dipendenti dalla rigidità del terreno e dalle sue geometrie. Importanti per l’amplificazione sismica del sito e per la vulnerabilità delle strutture
2. Rigidità
   Dipendente dalla velocità delle onde di taglio Vs. Forti contrasti di velocità possono smorzare la complessiva velocità delle onde e ridurre l’impatto sismico sulle strutture.

Per stimare Vs vengono applicati tre sistemi: sismica 1D multicanale attiva, sismica 1D multicanale passiva e sismica 2D multicanale passiva.

Per la caratterizzazione della struttura:

1. Frequenze modali
   Frequenze flessionali e torsionali inflitte nel e sull’edificio per cui il moto della struttura è massimo. Questi valori sono importanti per delimitare il valore di accelerazione che la struttura deve essere in grado di reggere, fortemente dipendente dalla massa e dalla rigidezza dell’edificio.
2. Deformate modali
   Sono le deformazioni a cui va incontro la struttura per ogni frequenza modale.
3. Smorzamento
   È il decremento in scala logaritmica dell’ampiezza della vibrazione in un determinato periodo di tempo. Questi valori sono molto importanti per la ristrutturazione e la progettazione edilizia.