COMUNE DI SALERNO...GEOMED S.r.l. geoarcheologia e geologia ambientale 3 1 - PREMESSA Su incarico...

GEOMED S.r.l. geoarcheologia e geologia ambientale

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COMUNE DI SALERNO

PROGETTO PRELIMINARE SALERNO PORTA OVEST

PROSPEZIONI SISMICHE IN FORO DOWN HOLE

SONDAGGI SP3 – SP8

COMMITTENTE: COMUNE DI SALERNO


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INDICE

1 – PREMESSA 3 2 - PROSPEZIONI SISMICHE IN FORO 4 3 - INDAGINI ESEGUITE 8 4 - ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI 9 5 – CONCLUSIONI 26


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1 - PREMESSA

Su incarico dell’amministrazione comunale di Salerno sono state eseguite, due prospezioni

sismiche down hole (Fig.1; Fig.2) al fine di individuare le caratteristiche sismostratigrafiche dei

litotipi e per classificare sismicamente il suolo secondo le recenti normative antisismiche

(O.P.C.M. 3274/03; O.P.C.M. 3431/05; D.M. 14 gennaio 2008).

Fig. 1 – Down hole SP3

Fig. 2 – Down hole SP8


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2 - PROSPEZIONI SISMICHE IN FORO Lo scopo di tali prove consiste nel determinare direttamente la velocità di propagazione,

all’interno del mezzo in esame, delle onde di compressione (onde P), di taglio (onde S) ed

indirettamente, utilizzando i valori delle velocità acquisiti (VP, VS), alcune proprietà meccaniche

delle litologie investigate.

Le indagini sismiche che utilizzano i fori dei sondaggi sono utili per avere una

sismostratigrafia dettagliata del sottosuolo. Si applicano vari metodi di indagine in foro. Il metodo

down hole, il più utilizzato, prevede la sistemazione della sorgente in superficie e la misura delle

onde d’arrivo in foro. La sonda, contenente il geofono a 3 componenti (una verticale e due

orizzontali disposte ortogonalmente tra di loro), si fissa pneumaticamente alle pareti del tubo in

PVC all’interno del foro di sondaggio. Con intervalli di 2m viene ricostruita la sismostratigrafia del

sottosuolo. La sorgente sismica è costituta da una massa battente (maglio dal peso di 6kg) in

oscillazione libera ed urtante un cuneo di acciaio infisso nel suolo per 40cm (Fig. 3); come

trigger/starter è stato utilizzato un geofono verticale Geospace a 14Hz, posto in prossimità della

sorgente energizzante.

Fig. 3 – Sorgente energizzante, con massa battente (maglio di 6kg) su cuneo di acciaio infisso per 40cm.


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Il metodo down hole, schematizzato in Fig. 4, prevede la sorgente energetica in superficie ed i

sensori all’interno del perforo. Si adoperano geofoni particolarmente assemblati per essere calati e

fissati a profondità via via crescenti (o decrescenti) contro la parete del perforo opportunamente

condizionato. Energizzando il terreno in superficie e misurando i tempi di arrivo delle onde P (Fig.

5) ed S (Fig. 6) ai geofoni, si ha la possibilità di determinare la velocità dei litotipi riscontrati nella

perforazione ed i loro moduli elastici.

Fig. 4 – Diagramma schematico della strumentazione completa richiesta per effettuare una indagine down hole.

Fig. 5 – Determinazione dei primi arrivi delle onde P per la down hole effettuata nel foro di sondaggio SP8.


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Fig. 6 – Determinazione dei primi arrivi delle onde S per la down hole effettuata nel foro di sondaggio SP8.

