ANALISI DEL RUMORE AMBIENTALE CON LA TECNICA ... - S.G.G

Workshop di Geofisica: La geofisica dalla ricerca alle applicazioni professionali GEOFLUID - 2004 Analisi del rumore ambientale con la tecnica “refraction microtremor” (Re.Mi.) : alcuni esempi applicativi

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ANALISI DEL RUMORE AMBIENTALE CON LA TECNICA “REFRACTION MICROTREMOR” (Re.Mi.) : ALCUNI ESEMPI APPLICATIVI ANALISYSIS OF THE AMBIENTAL NOISE WITH THE METHOD “REFRACTION MICROTREMOR” (Re.Mi.): SOME EXAMPLES OF APPLICATION Antonio Maria Baldi *, Johnny De Luca *, Filippo Giorgi *, Massimiliano Mondet * * S.G.G. s.r.l – Siena Italy [email protected] ABSTRACT The seismic method called Re.Mi., that record the ambient seismic noise, or microtremors, is used for measuring in situ shear-wave velocity profiles, specially in urbanized area and in zones where is more difficult used the seismic refraction. Because conventional seismic equipment is used to record data, and ambient noise is used as a seismic source, the Re.Mi. method is less costly, faster and more convenient than borehole methods and other surface seismic methods, such as SASW and MASW used to determine sheare–wave profiles. In the text is illustrate briefly the methodology and are described some innovative examples of application. KEY WORDS: superficial waves, Re.Mi., seismic refraction, cross hole, down hole RIASSUNTO La metodologia passiva di registrazione del rumore ambientale denominata Re.Mi. (Refraction Microtremor) consente di determinare la velocità di propagazione nel sottosuolo delle onde S prevalentemente in aree urbanizzate ed ove è difficoltosa l’operatività con i metodi tradizionali di prospezione sismica a rifrazione. Tale metodologia, utilizzando la stessa strumentazione impiegata per la sismica a rifrazione e non richiedendo la perforazione di sondaggi o particolari condizioni di energizzazione, consente di mantenere i costi entro limiti accettabili nell’ambito delle indagini, rispetto ad altri metodi sismici di superficie, quali le tecniche SASW e MASW. Nella nota si illustra brevemente la metodologia e si riportano alcuni innovativi esempi di applicazione. PAROLE CHIAVE: onde superficiali, Re.Mi., sismica a rifrazione, cross hole, down hole. .


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INTRODUZIONE Dopo un iniziale utilizzo della propagazione delle onde sismiche per scopi militari che trovò la sua massima applicazione durante la prima guerra mondiale, lo studio delle onde sismiche fu applicato alla sismologia e fin dagli anni ‘50 – ‘60 si pose particolare attenzione allo studio delle forme di onde, e ciò anche in relazione con i progressi strumentali. Alla fine degli anni ‘50 (Jones, 1958) iniziarono i primi tentativi di applicazione del metodo sismico nell’ambito ingegneristico – geotecnico, ma solo negli anni ‘80 la sua applicazione si è andata diffondendo in relazione alle consistenti riduzioni delle problematiche strumentali per l’acquisizione sperimentale dei dati. Negli anni ‘80 si è avuto altresì l’introduzione della prova SAWS (Spectral Analysis of Surface Waves) che si basa sulla propagazione delle onde superficiali (Nazarian and Stokoe, 1984; Stokoe et al., 1988; Stokoe et al., 1989). Tale metodologia utilizza appunto le onde superficiali di Rayleigh per la determinazione dei parametri di comportamento meccanico dei terreni a bassi livelli di deformazione (modulo di taglio e coefficiente di smorzamento) e si basa sulle proprietà dispersive che queste onde sismiche manifestano nell’attraversare mezzi omogenei. Tali onde sono caratterizzate da una polarizzazione ellittica di tipo retrogrado ed il campo di spostamento si attenua esponenzialmente con la profondità Z e diventa trascurabile per Z � �, ove � è la lunghezza di onda (fig. 1). La dipendenza della “profondità di penetrazione” del campo di spostamento dalla lunghezza di onda � è alla base del fenomeno della “dispersione geometrica” che origina la variazione della velocità di fase e di gruppo delle onde di Rayleigh in relazione alla frequenza di eccitazione. Pertanto le onde associate a frequenze diverse si propagano con lunghezza d’onda diversa e risultano fortemente influenzate dall’eterogeneità meccanica del mezzo e ciò provoca una variazione della velocità di fase (ma anche della velocità di gruppo) delle onde in relazione alla frequenza. Le proprietà dispersive delle onde di Rayleigh sono alla base delle metodologie sismiche SASW, MASW e Re.Mi per determinare il profilo di velocità ed il fattore di smorzamento delle onde di taglio in un terreno.

