“MISURE IN SITO PER LA CARATTERIZZAZIONE DEL TERRENO...

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica

“MISURE IN SITO PER LA CARATTERIZZAZIONE DEL TERRENO IN CAMPO DINAMICO ”

Corso di aggiornamento“Microzonazione e valutazione degli effetti di sito”

20 novembre 2004 (Albenga)

Dott. Ing. Johann [email protected]

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica Indice

INDICELo scopo di questa lezione è fornire una panoramica sufficientemente completa ed aggiornata delle tecniche di misura in sito dei parametri che caratterizzano il comportamento meccanico del terreno in campo dinamico. La lezione si articolerà nei seguenti punti:

INTRODUZIONE (metodi geofisici e misure sismiche, origine, evoluzione, e classificazione delle misure sismiche, applicazioni ed utilità);

RIFERIMENTI TEORICI (onde sismiche e modalità di propagazione nei terreni, correlazioni tra velocità di propagazione delle onde sismiche e parametri“dinamici” del terreno);

MISURE SISMICHE IN SITO (metodi intrusivi e non, attivi e passivi)

PROVA DOWN-HOLE (strumentazione, modalità esecutive einterpretazione delle misure)

CONFRONTO CRITICO TRA LE VARIE TECNICHE

ORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIAORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIACorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– Microzonazione e valutazione degli effetti di sitoMicrozonazione e valutazione degli effetti di sitoMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinamicoamico 2/1462/146

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 1.Introduzione

1. INTRODUZIONE




misure gravimetriche

misure elettriche

misure magnetiche

misure elettromagnetiche

misure sisimiche, etc.

1.Introduzione

METODI GEOFISICI E MISURE SISMICHE

Uno dei problemi più importanti nell’Ingegneria Geotecnica è quello di caratterizzare da un punto di vista stratigrafico e meccanico i depositi di terreno.

Le tecniche di indagine in sito più tradizionali consistono in sondaggi e prove penetrometriche (SPT e CPT).A partire dagli anni ’60 si sono affermate anche tecniche di indagine alternative basati sui principi della gravimetria, della sismologia, dell’elettromagnetismo, etc. classificate come TECNICHE GEOFISICHE, e che si suddividono in :



Le tecniche geofisiche (e tra queste prevalentemente le misure sismiche), venivano utilizzate inizialmente per caratterizzare in maniera indiretta la stratigrafia (spessore ed alternanza degli strati, posizione del bedrock), le caratteristiche idrauliche (profondità del livello di falda) e le proprietà meccaniche in campo statico dei depositi (rigidezza a taglio e compressione dei materiali).

A partire dagli anni ’70 e ’80 tali tecniche hanno subito una notevole diffusione di fronte alla crescente domanda per caratterizzare le proprietà dei terreni superficiali in campo dinamico (per l’applicazione di normative antisismiche sempre più specifiche e stringenti, per l’analisi di stabilità dei pendii in condizioni sismiche, per studi di liquefazione, per analisi di microzonazione sismica, etc.).




Il vantaggio delle tecniche di misura geofisiche è che gran parte di esse sono:

non invasive (non necessitano l’esecuzioni di prefori)economicheinvestono maggiori volumi di terrenosono supportati, per l’interpretazione delle misure, da solide basi teorichederivanti dai principi fisici su cui la prova si basaconsentono una misura diretta dei parametri dinamici del terrenoconsentono, in maniera indiretta, di ottenere informazioni circa le caratteristichestratigrafiche, idrauliche e meccaniche (in campo statico) di un deposito

Inizialmente, tra le tecniche geofisiche, sono state adottate nell’Ingegneria Geotecnica, prevalentemente le misure di tipo sismico in quanto forniscono una misura diretta del modulo di taglio iniziale, G0, o della velocità delle onde S, Vs(parametro utilizzato nella soluzione di molti problemi e adottato nelle normative).

La tendenza degli ultimi anni è quella di ricorrere per molte applicazioni geoambientali, geotecniche e militari a tecniche geofisiche alternative.




attive (le onde vengono generate da una sorgente opportunamente energizzatadurante la prova)passive (viene utilizzato come sorgente il rumore ambientale di fondo)

e :

non intrusive (quando sia la sorgente che i ricevitori sono ubicati in superficiedurante la prova)intrusive (quando la sorgente o i ricevitori o entrambi sono ubicati all’interno delterreno)

Le MISURE SISMICHE costituiscono un sottoinsieme delle tecniche geofisiche e consistono nel provocare un disturbo meccanico in un punto del terreno (sorgente) e nel monitorare il moto risultante, determinato dalle conseguenti onde sismiche generate, in uno o più punti circostanti (ricevitori).

1.Introduzione

MISURE SISMICHE

Le misure sismiche possono essere classificate come:


TECNICHE GEOFISICHE

Altri metodi geofisiciMisure sismiche


Intrusive Non Intrusive

Attive Attive Passive

DH CH(TS) SCPT(CH,DH)

SVLM SDMT

Rifr.(TS) Rifl.S

VSVP VS VP VS VS

F-kVS

NASW

Foro

Gravimetriche

MASWSASW CSW

Elettriche

Magnetiche

Elettromagn.