L’energizzazione genera onde elastiche longitudinali (P) e trasversali (S) che si propagano in

tutte le direzioni; in particolare le onde longitudinali (Fig. 7) si propagano mediante oscillazioni

delle particelle che costituiscono il mezzo attraversato nella stessa direzione della propagazione

dell’onda. Di conseguenza, il mezzo sarà soggetto principalmente a sforzi di compressione e

dilatazione e la velocità dell’onda sarà anche funzione del modulo di incompressibilità (bulk) (k),

che esprime la resistenza del mezzo a questo tipo di sforzo, oltre che del modulo di rigidità (µ)

detto anche modulo di taglio (shear) (G) e della densità (ρ):

ρ

µ34+

=k

Vp


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Direzione di propagazione

Fig. 7 - Rappresentazione grafica delle direzioni di oscillazione delle particelle che costituiscono il mezzo nel caso della propagazione di onde longitudinali P (direzione di oscillazione coincidente con quella di propagazione dell’onda).

Le onde trasversali (Fig. 8) si propagano mediante oscillazioni delle particelle del mezzo

perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell’onda. Di conseguenza, il mezzo sarà

soggetto a sforzi di taglio e la velocità delle onde sarà funzione della resistenza del mezzo a questo

tipo di sforzo, che è espressa dal modulo di rigidità (µ):

ρµ

=sV

Direzione di propagazione Fig. 8 - Rappresentazione grafica delle direzioni di oscillazione delle particelle che costituiscono il mezzo nel caso della propagazione di onde di taglio S (direzione di oscillazione perpendicolare alla direzione di propagazione dell’onda).

Le onde sismiche non sono caratterizzate da un trasporto di materia, ma da un trasferimento di

energia. Tenendo presente che lo sforzo impulsivo può ripartirsi in componenti normali e

tangenziali, si deduce che le onde longitudinali possono anche essere chiamate onde di

compressione in quanto generate dalla reazione elastica che si oppone a variazioni di volume e/o di

lunghezza del corpo e di cui sono responsabili le componenti normali dello sforzo.

COMPRESSIONE DILATAZIONE


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Le onde trasversali sono anche dette onde di taglio in quanto generate da reazione elastica che

si oppone a variazioni di forma del corpo e di cui sono responsabili le componenti tangenziali dello

sforzo.

Logicamente, onde di compressione e di taglio si generano contemporaneamente in seguito ad

uno sforzo impulsivo, ma sono caratterizzate da differenti velocità di propagazione.

Attraverso lo studio dei tempi di percorso delle onde di compressione e di taglio e quindi delle

velocità, si può risalire alla disposizione geometrica e alle caratteristiche meccanico-elastiche dei

litotipi presenti nell’area di indagine.

Le onde di volume P ed S, che attraversano un mezzo omogeneo e isotropo (condizioni ideali)

hanno ben definite equazioni di moto. Note le velocità Vp e Vs che vengono ottenute tramite misure

dirette, possono essere ricavate alcune proprietà meccaniche, quali il modulo di Young o modulo

elastico E, il modulo di taglio G o modulo di rigidità µ, il coefficiente di Poisson ν , la densità ρ e

il modulo di incompressibilità o bulk k. Le relative equazioni sono le seguenti:

( ) ( )

−−⋅= 22

2

121

sp

s

VVVν

poiché nei fluidi Vs=0, ν risulta uguale a 0.5. Nei solidi, il valore ν varia generalmente da

0.20 a circa 0.35. Pertanto, valori più elevati di ν possono essere indicativi della presenza di

frazioni di liquido nel mezzo attraversato.

( )( )ν

ννρ−

+−=

11212

pVE

( )ν+=12EG

2sV

G=ρ

)21(3 ν−=

Ek

3 - INDAGINI ESEGUITE Le indagini eseguite sono state condotte sulla base di n.2 prospezioni sismiche in fori di

sondaggio ubicati in posizioni particolarmente significative al fine di una completa individuazione

delle caratteristiche sismostratigrafiche del sottosuolo (Figg. 1 - 2).

Le indagini sono state effettuate mediante l’utilizzo di sismografo M.A.E. A6000-S 24 bit,

strumento compatto e versatile progettato e realizzato appositamente per eseguire indagini di


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prospezione sismica convenzionali (rifrazione, riflessione) e non convenzionali (Re.Mi., S.A.S.W.,

M.A.S.W.).