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Fig. 1. Proprietà dispersive delle onde di superficie in un mezzo stratificato (da Lai et al., 2001, modificata)

La prova SAWS (fig. 2) si esegue registrando le vibrazioni della superficie libera in relazione ad un emettitore che progressivamente genera onde armoniche di lunghezza crescente. Sperimentalmente la prova consiste nel misurare la curva rappresentativa della velocità di fase di queste onde con la frequenza di eccitazione; tale curva, nota in letteratura come “curva di dispersione” riflette importanti informazioni sulla variazioni della


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rigidezza in relazione alla profondità all’interno di un terreno. La curva di dispersione sperimentale è costruita utilizzando diverse spaziature di ricevitori e tipologie di sorgente in modo da coprire un intervallo sufficientemente ampio di frequenze. Nota la curva sperimentale di dispersione, il profilo di velocità delle onde S è ottenuto dalla soluzione di un problema di inversione simile a quello utilizzato nella normale tecnica della tomografia sismica. Il metodo SAWS (fig. 2) assume che gli arrivi più energetici registrati sono riconducibili alle onde di Rayleigh, ma si può verificare che, la dove il rumore superi la potenza della sorgente artificiale, come in comuni aree urbane, o dove le fasi di altre onde risultino più energetiche di quelle di Rayleigh, questo metodo non ottenga un risultato attendibile (Brown, 1998; Sutherland and Logan, 1998) in quanto la velocità delle onde di Rayleigh non può essere distinta da quelle di altri tipi di onde nelle frequenze dominanti.

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Fig. 2. Schema di una prova SASW: common receivers midpoint geometry (da Mancuso, 1996, modificata). L’Analisi Multicanale di Onde Superficiali denominate appunto MASW (Park et al., 1999) è stata sviluppata per risolvere le insufficienze del SASW in presenza di rumore. Tale metodologia prevede la registrazione simultanea di 12 o più ricevitori, posti a corta (1 – 2 metri) o lunga (50 – 100 m) distanza da una sorgente vibrante, che genera delle onde statiche con varie velocità di fase. I dati rilevati dal sistema multicanale mostrano in un tempo variabile varie frequenze che permettono l’identificazione e lo scarto dei toni non fondamentali e del rumore. Per ottenere delle buone registrazioni è necessario utilizzare delle piccole e delle grandi sorgenti azionate ripetutamente in un vasto numero di posizioni lungo il profilo; tale operazione è abbastanza laboriosa e simile alla metodologia per la sismica a riflessione ad alta risoluzione. 1. RIFERIMENTI TEORICI Il metodo dei microtremori a rifrazione utilizza l’esistenza del rumore urbano e semplifica le tecniche di stendimento e di energizzazione con la semplice tecnica SASW con la precisione della metodologia MASW. Da una registrazione dei microtremori urbani su uno stendimento lineare con un sufficiente numero di geofoni, il metodo ottiene, in modo rapido


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e facile, i dati sperimentali di campagna senza l’impiego di pesanti sorgenti. Con la registrazione e conservazione di tutti i sismogrammi ed applicando una tecnica di analisi di velocità nel dominio del tempo come avviene nel MASW, si perviene a separare le onde di Rayleigh da altri tipi di onde (onde d’aria ed altro tipo di rumore in fase). La tecnica dei microtremori a rifrazione è basata sostanzialmente su due fondamentali idee:

1. comuni strumenti impiegati per la prospezione sismica a rifrazione possono essere utilizzati con la stessa metodologia di stendimento per la registrazione delle onde superficiali a frequenze basse (2 Hz).

