Indagini geofisiche

Il metodo MASW (Park et al., 1999) è una tecnica di indagine non invasiva che consente la definizione del profilo superficiale di velocità delle onde di taglio Vs, basandosi sulla misura della propagazione delle onde di superficie di Rayleigh generate da una sorgente verticale, o di Love, generate da una sorgente di taglio, registrata in corrispondenza di diversi sensori (geofoni) posti sulla superficie del suolo.
Ogni singolo geofono è collegato mediante un cavo bipolare che trasmette il segnale al sismografo, il segnale sismico viene così registrato, opportunamente amplificato, visualizzato sullo strumento e memorizzato per le successive elaborazioni ed interpretazioni.
La tecnica ReMi (Louie, 2001) è definibile come una variante passiva della tecnica MASW, poichè analizza sempre il medesimo fenomeno, cioè la dispersione delle onde di superficie, ma utilizzando sorgenti ambientali di varia natura che producono perturbazioni del mezzo investigato.
La strumentazione utilizzata è costituita da un sismografo multicanale prodotto da MAE srl, modello SYSMATRACK 24 bit, avente le seguenti caratteristiche tecniche:
• Convertitore a risoluzione di 24 bit per ogni singolo canale con tecnologia sigma- delta;
• Auto-calibrazione interna dei convertitori prima di ogni acquisizione;
• Intervalli di campionamento dei segnali compresi tra 66 µs e 20 ms;
• Filtro anti-alias. ­3 dB, 80% della frequenza di Nyquist, ­ 80 dB;
• Filtri digitali selezionati automaticamente in base alla frequenza di campionamento;
• Livelli di amplificazione impostabili singolarmente per ogni canale e compresi tra 0 dB e 36 dB;
• Banda passante compresa tra 2 Hz e 30 KHz;
• Range dinamico: 144 dB (teorico);
• Distorsione massima +/- 0.0010%;
• 24 geofoni verticali (P) con periodo proprio di 4.5 Hz;
• massa battente pesante di 8 Kg.

La prova Down-hole è una delle tecniche più utilizzate, fin dagli anni '70 (Auld, 1977; Hoar e Stokoe, 1978), nell’ ambito della dinamica dei terreni e dell’ ingegneria geotecnica sismica, oltre ad una pratica diffusa, esiste anche una vasta sperimentazione nel campo della ricerca (Ishihara, 1996) e sono anche disponibili degli standard di riferimento a livello internazionale (ASTM Standard D7400-08, 2008).
La prova Down-hole (figura) consiste nel produrre, sulla superficie del terreno, una perturbazione mediante una sorgente meccanica e nello studiare, attraverso uno o due ricevitori calati alle profondità desiderate all’ interno di un foro di sondaggio precedentemente realizzato e rivestito con un tubo in materiale ad alta impedenza alle vibrazioni (ad esempio PVC), il treno d’onde P e S, che si propaga all’interno in direzione verticale, con vibrazioni polarizzate nella direzione di propagazione (onde P) e dirette perpendicolarmente alla direzione di propagazione, polarizzate su un piano orizzontale (onde SVH).
Il sistema di ricezione in dotazione si compone di un geofono da foro modello S3, prodotto da MAE srl, tridimensionale e orientabile, che può essere vincolato nella distanza verticale Δz (in genere con passo compreso tra 1 e 3 metri) e nell’orientazione relativa.
Il geofono viene calato nel foro alle varie profondità di misura e collegato in superficie al sistema di acquisizione.
L’indagine Down-hole permette di ricavare in maniera dettagliata l’andamento delle velocità delle onde con la profondità e di ottenere una caratterizzazione sismo-stratigrafica dei terreni investigati.

Il rumore sismico ambientale, presente ovunque sulla superficie terrestre, è generato da fenomeni atmosferici (onde oceaniche, vento) e dall’attività antropica oltre che dall’attività dinamica terrestre. Si chiama anche microtremore poichè riguarda oscillazioni molto più piccole di quelle indotte dai terremoti nel campo prossimo all’epicentro.
I metodi che si basano sulla sua acquisizione si dicono passivi, in quanto il rumore sismico non è generato appositamente per l’esecuzione della prova, come, ad esempio, le esplosioni della sismica attiva.
La tecnica che si è maggiormente consolidata in questo tipo di analisi, è quella che si basa sulla teoria dei rapporti spettrali tra la componente del moto orizzontale e quella del moto verticale (Horizontal to Vertical Spectral Ratio, HVSR), proposta da Nogoshi e Igarashi (1970).
Lo scopo dell’indagine è quello di verificare attraverso questo metodo, l’eventuale presenza di contrasti di impedenza acustica fra gli strati sismici investigati, tali da generare fenomeni di risonanza lungo la verticale del sito.
Indagini di questo tipo consentono di:
• Misurare le frequenze di risonanza dei suoli;
• Valutare gli effetti di sito nell’ambito di studi di microzonazione sismica (H/V, metodo di Nakamura);
• Ottenere una stratigrafia da sismica passiva;
• Misurare il parametro Vs30 da fit vincolato della curva H/V;
• Stimare effetti di doppia risonanza suolo-struttura;
• Misurare i modi vibrazionali delle strutture.
Lo strumento utilizzato per misure di microtremori a stazione singola e analisi vibrazionali è il TROMINO prodotto da Micromed spa, di seguito sono elencate le specifiche tecniche: Opera nell’intervallo di frequenze 0.1 ­ 1024 Hz su tutti i canali, con conversione A/D > 24 bit equivalenti a 128 Hz; 3 canali velocimetrici per l’acquisizione del microtremore sismico ambientale (fino a ± 1.5 mm/s ˜); 3 canali velocimetrici per la registrazione di vibrazioni forti (fino a ± 5 cm/s ˜).

Il metodo tomografico in corrente continua (Electrical Resistivity Tomography, ERT) consente di ricostruire delle sezioni bidimensionali di resistività del sottosuolo. Un profilo tomografico viene realizzato tramite un cavo multipolare che collega una serie di elettrodi che vengono utilizzati tanto per l’immissione della corrente "I" che per la misura della differenza di potenziale "V".
Tramite queste due grandezze fisiche è possibile calcolare la resistività elettrica apparente relativa alla configurazione elettrodica utilizzata.
La tecnica tomografica è stata messa a punto in tempi recenti grazie ai notevoli progressi dell’elettronica digitale e della modellistica geofisica, che, attraverso l’ analisi del comportamento della resistività apparente al variare della disposizione mutua degli elettrodi, è in grado di fornire la distribuzione delle resistività intrinseche nel sottosuolo.
Lo strumento impiegato per l’esecuzione di indagini ERT è il georesistivimetro PASI 16 G, di seguito sono elencate le specifiche tecniche:
• risoluzione di acquisizione 16 bit: range in 65536 parti (max 610 nV);
• accuratezza relativa: ± 0.75 LSB (tip.); ± 1 LSB (max);
• base tempi: risoluzione 24 bit (4 contatori indipendenti) 20 MHz con accuratezza ± 0.01%;
• energizzatore: PASI P-300T (0-300 V);
• sonde: picchetti in acciaio inox;
• alimentazione 12Vdc.