L’elevata dinamica (24 bit di risoluzione) unita alla notevole memoria per l’acquisizione, ne

consente l’utilizzo per tecniche di indagine di tipo non convenzionale: Re.Mi. (Refraction

Microtremor) - M.A.S.W. (Multichannel Analysis of Surface Waves) - S.A.S.W. (Spectral

Analysis of Surface Waves). Tali indagini risultano particolarmente adatte in aree fortemente

antropizzate (aree urbane e industriali) con notevole presenza di rumore di fondo (noise).

La gestione dell’apparecchiatura è notevolmente semplificata dall’interfaccia grafica e

dall’interazione con essa tramite il sistema di puntamento touch-screen, che consente di eseguire

tutte le operazioni toccando con un pennino gli oggetti interessati direttamente sullo schermo.

L’ambiente operativo dello strumento è quello di Microsoft Windows XP embedded.

La sorgente sismica è costituta da una massa battente (maglio dal peso di 6kg) in oscillazione

libera ed urtante un cuneo di acciaio infisso nel suolo per 40cm; come trigger/starter è stato

utilizzato un geofono verticale Geospace a 14Hz, posto in prossimità della piastra posizionata alla

distanza di 1.00m dal boccaforo. Le oscillazioni del terreno sono state rilevate da una sonda

geofonica tridimensionale (3 geofoni Geospace a 4.5Hz) calata nel perforo a profondità decrescenti

(da quota fondo foro a quota bocca foro) con intervalli di 2m.

I segnali sismici acquisiti sono stati successivamente elaborati con appositi programmi per la

determinazione della sismostratigrafia del sottosuolo. Nel caso specifico sono state eseguite n.2

prospezioni sismiche in foro down hole fino alla profondità di 30m con acquisizione dei segnali ad

intervalli di profondità di 2m.

Per ogni intervallo di profondità sono stati acquisiti i segnali relativi a percussione in tre

diverse direzioni: una verticale e due orizzontali (SX ed SY), quando la battuta non risultava netta, o

comunque il segnale non era significativo per la notevole presenza di noise ambientale, la prova

veniva ripetuta.

4 - ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DATI Le acquisizioni dei segnali, di lunghezza temporale T=0.546s, sono state effettuate con passo di

campionamento dt=0.266ms. La frequenza di campionamento è data da: fcampionamento=1/dt=3750Hz.

La frequenza massima dei segnali, ovvero la frequenza di Nyquist, è data da:

fNyquist=1/2dt=1875Hz. La frequenza minima dei segnali è data da: fmin=1/T=1.831Hz.

L’elaborazione dei dati è stata effettuata con il programma Intersism 2.1 della Geo&soft

International che permette di eseguire l’intero processo di elaborazione di una colonna

sismostratigrafica.


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Gli elaborati relativi alle indagini sismiche effettuate sono di seguito riportati in forma grafica

e numerica.


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ANALISI SISMICA DOWN-HOLE

Comune di Salerno Prospezione sismica in foro

Down-Hole: SP3

DISTANZA DELLO SPARO DA BOCCA FORO

Distanza = 1.00 [m]

PRIMI ARRIVI

N° Geof. Profondità [m]

Onde P [ms] Onde S (X) [ms]

Onde S (Y) [ms]

Onde P (corretti)

[ms]

Onde S (X) (corretti)

[ms]

Onde S (Y) (corretti)

[ms]1 2.00 1.60 4.50 4.40 1.43 4.02 3.942 4.00 3.50 8.50 8.60 3.40 8.25 8.343 6.00 5.10 12.30 12.20 5.03 12.13 12.034 8.00 6.10 14.40 14.30 6.05 14.29 14.195 10.00 7.50 16.00 16.10 7.46 15.92 16.026 12.00 8.30 17.30 17.30 8.27 17.24 17.247 14.00 9.10 18.70 18.80 9.08 18.65 18.758 16.00 9.90 19.70 19.70 9.88 19.66 19.669 18.00 10.40 20.80 20.70 10.38 20.77 20.67