2. una semplice trasformazione bidimensionale lentezza-frequenza di una registrazione di microtremori, può separare onde di Rayleigh da altri arrivi sismici e permettere così il riconoscimento delle velocità di fase libera rispetto le velocità apparenti.

Circa la strumentazione per la registrazione due sono i fattori che permettono la registrazione della dispersione della velocità delle onde di superficie :

• l’uso di un singolo geofono ad ogni canale piuttosto che un gruppo di geofoni;

• l’uso di uno stendimento con 12 o più geofoni. I geofoni impiegati sono del tipo più comunemente disponibile e sono generalmente gli stessi di quelli usati per le indagini a rifrazione. I gruppi di geofoni utilizzati nella sismica a riflessione, costituiti da diversi sensori collegati in serie con somma di segnale, al fine di cancellare le onde superficiali caratterizzate da alte energie di propagazione orizzontale, enfatizzando così gli arrivi delle onde verticali riflesse, sono sconsigliati nel rilevamento dei microtremori, in quanto la tecnica dei microtremori esegue esclusivamente l’analisi delle onde superficiali. Generalmente si eseguono stendimenti con non meno di 18 geofoni aventi interdistanza di 8 metri. Per la registrazione delle misure si richiedono sismografi usualmente utilizzati con un istantaneo digitatore flottante a 21 o 24 bit e non è necessariamente richiesta un’alta preamplificazione del gain per registrare accuratamente i microtremori a bassa frequenza. Riassumendo i vantaggi della tecnica dei microtremori a rifrazione possono essere sintetizzati in quattro punti:

1. acquisizione sperimentale molto rapida ed economica; 2. strumentazioni standard a rifrazione generalmente già possedute; 3. non richiede sorgenti per energizzare o creare onde sismiche; 4. il rumore di fondo costruisce l’elemento fondamentale fornendo le onde superficiali

che questo metodo analizza. Analisi dello spettro di velocità (p-f) Le basi dell’analisi dello spettro di velocità e la trasformazione p-tau, o “slantstatack,” furono introdotte da Thorson e Claerbout nel 1985 che prendevano in esame una sezione registrata di sismogrammi multipli ad ampiezza relativa alla distanza/tempo (x-t), e li convertivano in ampiezza relativa al parametro raggio p (inverso della velocità apparente) ed un tempo di intercetta tau. Le distanze usate nell’analisi dei microtremori con stendimenti a rifrazione, sono semplicemente le distanze dei geofoni ed i tempi di intercetta dopo la trasformazione sono semplicemente i tempi di arrivo ai geofono dello stendimento. Il valore di p-tau trasformato contiene la registrazione delle tracce di lentezza, ove ciascuna di queste tracce contiene la somma lineare attraverso una


