INSTALLAZIONE RAPIDA RETI IPERDENSE.
Sviluppo, implementazione e gestione di reti strumentali sismometriche ad elevato numero di punti di misura sia in configurazione stand-alone che con centralizzazione remota mediante telemetria digitale. Questa attività si presta per il monitoraggio di fenomeni naturali quali terremoti, vulcanismo, frane, sinkholes, sia ai fini di studiare il fenomeno e la sua evoluzione nel tempo, sia al fine di controllarne l’andamento nei casi in cui sia necessario intervenire in emergenza in aree disastrate dai medesimi. Inoltre vengono usate per criticità dovute ad incidenti industriali o recuperi di grandi strutture danneggiate.
MICROZONAZIONE SISMICA.
L’osservazione della diversa distribuzione del danno nei terremoti è alla base della microzonazione sismica, cioè della valutazione degli effetti che un terremoto produce localmente. Negli ultimi anni sono stati messi a punto metodi di studio basati su indagini strumentali e su modellazioni numeriche che consentono la conoscenza preventiva di questi effetti a scala areale diversa.
Nel corso degli ultimi anni lo sviluppo degli strumenti interpretativi per le indagini di tomografia di resistività elettrica ha ampliato lo spettro di possibilità fornite in fase di acquisizione. Accanto alle consuete geometrie che utilizzano profili 2D, griglie 3D di elettrodi superficiali, sistemi di elettrodi in foro, innovative geometrie 3D trovano oggi applicazione in diversi contesti, quali l’ingegneria civile e geotecnica, le indagini a scopo ambientale, l’archeologia. Tra queste geometrie si devono menzionare in particolare le configurazioni superficiali che fanno uso di disposizioni elettrodiche a forma di L, U o anulari (loop di elettrodi).
Software dedicati, per elaborare i dati acquisiti, consentono di creare e gestire array regolari ed irregolari creando sequenze quadripolari personalizzabili (configurazioni 2D e 3D, in foro, in superficie o mista). Grazie all’algoritmo di modellazione agli Elementi Finiti Tetraedrici, è possibile invertire le misure acquisite in contesti con topografia e geometrie estreme. Un nucleo di routine di inversione consente l’interpretazione robusta e affidabile delle misure di campagna, anche in presenza di livelli considerevoli di rumore.
E’ possibile visualizzare i risultati dell’inversione mediante una completa serie di oggetti grafici (sezioni, superfici iso-resistive, volumi). L’elaborazione 3D è quindi in grado di fornire una visione tridimensionale delle varie strutture sepolte (complesso fondale, eventuali sversamenti, variazione litologiche 3D), soprattutto permette di ottenere numerose informazioni in condizioni di poco spazio, altrimenti non investigabili con i classici stendimenti elettrici 2D.
Il metodo geoelettrico nelle indagini geofisiche sfrutta le proprietà di rocce e sedimenti (terre) di condurre in modo diverso la corrente elettrica. Il parametro che viene misurato è la resistività elettrica che dipende dalla porosità, dalla permeabilità e dal contenuto ionico dei fluidi di ritenzione.
La Tomografia elettrica rappresenta un’evoluzione recente dei Sondaggi Elettrici Verticali (S.E.V.), ed è funzionale grazie ai notevoli progressi dell’elettronica digitale e della modellistica geofisica. A seconda della distanza reciproca tra gli elettrodi che immettono la corrente e gli altri che la misurano, si possono investigare profondità sempre maggiori di terreno. Vengono usati array diversi a seconda della problematica da indagare, in generale i più utilizzati sono: Schlumberger, Wenner, dipolo-dipolo.
La tomografia elettrica è un metodo di acquisizione ed elaborazione del dato che restituisce rappresentazioni bidimensionali e tridimensionali ad alta risoluzione delle caratteristiche elettriche del sottosuolo, e permette una ricostruzione elettrostratigrafica di questo.
Utilizzando delle stazioni sismiche digitali trasportabili, è possibile controllare l’attività sismica di un sito. Il monitoraggio delle vibrazioni sismiche è indicato in tutte le aree in cui esistono opere sensibili a sollecitazioni indotte anche artificialmente (cave, passaggio mezzi pesanti, ferrovie, autostrade). I dati ottenibili sono i tempi di arrivo delle vibrazioni sismiche, le ampiezze e le frequenze di sollecitazione, nonchè, elementi sulle accelerazioni al suolo e quindi la possibilità di una stima di parametri utilizzabili direttamente in campo ingegneristico. Le stazioni sismiche una volta installate, possono funzionare in continuo o con sistemi a trigger, cioè quando un onset supera una prefissata soglia il sistema inizia a registrare. Per l’analisi delle vibrazioni indotte su strutture vengono valutate le massime ampiezze (in velocità, accelerazione o spostamento), la durata e le frequenze a cui tali sollecitazioni si producono.