10 20.00 11.50 23.70 23.70 11.49 23.67 23.6711 22.00 12.60 26.70 26.80 12.59 26.67 26.7712 24.00 13.30 27.90 28.00 13.29 27.88 27.9813 26.00 13.90 28.80 28.90 13.89 28.78 28.8814 28.00 14.40 29.70 29.80 14.39 29.68 29.7815 30.00 14.90 30.50 30.70 14.89 30.48 30.68

VELOCITA' ONDE P

Strato Profondità [m] Velocità [m/s]

1 6 11512 18 22093 22 20334 30 3390

PARAMETRI ONDE SX

Strato Profondità [m] Velocità [m/s] Poisson [-] Shear [kPa] Young [kPa] Bulk [kPa]

1 6 478 0.35 434119 1172121 13023562 18 1408 0.11 4361420 9682352 41377573 22 709 0.40 955093 2674260 44571004 30 2053 0.16 9272579 21512384 10545286

PARAMETRI ONDE SY


1 6 479 0.35 435937 1177029 13078092 18 1408 0.11 4361420 9682352 41377573 22 695 0.40 917747 2569691 42828184 30 2013 0.17 8914771 20860564 10535638

VELOCITA' MEDIE VS30

Geofono VS30 [m/s]


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orizzontale Sx 980.0orizzontale Sy 974.7

Profondità

(m) Intervallo

(m) tP corretti (ms) tSX corretti (ms) tSY corretti (ms) VP intervallo (m/s) VS intervallo (m/s) 2 2 1.4 4.0 3.9 1399 503 4 2 3.4 8.3 8.3 1015 464 6 2 5.0 12.1 12.0 1227 529 8 2 6.1 14.3 14.2 1961 926

10 2 7.5 15.9 16.0 1418 1160 12 2 8.3 17.2 17.2 2469 1577 14 2 9.1 18.7 18.8 2469 1371 16 2 9.9 19.7 19.7 2500 2089 18 2 10.4 20.8 20.7 4000 1891 20 2 11.5 23.7 23.7 1802 678 22 2 12.6 26.7 26.8 1818 656 24 2 13.3 27.9 28.0 2857 1653 26 2 13.9 28.8 28.9 3333 2222 28 2 14.4 29.7 29.8 4000 2222 30 2 14.9 30.5 30.7 4000 2361

Grafico Velocità intervallo-profondità

-30

-25

-20

-15

-10

-5

00 1000 2000 3000 4000

Velocità (m/s)

Prof

ondi

tà (m

)

VPintervallo(m/s)VSintervallo(m/s)


20


21


22


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ANALISI SISMICA DOWN-HOLE

Comune di Salerno

Prospezione sismica in foro Down-Hole: SP8

DISTANZA DELLO SPARO DA BOCCA FORO

Distanza = 1.00 [m]

PRIMI ARRIVI

N° Geof. Profondità

[m] Onde P [ms] Onde S (X)

[ms]Onde S (Y)

[ms]Onde P

(corretti) [ms]

Onde S (X) (corretti)

[ms]

Onde S (Y) (corretti)

[ms]1 2.00 8.50 12.50 12.60 7.6 11.18 11.272 4.00 11.20 16.00 16.20 10.87 15.52 15.723 6.00 13.10 19.20 19.30 12.92 18.94 19.044 8.00 13.90 21.40 21.50 13.79 21.23 21.335 10.00 15.50 23.50 23.40 15.42 23.38 23.286 12.00 16.50 25.90 25.70 16.44 25.81 25.617 14.00 17.80 27.20 27.10 17.65 27.13 26.998 16.00 19.00 28.50 28.60 18.96 28.44 28.549 18.00 19.90 29.90 30.10 19.87 29.85 30.05