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registrazione di tutti i tempi di intercetta rispetto ad una lentezza o ad un valore di velocità. In questo modo è così possibile evidenziare l’analisi lentezza-frequenze costruendo uno spettro totale delle potenze di tutte le registrazioni in un sito, rappresentabile appunto in un grafico lentezza-frequenze (p-f). La trasformata p-tau è lineare ed invertibile sia nel dominio spaziale sia in quello della frequenza temporale; tale trasformazione agisce come un filtro di frequenza low-pass 1 sull’ampiezza e in ogni modo non distorce o influenza le frequenze. McMechan e Yedlin (1981) svilupparono la tecnica p-f e la verificarono con le onde superficiali e videro la coda sonora su registrazioni sismiche multicanale con sorgenti controllate. Park et al. (1998) applicarono la tecnica p-f alle registrazioni MASW con sorgenti attive in maniera che tutte le fasi della registrazione fosero presenti nell’immagine risultante, che mostrava la potenza ad ogni cambiamento di fase della lentezza e della frequenza. Miller et al. (2000) esaminarono il dominio p-f dello spettro di potenza nelle registrazioni MASW e definirono le variazioni laterali nelle curve di dispersione e quelle delle velocità delle onde di taglio. La distinzione delle pendenze nelle dispersione di onda è un reale vantaggio delle analisi p-f in quanto gli altri arrivi che appaiono nelle registrazioni dei microtremori, quali onde nell’aria, non possono avere tale pendenza e l’immagine spettrale di potenza p-f mostra dove tali onde hanno energia significativa. Pur se la maggior parte dell’energia in una registrazione sismica è una fase rispetto alla totalità delle onde di Rayleigh, l’analisi p-f separa l’energia in un diagramma lentezza-frequenza dalle curve di dispersione, che vengono appunto interpretate con questa tecnica. Registrando con molti canali dei sismogrammi verticali ed impiegando la trasformata p-f, il metodo Re.Mi. analizza con successo la dispersione delle onde di Rayleigh nei casi in cui appunto la tecnica SASW non riesce ad analizzarla. 2 CONFRONTO CON SISMICA IN FORO Al fine di verificare l’affidabilità delle risultanze delle prove Re.Mi. sono state eseguite per circa due anni delle verifiche, tramite il confronto dei valori di velocità sismica delle Vp e Vs ottenuti a mezzo delle prove tradizionali di carotaggio sismico in foro. Complessivamente sono state eseguite n° 33 verifiche sperimentali in altrettanti siti distribuiti casualmente sull’intero territorio italiano. Qui di seguito vengono riportati come esempio due verifiche eseguite rispettivamente in corrispondenza di un carotaggio sismico eseguito con tecnica down-hole (fig. 3) e di uno eseguito con metodologia cross-hole (fig. 4). Per la verifica con metodologia di carotaggio down-hole (fig. 3) si sono operati due stendimenti di geofoni per la prova Re.Mi., disposti ortogonalmente tra loro e con intersezione a metà degli stendimenti posta sul sondaggio geognostico attrezzato per la taratura con carotaggio sismico, che è stato interpretato con metodologia tomografica. La verifica è stata eseguita, nell’ambito dello studio dei terreni di fondazione per la costruzione di un edificio di civile abitazione posto alla periferia orientale di Siena la cui stratigrafia presentava 10 metri di depositi alluvionali fini a copertura di un sostrato argilloso pliocenico. Nel caso in esame la sperimentazione risultava particolarmente significativa in quanto il sito prescelto per l’edificazione è ubicato in prossimità della linea tettonica attiva denominata “linea dell’Arbia” ed alla quale è legata la sismicità della zona di Siena. In tale situazione si rendeva quanto mai interessante ai fini della progettazione geotecnica delle opere di fondazione, verificare eventuali fenomeni di amplificazione e/o liquefazione che si sarebbero potuti ingenerare nella coltre alluvionale superficiale. Le due prove Re.Mi.


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eseguite hanno confermato le informazioni derivanti dal carotaggio sismico tradizionale ed il confronto tra i valori di Vs è il seguente: Velocità Vs ( m/sec)

Re.Mi. 1 Re.Mi. 2 D H

Livello 1 135 140 170

Livello 2 240 220 210

Livello 3 380 350 295

Substrato 500 490 522 Dal soprariportato confronto si evidenzia una buona omogeneità tra i valori ottenuti con le due metodologie di indagine e dall’ulteriore calcolo dei moduli elastici dinamici del terreno in posto si evince che il campo di incertezza dei valori ottenuti con le diverse prove rientra ampiamente all’interno della loro precisione. La verifica di affidabilità delle prove Re.Mi. eseguita mediante il confronto dei valori di Vp e Vs ottenuti con il carotaggio sismico con metodologia cross-hole eseguito nell’ambito dello scavo di una galleria in loc. Trento prevedeva una successione sostanzialmente calcarea (fig. 4). La prova Re.Mi. ben individua in questo caso specifico il passaggio tra la roccia allentata e quella compatta in analogia a quanto evidenziato dalla sezione sismica relativa all’interpretazione cross-hole con metodologia tomografica. La metodologia Re.Mi. in questo caso ha ben individuato il modello di rilassamento della roccia calcarea, infatti, l’interpretazione della prova ha evidenziato, in analogia con le risultanze delle Vp della prova cross-hole interpretata con metodologia tomografica, il tetto della roccia compatta alla profondità di circa 30 metri. L’andamento crescente delle Vs derivante della prova Re.Mi. ben si associa altresì alla successione delle Vp desunte dal carotaggio sismico cross-hole anche se ovviamente la metodologia Re.Mi. non evidenzia rallentamenti puntiformi che sono stati evidenziati invece dall’interpretazione tomografica.