VSVp V

Surface Wave Methods


Vantaggi e svantaggiLe misure attive sono generalmente più diffuse rispetto a quello passive per il maggiore contenuto energetico della sorgente che consente di ottenere una risposta del terreno confrontabile, in termini di ampiezza e contenuto in frequenza, con quella che si avrebbe in condizioni sismiche.Le misure passive forniscono buoni risultati nel descrivere la risposta sismica di un terreno (microtremori) ma solo in termini di contenuto in frequenza, sono operativamente più semplici e in alcuni casi anche più economiche.

Le misure intrusive sono in genere più costose in quanto richiedono l’esecuzione diprefori o l’utilizzo di penetrometri, d’altra parte forniscono una stima dei “parametri dinamici” più precisa con la profondità.Le misure non intrusive, sebbene più economiche, spesso richiedono un ingombro superficiale areale incompatibile con le caratteristiche del sito e forniscono risultati attendibili limitatamente agli strati più superficiali.



Le misure sismiche consentono di:

misurare direttamente la velocità di propagazione delle onde sismiche in un datoterreno (onde di volume P e S, onde superficiali di Rayleigh, etc.), da cui si ricavail valore iniziale del modulo di taglio, G0ottenere indirettamente informazioni sulla stratigrafia di un deposito, la posizionedel bedrock e della falda

Tali misure possono essere dunque impiegate:

1.Introduzione

Applicazioni


nella caratterizzazione a grande scala delle proprietà geomorfologiche,stratigrafiche e idrauliche di un deposito;nell’analisi della risposta sismica locale;negli studi di liquefazionenell’analisi di stabilità di pendii in condizioni sismichenella progettazione in aree sismiche (secondo le normative antisismiche)etc.


Electric Resistivity Tomography (ERT)Ground Penetrating Radar (GPR)Time Domain Reflectometry (TDR)Vertical Electric Sounding (VES)etc.

1.Introduzione

ALTRE TECNICHE GEOFISICHETra le altre tecniche geofisiche che possono essere adottate per la caratterizzazione di un sito, oltre a quelle classiche (Norinelli, 1997; Greenhouse et al., 1998), si stanno diffondendo nuove tecniche che consentono una maggiore risoluzione nelle misure ma richiedono personale altamente specializzato.Sono utilizzate anche nel campo dell’ingegneria ambientale, monitoraggio delle discariche, etc., e mineraria (Butcher e Foti, 2004):

Tali tecniche non consentono di misurare direttamente le caratteristiche meccaniche dei terreni investigati, bensì consentono di ricavare in maniera indiretta la mappaturadegli strati di un deposito a differente composizione e grado di saturazione (ERT), a identificare la presenza di cavità nel terreno (GPR) o a determinare le proprietàfisiche del terreno, quale l’indice dei vuoti o il contenuto d’acqua (TDR).



RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICIConvegni:

First International Conference on Site Characterisation, “Geotechnical Site Characterisation”, Atlanta, USA, 19-22 Aprile 1998Second International Conference on Site Characterisation, “Geotechnical and Geophysical Site Characterisation”, Porto, Portogallo, 19-22 Settembre 2004 (http://paginas.fe.up.pt/ISC-2)

Pubblicazioni:Butcher, A. P., Foti, S. 2004. “General report: geophysical methods applied togeotechnical engineering”. Proc. Of the 2nd Int. Conf. on Site Characterisation,Vol. 1, pp. 409-418, Porto, Portogallo.Greenhouse, J., Pehme, P., Coulter, D., Yarie, Q. 1998. “Trends in geophysicalsite chracterization”. Proc. Of the 1st Int. Conf. on Site Characterisation, Vol. 1,pp. 23-34, Atlanta, USA.Norinelli, A. 1996. “Elementi di geofisica applicata”, Pàtron EditoreStokoe, K.H., II, Joh, S.,Woods, R.D. 2004. “General report: geophysicalmethods applied to geotechnical engineering”. Proc. Of the 2nd Int. Conf. on SiteCharacterisation, Vol. 1, pp. 97-132, Porto, Portogallo.


UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 2.Riferimenti teorici

2. RIFERIMENTI TEORICI



secondi 10-3 10-2 101 10-1 102 103 104

esplosioni

terremoti

Installazionepali

traffico

Fondazioni di macchine

Moto ondoso (0.05 ÷ 0.02 Hz)

(1 ÷ 10 Hz)

(≈ 1 Hz)

(1 ÷ 10 Hz)

(> 1 Hz)

(> 100 Hz)

2.Riferimenti teorici

ONDE SISMICHEL’applicazione di una sollecitazione dinamica ad un mezzo continuo produce vibrazioni che si trasmettono nel mezzo sotto forma di onde sismiche.

La sorgente può essere di tipo meccanico, elettro-magnetico, etc. superficiale o interna al mezzo.Le sorgenti meccaniche possono essere naturali (terremoti, moto ondoso, vento) o artificiali (esplosioni, installazioni di pali, fondazioni di macchine vibranti, traffico, etc.) e operano in differenti campi di frequenza.