10 20.00 20.60 31.70 31.80 20.57 31.66 31.7611 22.00 21.30 33.10 33.00 21.28 33.07 32.9712 24.00 22.20 34.70 34.60 22.18 34.67 34.5713 26.00 22.80 36.00 36.10 22.78 35.97 36.0714 28.00 23.30 37.30 37.40 23.29 37.28 37.3815 30.00 23.70 38.90 39.00 23.69 38.88 38.98

VELOCITA' ONDE P

Strato Profondità [m] Velocità [m/s]

1 4 3522 10 14363 22 19864 30 3605

PARAMETRI ONDE SX


1 4 245 0.02 108045 220411 765312 10 813 0.21 1321938 3199089 18385563 22 1269 0.11 3542794 7865002 33611114 30 1416 0.37 4411123 12086477 15495483

PARAMETRI ONDE SY


1 4 242 0.03 105415 217154 770042 10 849 0.18 1441602 3402180 17719683 22 1257 0.12 3476107 7786479 34151224 30 1387 0.38 4232291 11681123 16223781

VELOCITA' MEDIE VS30


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Geofono VS30 [m/s]orizzontale Sx 772.9orizzontale Sy 771.0

Profondità (m)

Intervallo (m) tP corretti (ms) tSX corretti (ms) tSY corretti (ms) VP intervallo (m/s) VS intervallo (m/s)

2 2 7.6 11.2 11.3 263 178 4 2 10.9 15.5 15.7 612 455 6 2 12.9 18.9 19.0 976 594 8 2 13.8 21.2 21.3 2299 873

10 2 15.4 23.4 23.3 1227 978 12 2 16.4 25.8 25.6 1961 841 14 2 17.7 27.1 27.0 1653 1482 16 2 19.0 28.4 28.5 1527 1409 18 2 19.9 29.9 30.1 2198 1371 20 2 20.6 31.7 31.8 2857 1137 22 2 21.3 33.1 33.0 2817 1536 24 2 22.2 34.7 34.6 2222 1250 26 2 22.8 36.0 36.1 3333 1436 28 2 23.3 37.3 37.4 3922 1527 30 2 23.7 38.9 39.0 5000 1250

Grafico Velocità intervallo-profondità

-30

-25

-20

-15

-10

-5

00 2000 4000

Velocità (m/s)

Prof

ondi

tà (m

)

VPintervallo(m/s)VSintervallo(m/s)


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5 - CONCLUSIONI

Sismostrato Profondità (m)

VP

(m/s)

VS

(m/s)

Densità

ρ

(kg/m3)

Coefficiente di Poisson

ν ( - )

Modulo di taglio

G

(kPa)

Modulo di Young

E

(kPa)

Modulo di incompressibilità

k

(kPa)

S1 0.00 – 6.00 1151 478 1900 0.35 435028 1174575 1305083 S2 6.00 – 18.00 2209 1408 2200 0.11 4361420 9682352 4137757 S3 18.00 – 22.00 2033 702 1900 0.40 936420 2621976 4369959 S4 22.00 – 30.00 3390 2033 2200 0.165 9093675 21186474 10540462

Tab. 3 - Prospetto delle determinazioni dei moduli dinamici per i sismostrati riscontrati nell’indagine sismica SP3.

Sismostrato Profondità (m)

VP

(m/s)

VS

(m/s)

Densità

ρ

(kg/m3)

Coefficiente di Poisson

ν ( - )

Modulo di taglio

G

(kPa)

Modulo di Young

E

(kPa)

Modulo di incompressibilità

k

(kPa)

S1 0.00 – 4.00 352 245 1800 0.025 106730 218782 76767 S2 4.00 – 10.00 1436 831 2000 0.195 1381770 3300635 1805262 S3 10.00 – 22.00 1986 1263 2200 0.115 3509451 7825741 3388117 S4 22.00 – 30.00 3605 1401 2200 0.375 4321707 11883800 15859632

Tab.4 - Prospetto delle determinazioni dei moduli dinamici per i sismostrati riscontrati nell’indagine sismica SP8.

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