Le indagini sismiche forniscono informazioni che vengono utilizzate per determinare le proprietà geotecniche del sottosuolo nella progettazione ingegneristica. L’acquisizione dei dati avviene con indagini sismiche di superficie (Sismica a rifrazione, MASW, SASW, REMI e ESAC) ed indagini in foro (Down Hole e Cross Hole) che permettono di misurare le velocità di onde P ed onde SH.
Le velocità sismiche ottenute possono essere combinate con la densità per calcolare il coefficiente di possion ed i moduli elastici quali: modulo di taglio, modulo di young e modulo di compressibilità (bulk modulus). I parametri dinamici, così calcolati, rappresentano un ottimo supporto alla progettazione geotecnica e forniscono utili indicazioni anche sulle caratteristiche di escavazione dei materiali (rippability).
Il metodo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) è una tecnica di indagine non invasiva, che individua il profilo di velocità delle onde di taglio orizzontali Vs, basandosi sulla misura delle onde superficiali fatta in corrispondenza di diversi sensori (geofoni) posti sulla superficie del suolo. Il contributo predominante alle onde superficiali è dato dalle onde di Rayleigh, che viaggiano con una velocità correlata alla rigidezza della porzione di terreno interessata dalla propagazione delle onde. In un mezzo stratificato le onde di Rayleigh sono dispersive, cioè onde con diverse lunghezze d’onda si propagano con diverse velocità di fase e velocità di gruppo. La natura dispersiva delle onde superficiali è correlabile al fatto che onde ad alta frequenza con lunghezza d’onda corta si propagano negli strati più superficiali e quindi danno informazioni sulla parte più superficiale del suolo, invece onde a bassa frequenza si propagano negli strati più profondi e quindi interessano gli strati più profondi del suolo.
Il metodo di indagine MASW si distingue in metodo attivo e metodo passivo o in una combinazione di entrambi. Il metodo attivo consente di ottenere una velocità di fase (o curva di dispersione) sperimentale apparente nel range di frequenze compreso tra 5Hz e 70Hz, quindi dà informazioni sulla parte più superficiale del suolo, sui primi 30 m-50 m, in funzione della rigidezza del suolo. Il metodo passivo in genere consente di tracciare una velocità di fase apparente sperimentale compresa tra 0 Hz e 10Hz, quindi dà informazioni sugli strati più profondi del suolo, generalmente al di sotto dei 50 m, in funzione della rigidezza del suolo.
La prova MASW è un miglioramento del metodo SASW , che utilizza una sorgente attiva e due soli sismometri da 1 Hz, polarizzati verticalmente, spaziati da 1m fino a 500m. In particolare la registrazione simultanea di 12 o più canali fornisce una ridondanza statistica delle misure di velocità di fase e ne avvalora la veridicità, superando la difficoltà dell’applicazione del SASW in ambienti rumorosi.
Nel metodo REMI, “Refraction Microtremor”, si registra il segnale relativo a microtremori spontaneamente presenti nell’ambiente (cioè sollecitazioni di qualsiasi origine, anche antropica), provenienti da sorgenti ignote e isotropiche (disposte in tutte le direzioni) rispetto allo stendimento geofonico. L’analisi dei microtremori viene effettuata utilizzando la strumentazione classica per la prospezione sismica a rifrazione disposta sul terreno con array lineare, da 24 a 48 geofoni; per ottenere una buona risoluzione in termine di frequenza, oltre ad utilizzare geofoni con bassa frequenza di risonanza (4-14 Hz raccomandati), è indispensabile allungare il tempo di registrazione (15-30s) rispetto alla sismica a rifrazione tradizionale. Per evidenziare la dispersione delle onde di Rayleigh alle basse frequenze abbiamo inoltre bisogno di stendimenti sismici abbastanza lunghi (da 60 a 200 m); a volte, per valutare l’influenza della direttività del segnale, può essere infine necessario utilizzare 2 stendimenti ortogonali o uno stendimento circolare.
ESAC è un metodo di sismica passiva che deriva dalla generalizzazione del metodo ReMi (Extended Spatial Autocorrelation), con la sola differenza che i geofoni possono essere disposti secondo una geometria bidimensionale qualsiasi.
Le metodologie Down Hole e Cross Hole si utilizzano solitamente per profondità che al massimo possono raggiungere i 100 m. La dizione inglese si riferisce sulla posizione dei geofoni rispetto alla sorgente energizzante. Per una buona determinazione delle onde, soprattutto per quelle di taglio, è necessario che i fori di sondaggio siano rivestiti e che il rivestimento sia cementato al terreno circostante, così da eliminare qualsiasi vuoto e trasmettere bene il segnale.
La misura Down Hole prevede una sorgente sismica superficiale e sensori all’interno del perforo; questo metodo consente di determinare dei profili di velocità delle Onde P e SH dei materiali attraversati dalla perforazione. Per la sua economicità rispetto agli altri due metodi, il Down Hole risulta essere la tecnica più utilizzata.
Il metodo Cross Hole utilizza due o più sondaggi; in uno vengono inseriti i geofoni e nell’altro, alla stessa profondità, calata la sorgente sismica. La distanza tra i sondaggi è convenientemente posta sui 5 metri. La misura dei tempi di arrivo delle onde P e SH consente di ricavare le proprietà elastiche del materiale compreso tra i sondaggi.