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Fig. 3. Verifica delle risultanze Re.Mi. con carotaggio sismico down-hole interpretato con metodologia tomografica nell’ambito dello studio dei terreni di fondazione per un edificio per civile abitazione a Siena.

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Calculated Dispersion

Picked Dispersion

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Picked Dispersion

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Vs Refraction Microtremor, V30 = 355 m/s NEHRP/UBC Site Class 'C'

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Prove Re.Mi.

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184

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190

191

192

193

181

180

179

178

177

176

175

174

173

172

S4

ONDE P ONDE S

DOWN - HOLE Sondaggio S4

Scala colorimetrica velocità sismica m/sec

193

192

191

190

189

188

187

186

185

184

183

182

181

180

179

178

177

176

175

174

173

172

Quo

ta m

s.l.

m.

S4

Schema planimetrico della verifica Carotaggio down-hole

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SCALA 1: 2.000

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Fig. 4. Confronto dei risultati delle prove Re.Mi. con i tradizionali carotaggi sismici in foro tramite metodologia cross-hole tomografica

Spettro di potenza p-f con picking della velocità di fase

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0100200300400500600700800900

100011001200130014001500

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Picked Dispersion

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Vs Refraction Microtremor, V30 = 528 m/sec NEHRP/UBC Site Class 'C'

Diagramma periodo-velocità di fase Modello interpretativo

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96

94

92

90

88

86

84

82

80

78

76

74

72

70

68

66

64

62

60

58

100

98

96

94

92

90

88

86

84

82

80

78

76

74

72

70

68

66

64

62

60

58

T2 T3

0 500 1000 1500 2000 2500

Scala colorimetrica della velocità sismica Onde P m/sec

Qr m

Qr m

PROVA REMI

VS=171 m/sec

VS=566 m/sec

140 0

120 0

VS=470 m/sec

VS=680 m/sec

VS=805 m/sec

VS=1720 m/sec

1000

10001000

2000

4000

coeff.Poisson

Mod. Taglio Din. Mod. Young Mod. Bulk

58.919 150.945 114.8430.28

coeff.Poisson


450.357 1.193.877 1.140.1480.33

coeff.Poisson


718.433 1.890.067 1.706.5330.32

coeff.Poisson


1.036.983 2.643.598 1.955.2570.27

coeff.Poisson


1.585.382 4.020.671 2.888.9700.27

coeff.Poisson


7.492.355 18.091.404 10.302.3040.21

Carotaggio cross-hole e moduli elastici dinamici


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3 ALCUNE APPLICAZIONI 3 . 1 – Indagini puntiformi Nella prassi normale delle indagini geognostiche ai fini delle indagini previste dalla normativa italiana vigente, recentemente si è andata altresì diffondendo la pratica dell’esecuzione delle prove Re.Mi. In tale contesto, che può essere definito come puntiforme, tale indagini consentono di ottenere i seguenti risultati :

� definizione puntuale del valore della velocità di propagazione delle Vs; � calcolo dei moduli elastici dinamici riferiti a terreni in situ; � definizione del valore del Vs30.