La distinzione tra i vari tipi di onde viene effettuata in base alla:

presenza o meno di una frontiera nelmezzo: mezzo infinitamente esteso

(onde di volume) e mezzo semi-infinito(onde di superficie)

direzione di propagazione


ONDE SISMICHE

L’energia trasferita dalla sorgente al mezzo si propaga nel terreno sotto forma di vari tipi di onde.

al moto degli elementi del mezzo rispetto alla direzione di propagazione



ONDE S (onde trasversali o di taglio o secundae)

SORGENTE

Fronte d’onda

ONDE P

ONDE S

Direzio

ne di

prop

agaz

ione

Le onde P producono vibrazioni polarizzate nella direzione di propagazione e deformazioni di compressione o estensione

Le onde S producono vibrazioni polarizzate su un piano passante per la direzione di propagazione e deformazioni di taglio

2.Riferimenti teoriciONDE DI VOLUME

Quando le onde sismiche si propagano all’interno di un mezzo infinitamente esteso (sorgente interna al mezzo) si definiscono ONDE DI VOLUME e si propagano secondo fronti d’onda sferici.

Le onde di volume sono di due tipi:ONDE P (onde longitudinali o di compressione o primae)



ONDE DI VOLUMEIl piano su cui sono polarizzate le onde S dipende dal tipo di sollecitazione che le produce.In generale, nel campo delle misure sismiche, le onde S indotte si propagano in direzione verticale, SV (prove Down-Hole) o orizzontale, SH.(prove Cross-Hole)

Nel caso di direzione di propagazione verticale le onde sono polarizzate su un piano verticale (SVV)

ONDE SVV

Nel caso di direzione di propagazione orizzontale le onde possono essere polarizzate su un piano verticale (SHV) o orizzontale (SHH)

ONDE S

ONDE S

HV

HH



Lunghezza d’onda, λ

Direzione di propagazione

Compressione Dilatazione Mezzo indisturbato


ONDE P



Lunghezza d’onda, λ

Direzione di propagazione

Mezzo indisturbato


ONDE S



ONDE DI SUPERFICIENel caso di un mezzo seminifinito (come il terreno), quando le onde di volume (prodotte da una sorgente interna al mezzo) raggiungono la frontiera generano le ONDE DI SUPERFICIE, che si propagano attraverso la superficie stessa.

Le onde di superficie sono principalmente di due tipi:

ONDE DI RAYLEIGH

ONDE DI LOVELe onde di Love producono vibrazioni orizzontali polarizzate nella direzione perpendicolare alla direzione di propagazione e deformazioni di taglio.Sono onde legate alla stratificazione dei terreni e derivano dalla riflessione multipla tra superficie inferiore e superiore di uno strato di terreno in cui rimangono intrappolate le onde SLe onde di Rayleigh producono vibrazioni che sono la risultante di una vibrazione polarizzata su un piano verticale, in direzione perpendicolare alla direzione di propagazione, e di una vibrazione orizzontale polarizzata lungo la direzione di propagazione. Il moto risultante è ellittico retrogrado. La deformazione indotta è sia di taglio che di compressione.




ONDEDI LOVE


ONDE DI SUPERFICIE

ONDEDI

RAYLEIGH


Tali onde si propagano secondo fronti d’onda cilindrici con legge d’attenuazione r-0.5 (con r distanza dalla sorgente). Invece le onde di volume si attenuano con legge 1/r all’interno del mezzo e 1/r2 sulla superficie.

Piano di campagnaFondazione circolare

Fronte d’onda (P)

Fronte d’onda (S)

Fronte d’onda (R)

r

r

r

r

r -0.5

-1

-1

-2 r -2


ONDE DI RAYLEIGH (R)Nel campo delle misure sismiche, specie per i “metodi superficiali” (SASW, etc.) le onde di Rayleigh assumono un ruolo fondamentale.

Lungo la superficie le onde di Rayleigh si attenuano meno rapidamente delle onde di volume



(Richart et al., 1970)

Ampiezza alla profondità zAmpiezza in superficie

z λ R


ONDE DI RAYLEIGH (R)1. La componente verticale del moto si attenua con la profondità meno

rapidamente della componente orizzontale2. e si può considerare

trascurabile ad una profondità pari alla lunghezza d’onda, λR

3. La componente orizzontale del moto cambia di segno ad una profondità pari circa a 0.15 λR.



Piano di campagnaFondazione circolare

ν = 0.25

Fronte d’onda (P)

Fronte d’onda (S)

Ampiezza relativaFronte d ’onda (R)

Componenteverticale

Componenteorizzontale

r

+

+ +

++ + --

-


ONDE DI RAYLEIGH (R)

(Richart et al. mod., 1970)



VELOCITÀ DELLE ONDE SISMICHEIn generale la velocità delle onde sismiche dipende dalle caratteristiche fisiche (densità) e meccaniche (modulo di Young, coefficiente di Poisson, etc.) del mezzo attraverso cui si propagano e dalla frequenza, f dell’onda (v = λ ⋅f).