I Campi applicativi sono legati alla verifica di sollecitazioni dinamiche indotte da vibrazioni di macchinari, impianti, passaggio di mezzi pesanti esplosioni.
La misura di microtremore a stazione singola deve avere una durata commisurata alla frequenza di indagine di interesse. Le misure di tipo passivo mirano a determinare caratteristiche medie del moto del suolo associato alle vibrazioni ambientali. Dal punto di vista pratico, nelle prove di sismica passiva si tratta di misurare vibrazioni del terreno caratterizzate da ampiezze molto piccole. Questo implica che la prova vada effettuata con cura, soprattutto per quanto riguarda l’accoppiamento dello strumento di misura con il terreno e la riduzione delle possibili fonti di disturbo nelle immediate vicinanze dei sensori. Tale tecnica costituisce una parte importante nella valutazione del rischio sismico di un determinato sito perché permette di calcolarne la frequenza fondamentale o frequenza di risonanza.
La frequenza caratteristica di risonanza di un sito rappresenta un parametro fondamentale per il corretto dimensionamento degli edifici in termini di risposta sismica locale. Si dovranno quindi adottare adeguate precauzioni nell’edificare edifici aventi la medesima frequenza di vibrazione del terreno per evitare effetti di “doppia risonanza”, estremamente pericolosi.
La frequenza fondamentale di risonanza di un edificio può essere misurata eseguendo le misurazioni all’interno dello stesso. In seguito sarà possibile confrontarla con quella del terreno su cui sorge per comprendere al meglio il rischio sismico a cui è sottoposto l’edificio in caso di sisma. Infatti la pericolosità è dovuta per l’effetto della doppia risonanza terreno – struttura (esistente o di progetto) laddove risultino coerenti i valori della frequenza di sito e quelli della struttura in analisi, per la quale il periodo fondamentale, se non direttamente misurato, può essere preliminarmente stimato dalla relazione:
Ted ≈ Ch3/4 ≈ n/10
dove: Ted è il periodo dell’edificio, h è la sua altezza ed n è il numero di piani; mentre il parametro C = 0,050 edifici in muratura, C= 0.075 edifici in muratura e calcestruzzo, C= 0.085 edifici a telaio in calcestruzzo.
Le vibrazioni sismiche ambientali (rumore sismico) sono onde sismiche di bassa energia con ampiezze dell’ordine di 10-4 – 10-2 mm. Per quanto riguarda l’origine del rumore sismico, è certo che le sorgenti dei microsismi sono le perturbazioni atmosferiche sugli oceani che si propagano come onde superficiali sui continenti, mentre le sorgenti dei microtremori sono le attività antropiche come il traffico veicolare, le attività industriali etc. e si propagano come onde superficiali di Rayleigh. Le misure puntuali di rumore sismico possono essere utilizzate per la stima sia degli effetti di sito (funzione di amplificazione), sia degli effetti sulle costruzioni nel rispetto della normativa che ne stabilisce la soglia massima.
In relazione agli effetti di sito, l’analisi delle misure di rumore sismico può essere condotta con tre metodi:
Tra questi quello che sembra fornire i risultati migliori è quello dei Rapporti spettrali H/V noto anche come metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) o metodo di Nakamura .
Tale tecnica, ampiamente utilizzata da anni nel settore sismologico, di recente viene sempre più impiegata in campo geotecnico / ingegneristico per derivare i seguenti parametri:
la frequenza fondamentale di risonanza Fo dei terreni presenti nel sottosuolo;
la stima del profilo del terreno in termini delle velocità Vs e Vp e della densità e quindi delle velocità Vs nei primi 30 m (ed oltre) dal piano campagna , attraverso opportuni metodi di inversione;
la frequenza fondamentale di risonanza di un edificio e i relativi modi di vibrare.
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.
L’indagine si basa sulla misura dei tempi di percorso dalla stazione energizzante ad una successione di stazioni riceventi (“geofoni”), attraverso la quale è possibile dedurre le velocità e gli spessori degli orizzonti in cui si propagano le onde elastiche generate. Ottenendo informazioni sulla natura e la struttura del sottosuolo, per profondità che variano da pochi metri fino a varie decine di metri. La strumentazione necessaria è costituita da un stazione di registrazione, il “sismografo” e da una serie di geofoni che vengono equispaziati lungo uno “stendimento sismico”.
Il sismografo registra l’attimo in cui viene generata la perturbazione elastica ed i tempi di arrivo delle onde a ciascun geofono. Il “sismogramma” generato illustra la registrazione completa del segnale ricevuto ed amplificato da ciascun geofono. Le sorgenti di energia possono essere costituite da cariche esplosive, cannoncino sismico, caduta di un grave, mazza 5-10 kg e vibratore.
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