Tale metodologia consente altresì di evitare il ricorso al carotaggio sismico tradizionale con tecnica down-hole o cross-hole in fori di sondaggio appositamente attrezzati. Qui di seguito vengono illustrati alcuni esempi di applicazioni puntiformi di cui il primo (fig. 5) legato alla costruzione di un edificio industriale ed il secondo (fig. 6) all’ampliamento di un edificio pubblico scolastico. La successione stratigrafica dei terreni di fondazione dell’opificio industriale alla periferia orientale di Siena (fig. 5) prevedeva, dopo una copertura di alcuni metri sostanzialmente limosa, la presenza di una sabbia fine sciolta completamente satura (Nspt = 5 ), su di un substrato limoso mediamente consolidato alla profondità 6 – 8 metri. La definizione dei valori di Vp mediante l’esecuzione di un semplice profilo sismico a rifrazione con metodologia tomografica e dei valori di Vs mediante l’interpretazione delle prove Re.Mi. ha consentito in questo peculiare caso, il calcolo dei moduli elastici dinamici in sito (vedi tabella fig. 5) e la definizione del grado di probabilità per la liquefazione delle sabbie. Nel corso delle prove penetrometriche eseguite nell’ambito delle indagini geognostiche per il progetto di ampliamento di un edificio pubblico ad uso scolastico (fig. 6) era emersa la problematica della probabile presenza di uno strato più soffice contenuto tra due strati mediamente addensati alla profondità di 20 – 25 metri; tale situazione stratigrafica, sebbene evidenziata anche nel coso dei sondaggi geognostici, non era stata sufficientemente parametrizzata sotto il profilo geotecnico. Il rilievo sismico mediante l’esecuzione di un profilo sismico a rifrazione eseguito ed interpretato con metodologia tomografica per il calcolo delle Vp, congiuntamente all’esecuzione della prova Re.Mi. per la definizione delle Vs, ha consentito di avvalorare la presenza dello strato più lento all’interno di una successione mediamente veloce e di calcolare altresì i moduli elastici dinamici indispensabili per il modello geotecnico ed il conseguente calcolo delle fondazioni profonde. In particolare l’interpretazione tomografica del profilo sismico ha attribuito ad alcune celle della maglia di riferimento dei valori di velocità Vp più bassi di quelli attribuite alle maglie circostanti e ciò è da mettere in relazione con la peculiarità dell’elaborazione tomografica che attribuisce la velocità alle varie celle della maglia in funzione dei tempi di transito delle Vp. Nella figura 6 è riportata come esempio, oltre all’elaborazione Re.Mi. anche il profilo sismico a rifrazione e la tabella riassuntiva delle velocità dei vari strati con i moduli elastici dinamici calcolati.


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Fig. 5. Applicazioni puntiformi: costruzione di un opificio.

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Vs Refraction Microtremor,V30 = 298 m/sec Site Class 'C'

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Modello interpretativo

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500

600

700

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Picked Dispersion

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Spettro di potenza p-f con picking della velocità di fase e diagramma periodo-velocità di fase

Parametri geotecnici e moduli elastici dinamici

Fig. 6. Applicazioni puntiformi: costruzione di un edificio pubblico.

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Vs Refraction Microtremor,V30 = 172 m/sec Site Class 'D'

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Spettro di potenza p-f con picking della velocità di fase



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Picked Dispersion

prof. Vp Vs densità coeff. Mod. Mod. Mod.

Poisson Taglio Dinam. Young bulk

m m/s m/s $�%��&' $�%��(' $�%��(' $�%��('

0.0

670 150 19 0.47 4.4E+04 1.3E+05 8.1E+05

5.0

930 182 19 0.48 6.4E+04 1.9E+05 1.6E+06

12.4

1220 260 19 0.48 1.3E+05 3.9E+05 2.7E+06

19.9

1008 128 19 0.49 3.2E+04 9.5E+04 1.9E+06

25.3

1300 191 19 0.49 7.1E+04 2.1E+05 3.2E+06

32.0

1500 320 19 0.48 2.0E+05 5.9E+05 4.1E+06

Diagramma periodo-velocità di fase

Moduli elastici dinamici

tem

pi (

mill

isec

ondi

)

1 1 0

0

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

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3 0

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1 0

tem

pi (

mill

isec

ondi

)