In un mezzo omogeneo elastico la velocità di propagazione delle onde sismiche è indipendente dalla frequenza (onde non dispersive). In tal caso valgono le seguenti relazioni tra le velocità di propagazione delle onde P, vP, onde S, vS, e onde R, vR in condizioni di far field:

νν−

−⋅=

5.01vv SP( ) ( )νν

νρ 211

1EvP −⋅+−

⋅=

ρGvS =

SR v1

117.1874.0v ⋅++

≅ν

ν



0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

1

3

4

5

v

Onde P

Onde S

Onde R

Coefficiente di Poisson, ν

vS 2

VP = √2⋅VS

2. Il rapporto tra la velocità delle onde P e la velocità delle onde S dipende solo dal coefficiente di Poisson e varia tra √2 e ∞3. La velocità delle onde di Rayleighè prossima alla velocità delle onde S varia tra 0.874 VS e 0.955 VS in funzione del coefficiente di Poisson


VELOCITÀ DELLE ONDE SISMICHE1. La velocità delle onde P è sempre maggiore di quella delle onde S.

Per ν = 0 VR = 0.874⋅VS

VP = ∞Per ν = 0.5

VR = 0.955⋅VS (Richart et al. mod., 1970)



VELOCITÀ DELLE ONDE SISMICHE NEI TERRENI

Quando le onde sismiche attraversano la roccia o un terreno omogeneo (poco smorzante) si possono con buona approssimazione considerare non dispersive nel campo delle piccole deformazioni (dominio elastico lineare) e delle basse frequenzee si possono applicare le relazioni precedenti.

Nel caso delle misure sismiche le frequenze dell’eccitazione (1-10 Hz) e l’ampiezza massima delle deformazioni indotte (< 0.0001%) sono tali da potere applicare tale modello.

Tipo di terreno vP [m/s]

vS [m/s]

Argilla satura 1500 100 ÷ 250 Sabbia fine e media 300 ÷ 500 120 ÷ 200

Sabbia densa 400 ÷ 600 200 ÷ 400 Ghiaia 500 ÷ 750 300 ÷ 600

Arenaria 1500 ÷ 4500 700 ÷ 1500 Marna 1500 ÷ 4500 600 ÷ 1500

Per terreni non saturi e rocce il rapporto tra le velocità delle onde P e S da misure sismiche risulta:VP ≈ 1.5 ÷2.0VS



VELOCITÀ DELLE ONDE SISMICHE NEI TERRENI

Nel caso di terreni stratificati o caratterizzati da altre forme di eterogeneità (discontinuità, giunti, etc.) la velocità delle onde sismiche non si può più ritenere indipendente dalla frequenza.

La velocità delle onde S è scarsamente influenzata dal grado di saturazione del terreno (non potendo l’acqua sostenere sforzi di taglio) e dipende principalmente dalla rigidezza del terreno attraverso il modulo di taglio G, :

ρGvS =

In sabbie grossolane pulite dove gli effetti della capillarità sono trascurabili il grado di saturazione influenza il valore di Vs solo nel termine di densità ρ.

In terreni con un più elevato contenuto di fine le tensioni interparticellari dovute alla capillarità contribuiscono ad aumentare la rigidezza del terreno attraverso il modulo G e quindi il valore di VS



VELOCITÀ DELLE ONDE SISMICHE NEI TERRENILa velocità delle onde P è invece influenzata dal grado di saturazione SR del terreno.

ORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIAORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIACorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– Microzonazione e valutazione degli effetti di sitoMicrozonazione e valutazione degli effetti di sitoMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinamicoamico 29/146

Grado di saturaz ione , S [%]

V nell’ acqua

Ran ge a l variaredell’i ndice dei vuoti

15 00

Ve

loci

tà d

elle

on

de P

, V [m

/s]

P

R

P

1200

900

600

300

99.4 99.6 99.8

In particolare:

per SR < 99% la velocità delle onde P è controllata dalla rigidezza dello scheletro solido nella stessa maniera delle onde S.

per SR = 100% la velocità delle onde P è controllata dal mezzo liquido che e’ incompressibile (VP = 1500 m/s).

per 99< SR < 100% la velocità delle onde P varia sensibilmente col grado di saturazione.

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RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICIPubblicazioni:

Crespellani, T., Facciorusso, J. 2000. “Elementi di dinamica dei terreni e ingegneria geotecnica delle aree sismiche”. Voll. 1 e 2. Centro 2P. Firenze

. Kramer, S.L. 1996. “Geotechnical Earthquake engineering”. New Jersey, PrenticeHall, 654 p.Richart, F.E., Jr., Hall, J.R., Woods, R.D. 1970. Vibration of soils and foundation.Englewood Cliffs, New Jersey, Prentice Hall, 414 p.

Siti internet:http://earthquake.usgs.gov/


UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 3.Misure sismiche in sito

3. MISURE SISMICHE IN SITO



MISURE SISMICHE IN SITOOBIETTIVI1. misura diretta e continua lungo con la profondità della velocità di propagazione,

all’interno del mezzo in esame, delle onde di volume di compressione (onde P)e/o di taglio (onde S) e/o delle onde di superficie (onde di Rayleigh)

2. stima indiretta dei parametri che caratterizzano il comportamento del terreno in campo dinamico (modulo di taglio iniziale, G0, e rapporto di smorzamento iniziale, D0)

IPOTESI1. terreno come mezzo omogeneo, isotropo e non confinato limitatamente all’area

comprendente la sorgente e il ricevitore;2. comportamento tensione-deformazione di tipo elastico lineare

METODOLOGIA

Le misure sismiche in sito consistono nel provocare un disturbo meccanico in un punto del terreno (sorgente) e nel monitorare il moto risultante determinato dalle conseguenti onde sismiche generate in uno o più punti circostanti (ricevitori).