1 1 0

0

1 0 0

9 0

8 0

7 0

6 0

5 0

4 0

3 0

2 0

1 0

P .s . 9P .s . 8P .s . 7P .s . 6P .s . 5P .s . 4P .s . 3P .s . 2P .s . 1

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s.l.m

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5

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Quo

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m)

s.l.m

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-1 5

5

-5

-1 0

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15

10

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800

Profilo sismico a rifrazione

3. 2 Ricostruzione di sezioni Quando i progetti ingegneristici interessano porzioni estese di territorio, si rende necessario intraprendere delle indagini geognostiche su vasta scala ed in tali situazioni l’esecuzione di più prove Re.Mi. consecutive consente la redazione di sezioni sismiche. In tale situazione normalmente per ognuna delle basi da 24 geofoni che costituiscono il profilo sismico a rifrazione viene eseguita, generalmente previo adeguamento della frequenza dei geofoni, la registrazione del rumore mediante la metodologia Re.Mi e ciò consente di ottenere delle sezioni sismiche sia per le Vp sia per le Vs. In particolare ad esempio nei progetti stradali vengono eseguiti dei profili sismici a rifrazione con metodologia tomografica in corrispondenza dell’asse stradale anche per lunghi tratti ed in tale situazione si rende quanto mai semplice eseguire delle prove Re.Mi. per ogni base sismica. Di seguito viene riportato come esempio un rilievo sismico che, nell’ambito di un progetto stradale, ha previsto l’esecuzione di 2.000 ml di profilo sismico a rifrazione con metodologia tomografica e l’esecuzione contemporanea di 20 prove Re.Mi. sempre sullo stesso allineamento (fig. 7) per una profondità di indagine di circa 50 metri . La successione stratigrafica prevedeva una successione di quattro litotipi aventi Vp crescente e sinteticamente così riassumibile (profilo sismico di fig. 7):


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• un primo strato, più superficiale, caratterizzato da valori di Vp inferiori a 800 m/sec ed associabile a depositi superficiali poco addensati;

• un secondo strato con valori di Vp compresi tra 800 e 1.600 m/sec, e litologicamente riconducibile alle sabbie fini addensate e/o sabbie debolmente limose addensate;

• un terzo, caratterizzato con valori di Vp compresi tra 1.600 e 2.100 m/sec associabile a limo sabbioso e/o sabbia limosa con livelli argillosi;

• il substrato profondo, caratterizzato da Vp superiori a 2.100 m/sec, generalmente associabile alle argille.

Le registrazioni per le prove Re.Mi. sono state eseguite, come già riferito, per ogni base sismica e nello specifico prevedevano una spaziatura dei geofoni di 5 metri, un tempo di registrazione degli eventi di 30 secondi, un tempo di campionamento di 2 sec x 10-3 ed un minimo di 5 registrazioni per ogni allineamento. L’interpretazione dei dati sismici ha consentito la redazione di una significativa ed interessante sezione lungo l’asse stradale ove vengono sintetizzati sia i valori delle Vp sia quelli delle Vs ( sezione in basso di fig. 7). In tale sezione sono state riportate alcune curve di isovelocità significative per le onde Vp sulla base dell’interpretazione tomografica ed immediatamente riconducibili alla successione stratigrafica; inoltre sono stati riportati i valori delle Vs sulla verticale di ciascuna prova e per ogni litotipo . La redazione di tale sezione ha fornito elementi indispensabili per la progettazione geotecnica delle opere stradali in relazione alla nuova normativa italiana. Nell’ambito della progettazione di un canale scolmatore del Lago Jlopango (Salvador) in una zona caratterizzata da elevatissima sismicità, oltre alle consuete indagini geognostiche è stata eseguita anche una campagna di prospezione sismica per la definizione del “modello di risposta sismica locale” (fig. 8). All’uopo sono stati eseguiti 2.945 metri di profilo sismico a rifrazione con metodologia tomografica e n° 25 prove Re.Mi. ; inoltre per lo studio dell’andamento della falda idrica sono stati eseguiti altresì 25 Sondaggi Elettrici Verticali (fig. 8). La coltre detritico alluvionale presentava uno spessore di 25 – 30 metri a copertura di rocce vulcaniche effusive. L’interpretazione complessiva della prospezione sismica, in analogia a quanto esposto per il progetto stradale citato precedentemente, ha consentito la redazione di una sezione sismica riassuntiva ove sono stati riportati sia i valori di Vp sia i valori di Vs. Anche in questo caso, sebbene in presenza di terreni vulcanici effusivi, si sono ottenuti dei buoni risultati ed in particolare l’individuazione della profondità del substrato è risultata coincidente tra l’elaborazione operata con le Vp con quella derivante dalle Vs con le prove Re.Mi. La sezione sismica riassuntiva ha permesso il calcolo dei moduli elastici dinamici per i vari litotipi in corrispondenza delle singole opere, sebbene l’indagine sia stata distribuita uniformemente su tutto il tracciato quando non era ancora stata definita l’esatta ubicazione delle opere stesse. Tale sezione ha permesso altresì la definizione del modello sismico di risposta locale individuando particolari strutture ove possono ingenerarsi dei fenomeni di amplificazione sismica locale