MISURE SISMICHE IN SITO

In questa parte della lezione, dedicata alle misure sismiche in sito, si intende fornire una panoramica sufficientemente ampia ed aggiornata delle tecniche di prova sismiche disponibili, da quelle più diffuse (anche a livello commerciale) e più studiate nell’ambiente della ricerca, a quelle più recenti e innovative.In particolare, con riferimento alla classificazione precedentemente citata, ci occuperemo di:

misure sismiche in foro (intrusive e attive)

misure sismiche superficiali (non intrusive, attive e passive)

N.B. Ovviamente le indicazioni fornite per ciascuna tecnica non dovranno considerarsi esaustive dell’argomento, limitandosi a sottolineare i principi teorici su cui si basano, le modalità operative ed eventuali vantaggi e svantaggi



MISURE SISMICHE IN SITO

Non esistono al momento raccomandazioni che disciplinano in toto le modalità esecutive di questo tipo di prove (come accade invece per le prove geotecniche tradizionali, ad es. Raccomandazioni AGI, norme ASTM, etc.), si possono altresì trovare capitolati o istruzioni tecniche di riferimento (SPEA, Regione Toscana, etc.) e singole norme ASTM (per la prova cross-hole ad esempio).

Questo costituisce un serio problema specie considerando che da un lato tali prove sono spesso prove specialistiche che richiedono attrezzature particolarmente costose e una manodopera altamente specializzata con molti anni di esperienza e dall’altro, specie negli ultimi anni, le stesse prove hanno trovato un’ampia diffusione, anche al di fuori del campo della ricerca, per la sempre più crescente richiesta da parte delle Amministrazioni e dei privati per applicazioni in vari campi (progettazione antisismica, programmi di microzonazione, etc.).



MISURE SISMICHE IN FOROLe misure sismiche in foro richiedono l’ubicazione della sorgente e/o dei ricevitori all’interno del terreno, alla profondità a cui si vuole effettuare la misura e per tale motivo necessitano dell’esecuzione di un foro che può avvenire precedentemente all’esecuzione della misura (prova cross-hole, down-hole, suspension velocitylogging method) o contestualmente (cono sismico, dilatometro sismico). Per tali motivo comportano costi maggiori rispetto alle prove sismiche superficiali, sono invasive e possono avere un certo impatto ambientale. Sono inoltre misure localilimitate alla verticale d’esplorazione

Si tratta di misure attive in cui viene utilizzata una sorgente meccanica che può essere collocata in superficie oppure all’interno del foro.

Le onde sismiche generate sono onde di volume (onde P e S)



12

Sx tt

d)z(v−

=02

2

01

1x tt

dtt

d)z(v−

=−

= (METODO DIRETTO)

3.Misure sismiche in sito

MISURE SISMICHE IN FOROLe misure sismiche in foro consistono nel provocare un disturbo meccanico (sorgente) in un punto nel terreno (o in superficie) e nel determinare i tempi di arrivo, txi, delle onde sismiche così generate in uno o più punti (ricevitori) allineati in superficie (o nel terreno). Nota la distanza tra i ricevitori, ds (metodo di intervallo) e tra ricevitori e sorgente, di (metodo diretto), l’istante di partenza (trigger) delle onde ,t0, si può determinare la velocità delle onde sismiche corrispondenti, Vx (caso di due geofoni) alla profondità esplorata:

(METODO D’INTERVALLO)

I segnali registrati ai ricevitori possono essere filtrati (per l’eliminazione di eventuali disturbi ambientali) e interpretati per la determinazione dei tempi di arrivo delle onde sismiche, secondo una o più metodologie:

metodo visualecross-correlazioneanalisi nel dominio delle frequenze


0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0 200 400 600 800 1000Vs [m/s]

prof

ondi

tà [m

]

ghiaia con elementi arrotondati e subarrotondati

argilliti e siltiti grigie, molto alterate

alternanze di livelli limosi e sabbiosi con percentuali variabili di argilla, sabbia, limo, con presenza diffusa di elementi ghiaiosi e clasti

sabbia eterometrica ghiaiosa e limosa, con presenza di clasti

marne e arenarie grigio scure, fratturate

5.60

12.00

14.10

15.50

0.00


MISURE SISMICHE IN FORO

I risultati delle prove sismiche in foro vengono in genere restituiti sotto forma di grafici che riportano i valori puntuali delle velocità misurate con la profondità senza alcuna elaborazione.Eventualmente si può attribuire a ciascun strato, individuato da due misure successive (di spessore pari al passo di misura) un valore costante pari al valore che assume nel punto superiore (I) o pari al valore medio tra i due (II).

I

II



MISURE SISMICHE IN FORO

Tra le tecniche più diffuse ma anche studiate nell’ambito della ricerca ricordiamo:

⌧ prove down-hole (e up-hole)

⌧ prove cross-hole (e tomografia sismica)

⌧ prove col cono sismico, Seismic Cone Penetration Test (in modalità down-holee cross-hole)

⌧ prove Suspension-Velocity-Logging-Method (molto diffusa in Giappone mapoco conosciuta in Italia )

Una tecnica di recente sviluppo è quella del dilatometro sismico.




E’ una delle tecniche più utilizzate (a partire dagli anni ’60) nell’ambito della dinamica dei terreni e dell’Ingegneria geotecnica sismica.

Ond

e P

e S

dir

ette

Sorgente

Ric

evit

ori

Oltre ad una pratica diffusa, esiste anche una vasta sperimentazione nel campo della ricerca.

SCHEMASorgente meccanica ubicata in superficie.Uno o due ricevitori ubicati nel foro.(o viceversa nella modalità UP-HOLE)

ATTREZZATURASorgente onde PSorgente onde STrigger1 o 2 Ricevitori (3-D)Dispositivo di orientazioneSismografo


PROVA DOWN-HOLE (DH) e UP-HOLE (UH)



Ond

e P

e S

dir

ette

Ricevitori

Sor

gen

teNella modalità UH, si mantengono fissi i ricevitori in superficie, e, all’interno del foro, si abbassa (o si solleva), ad intervalli successivi di 1m, la sorgente.


PROVA DOWN-HOLE e UP-HOLEMODALITÀ OPERATIVE

Nella modalità DH, si mantiene fissa la sorgente,e, all’interno del foro,si abbassano o si sollevano, ad intervalli successivi di 1m, i ricevitori, di cui è fissata la distanza e l’orientazione relativa dei trasduttori.

Per ciascuna posizione viene energizzatala sorgente delle onde P (battute verticali) e la sorgente delle onde S (battute orizzontali), eventualmente invertendone l’orientazione, e vengono acquisiti i segnali corrispondenti.


PROVA DOWN-HOLE e UP-HOLEFINALITÀMisura, con la profondità lungo la verticale esaminata, dei tempi di arrivo (diretti, tra sorgente e ricevitore, e/o di intervallo, tra i due ricevitori) e quindi delle velocità delle onde SVH e delle onde P (dirette) che si propagano in direzione verticale

OPERAZIONI PRELIMINARIEsecuzione, rivestimento e cementazione del foro (φ = 150 mm)

COSTI E AFFIDABILITÀPer quanto riguarda i costi, la tecnica DH (e UH), si colloca rispetto alle altre prove sismiche in una fascia media con affidabilità delle misure da media a buona.Il prezzo medio (assolutamente orientativo) comprensivo della sola esecuzione della misura e della successiva interpretazione è compreso tra 90 e 120 Euro per ogni punto di misura (non comprensivi del trasporto dell’attrezzatura e dell’approntamento del cantiere) oppure (considerando anche le spese per l’esecuzione, rivestimento e cementazione del foro) tra 180 e 250 Euro per metro lineare.



PROVA DOWN-HOLE e UP-HOLE

CAMPO D’APPLICAZIONEMisura affidabili per profondità comprese tra 10 m e 50 m, compatibilmente con il tipo di sorgente utilizzato (Stokoe, 2004)

SVANTAGGIattenuazione dell’ampiezza delle onde con la profonditàproblemi di rifrazione e di riflessione delle onde direttemisura di valori medi delle velocità per ciascun stratodifficoltà nel caratterizzare terreni fittamente stratificatiprofondità di esplorazione limitata

VANTAGGIingombro areale limitatodisturbo del terreno contenutomisura continua delle velocità con la profonditàdisponibilità di un numero ridondante di registrazionioggetto di una vasta sperimentazione e di una ricerca decennale



E’ tecniche molto nota nell’ambito della dinamica dei terreni e dell’Ingegneria geotecnica sismica anche se meno utilizzata della prova DH (costi più elevati).SCHEMASorgente meccanica ubicata in profondità all’interno di un foro.Uno o due ricevitori ubicati alla stessa profondità nel terreno in fori adiacenti e allineati.

ATTREZZATURASorgente onde P, STrigger1 o 2 Ricevitori (3-D)Dispositivo di orientazioneSismografo

Sor

gen

te

Ric

evi

tori

S

PS

Onde P e Sdirette

HV

HH


PROVA CROSS-HOLE (CH)



PROVA CROSS-HOLEMODALITÀ OPERATIVESi abbassano o si sollevano, ad intervalli successivi di 1m, sorgente e ricevitori mantenendoli sempre alla stessa profondità e in modo da non perdere l’allineamento dei trasduttori orizzontali.Per ciascuna posizione viene energizzata la sorgente (in genere producendo delle sollecitazioni verticali, onde SHV, orizzontali, onde SHH o mediante esplosioni, onde P) e vengono acquisiti i segnali corrispondenti.

FINALITÀMisura, con la profondità lungo la verticale esaminata, dei tempi di arrivo (diretti, tra sorgente e ricevitore, e/o di intervallo, tra i due ricevitori) e quindi delle velocità delle onde SHV e/o SHH e delle onde P (dirette) che si propagano in direzione orizzontale.