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Fig. 7. Ricostruzione di sezioni

50

60

20

30

40

40

20

0

60

80

100

120

20

40

60

80

100

120

PR1 SGD3 SGD4 SGD5 SGD6 PR3SGD7

50

60

20

30

40


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0

100

200

300

400

500

600

700

800

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

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Picked Dispersion

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-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

00 200 400 600 800 1000 1200 1400

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Spettro di potenza p-f e diagramma periodo-velocità di fase Modello interpretativo

8.5

17

23

295

520

320

475

5

200

310

380

346

225

295

440

335

6

16

33

15

33

270

280

465

330

5

33

270

295

370

330

5

14

33

225

400

500

370

23

39

10

245

320

490

410

8.5

18

44

250

325

620

440

8

22

42

195

320

755

510

22

35

7

195

240

405

385

5

16

34

200

365

380

425

5

13

32

195

364

510

410

5

13

30

310

340

370

440

360

375

13

21

28

48

50

10

20

-30

-20

-10

-40

-50

-60

800 800

1600

2100

800 800 800 800 800

800

800800

800800 800

1600 1600 1600

16001600

1600

1600

16001600 1600

2100 2100 2100

21002100

2100

2100 2100

2100

2100

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750

+ , "- + - ", + + - " " , + - " , - "- + , + - ", + ,, "-

1600

5

14

28

195

278

385

330

300

265

360

615

6

35

13

260

375

495

380

10

19

47

ReMi 1

ReMi 2 ReMi 3 ReMi 4 ReMi 5 ReMi 6 ReMi 7 ReMi 8 ReMi 9 ReMi 10 ReMi 11 ReMi 12 ReMi 13ReMi 14 ReMi 15 ReMi 16

16

Progressive (m)

Sezione con i valori delle velocità sismiche

800

1600

2100

5

200

ReMi 3

LEGENDA:

Legenda


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Fig. 8: Ricostruzione di sezioni SALVADOR

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0

100

200

300

400

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

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Picked Dispersion

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Vs Refraction Microtremor,V30 = 164 m/sec Site Class 'D'

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Spettro di potenza p-f e diagramma periodo-velocità di fase


p.s.1 p.s.2 p.s.3 p.s.4 p.s.5 p.s.6 p.s.7 p.s.8 p.s.9 p.s.10 p.s.11 p.s.12 p.s.13

400

410

420

430

440

E

Ele

vaci

òn (

m) s

.n.m

.

450

390

400

410

420

430

440

Ele

vaci

òn (m

) s.n

.m.

450

390E

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Tie

mpo

(se

gx10

-3)

150

160

170

180

190

200

210

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

Tie

mpo

(se

gx10

-3)

150

160

170

180

190

200

210

460460

ReMi ReMi 12 b2

38

1.33

13

27

6010

40

66

3

173

8

29

75

110

Z02-1 Z03-1 Z04-1 7


LEYENDA:

0p.s.4 500 1000 1500 2000

- Substrato

900

Velocidad sismica (m/s)- Perfil topogràfico

- Curva di isovelocidad in m/s

- Malla sìsmica tomogràfica (1.7 x 1.7 m)

- Punto de impulso

- Dromocronas ( : datos experimental; valor calculados)

- S.E.V2 1 - Sondeo mecànicos

- Pozo

Z01-16

62 - Resistividad

- Profundidad (m)

INVESTIGACIONES GEOFISICAS DE DETTALLE

A LO LARGO DEL RIO Legenda


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