OPERAZIONI PRELIMINARIEsecuzione, rivestimento e cementazione del foro (φ = 150 mm)

Controllo della verticalità dei fori



PROVA CROSS-HOLECOSTI E AFFIDABILITÀ

Per quanto riguarda i costi, la tecnica CH è una delle più costose, si colloca rispetto alle altre prove sismiche in una fascia alta con affidabilità delle misure da buona a ottima.Il prezzo medio (assolutamente orientativo) comprensivo della sola esecuzione delle misure e della successiva interpretazione,come per la prova down-hole, è compreso tra 90 e 120 Euro per ogni punto di misura (non comprensivi del trasporto dell’attrezzatura e dell’approntamento del cantiere) oppure (considerando anche le spese per l’esecuzione, rivestimento con tubi inclinometrici e cementazione di due fori e il controllo di verticalità) tra 310 e 420 Euro per metro lineare.

CAMPO D’APPLICAZIONE

Non vi è un limite teorico alla profondità d’esplorazione (se non quello economico o legato all’attrezzatura utilizzata), generalmente vengono effettuate prove fino a profondità dell’ordine di 100 m



PROVA CROSS-HOLESVANTAGGI

costi elevatimaggiore ingombro areale (e impatto ambientale) necessità di misure inclinometriche e di tubi di rivestimento scanalati

VANTAGGIdisturbo del terreno contenutomisura continua delle velocità con la profonditàdisponibilità di un numero ridondante di registrazionioggetto di una vasta sperimentazione e di una ricerca decennalesi riducono i problemi relativi all’interferenza tra onde dirette, rifratte e riflessenon c’e’ variazione dell’energia della sorgente con la profonditàprofondità di esplorazione illimitatamisura delle velocità puntuale per ciascun strato indagato (trovandosi i ricevitori ela sorgente nello strato di cui si misura la velocità)possibilità di rilevare la velocità anche per strati sottili possibilità di indagare onde SH polarizzate sia sul piano verticale che orizzontale




Nasce come evoluzione delle prove CPT con lo scopo di acquisire tutti i vantaggi derivanti dalle prove DH e CH superandone i limiti connessi all’elevato costo dovuto alla realizzazione dei fori

SCHEMALa prova viene eseguita nella modalità down-hole, con la sorgente meccanica ubicata in superficie e uno o due ricevitori solidali con l’asta del piezocono ubicati al di sopra del manicotto. O

nde

P e

S d

iret

te

Sorgente

Ric

evit

ori

ATTREZZATURASorgente onde P, STrigger1 o 2 Ricevitori (3-D)SismografoPenetrometro a punta conica


PROVA DEL CONO SISMICO (SCPT)


Velocità di20 mm/s

s1

c

S

4 letture indipendenticon la profondità:Resistenza alla punta (q )

Pressione interstiziale (u e u )2

Attrito laterale (f )

Velocità delle onde S (V )

Sismografo

Sorgente

Ricevitori

Punta conica


PROVA DEL CONO SISMICO




Si mantiene fissa la sorgente in superficie e, si procede (a distanza di 1 ÷ 2 m dalla sorgente in direzione radiale) con la penetrazione della punta conica, che avviene contestualmente alla misura continua della resistenza alla punta, qc, dell’attrito laterale, fs, e, eventualmente, della pressione interstiziale, u (prova SCPTU).

Ad intervalli successivi di 1 m si arresta la penetrazione e viene energizzata la sorgente delle onde P (battute verticali) e la sorgente delle onde S (battute orizzontali, eventualmente invertendone l’orientazione) e vengono acquisiti i segnalicorrispondenti ai ricevitori, di cui è fissata la distanza e l’orientazione relativa.


PROVA DEL CONO SISMICOMODALITÀ OPERATIVE


PROVA DEL CONO SISMICOOPERAZIONI PRELIMINARINon sono necessarie operazioni preliminari

FINALITÀ

Misura, con la profondità lungo la verticale esaminata, dei tempi di arrivo (diretti, tra sorgente e ricevitore, e/o di intervallo, tra i due ricevitori) e quindi delle velocità delle onde SVH e delle onde P (dirette) che si propagano in direzione verticale.

COSTI E AFFIDABILITÀ

Per quanto riguarda i costi, la tecnica SCPT si colloca rispetto alle altre prove sismiche in una fascia bassa con affidabilità delle misure da media a buona.Il prezzo medio relativo alla sola esecuzione della misura e alla successiva interpretazione è confrontabile con quello della prova DH e CH, il maggiore risparmio risiede invece nel fatto che:

tale tecnica non prevede l’esecuzione di prefori o altre operazioni preliminariche le misure sismiche avvengono contestualmete ad altre misure (ammortamentodei costi)



PROVA DEL CONO SISMICOCAMPO D’APPLICAZIONEMisura affidabili per profondità comprese tra 10 m e 50 m, compatibilmente con il tipo di sorgente utilizzato (Stokoe, 2004)SVANTAGGI

attenuazione dell’ampiezza delle onde con la profonditàproblemi di rifrazione e di riflessione delle onde direttemisura di valori medi delle velocità per ciascun stratodifficoltà nel caratterizzare terreni fittamente stratificatiprofondità di esplorazione limitata

VANTAGGIingombro areale limitatodisturbo del terreno minimomisura continua delle velocità con la profonditàdisponibilità di un numero ridondante di registrazioninon necessita di operazioni preliminaripossibilità di combinare le “misure sismiche” con quelle “meccaniche” per meglio

caratterizzare la stratigrafia e le caratteristiche di resistenza e di rigidezza del terrenoORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIAORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIACorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– Microzonazione e valutazione degli effetti di sitoMicrozonazione e valutazione degli effetti di sitoMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinamicoamico 51/14651/146


PROVA SCPTSVILUPPI

Questa tecnica (già molto affermata negli USA, Mayne and Scneider, 2000) sta avendo una diffusione sempre più ampia in Italia, ed è oggetto di numerose ricerche e sperimentazioni.

Ad esempio prova SCPT può anche essere eseguita in modalità cross-hole unendo così i vantaggi economici della prova SCPT alla maggiore affidabilità dei risultati della prova CH (Fernandez, 2000)

Un altro sviluppo interessante, sempre riconducibile alla prova SCPT almeno come metodologia, è rappresentato dalle prove SPT in modalità up-hole, dove si utilizza come sorgente il campionatore adottato per le prove SPT e più ricevitori sono allineati in superficie.




SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)È una tecnica poco conosciuta e utilizzata in Italia, è invece frutto di una vasta sperimentazione in altri paesi (Giappone, etc.)

SCHEMALa prova viene eseguita interamente all’interno di un singolo foro non rivestito e completamente riempito di un fluido (acqua), con la sorgente meccanica e due ricevitori inglobati in una sonda calata all’interno del foro.

ATTREZZATURASonda da foroSorgente onde acustiche (solenoide)Trigger2 Ricevitori (2-D)Sistema d’acquisizione

Ricevitori

Sorgente



SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)

Sistemad’acquisizione

Dati

Argano

Geofono superiore

Geofono inferiore

Sorgente

Massa

Lunghezza sonda ≅ 7.6 m

Testa del cavo

Isolante

Cavo



SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)La sonda ha una lunghezza complessiva di circa 7.6 m e un diametro all’incirca di 90 mm ed è sostenuta da un cavo che la collega al sistema di acquisizione in superficie, che è manovrato tramite un argano e che, oltre a sostenere la sonda, consente la trasmissione del segnale di attivazione (trigger) dal sistema di acquisizione alla sorgente e la trasmissione dei segnali rilevati dai geofonial sistema d’acquisizione.


I geofoni, inglobati nella sonda, sono costituiti da un trasduttore verticale, per la misura dei tempi di arrivo delle onde P, e un trasduttore orizzontale, per la misura dei tempi di arrivo delle onde SVH. Si trovano a una distanza verticale di 1m, sono allineati e separati da una sezione flessibile isolante.



SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)3.Misure sismiche in sito

La sorgente meccanica, inserita nella sonda al di sotto dei geofoni, è costituita da un solenoide che genera all’interno del fluido onde sonore con frequenze comprese tra 500 e 5000 Hz

Il sistema d’acquisizione (costituito da un sismografo) consente di attivare la sorgente e di registrare i segnali provenienti dai geofoni.





SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)

1. La sonda viene calata all’interno del foro fino alla base (per verificarne la lunghezza) e quindi sollevata fino al primo punto di misura.

2. Viene attivata in una direzione orizzontale la sorgente che genera all’interno del fluido onde sonore che si propagano all’interno del fluido fino a colpire le pareti del foro, generando delle onde di volume ,P ed S, che si propagano radialmentenel terreno circostante.

3. Parte di tale energia si propaga in direzione verticale (onde P e SVH) e, colpendo le pareti del foro, restituisce energia al fluido in esso contenuto, sotto forma di onde di ritorno, che raggiungono i due geofoni ubicati al di sopra della sorgente (il tempo di viaggio delle onde nel fluido, data la velocità molto più elevata rispetto al terreno, si trascura). Viene acquisito il segnale proveniente dai due trasduttori orizzontali

4. La sorgente viene poi attivata nella direzione orizzontale opposta (per generare onde SVH a polarità invertita), e vengono acquisiti i segnali provenienti dai due trasduttori orizzontali e poi di nuovo nella prima direzione (acquisendo il segnale proveniente dal trasduttore verticale)

5. La sonda viene sollevata di 0.5 o 1 m e viene ripetuta la misura.

MODALITÀ OPERATIVE


SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)FINALITÀ


Misura, con la profondità lungo la verticale esaminata, dei tempi di arrivo (diretti, tra sorgente e ricevitore, e/o di intervallo, tra i due ricevitori) e quindi delle velocità delle onde SVH e delle onde P (dirette) che si propagano in direzione verticale.OPERAZIONI PRELIMINARIDeve essere eseguito un foro di sondaggio non rivestito, preferibilmente con tecniche di perforazione a rotazione (con circolazione di fanghi) per garantire una buona qualità dei dati. Nel caso il sondaggio venga eseguito con tecniche differenti, è opportuno venga rivestito (ad es. in PVC, si sconsigliano materiali metallici) e cementato con cemento di rigidezza confrontabile con quella del terreno circostante per garantire un buon accoppiamento rivestimento-cementazione-terreno.



Non vi è un limite massimo teorico alla profondità d’esplorazione (se non quello economico o legato all’attrezzatura utilizzata), la tecnica è stata provata fino a profondità di circa 2 km. Invece i risultati della prova sono poco affidabili per profondità d’indagine inferiori a 5÷7 m (a causa delle basse pressioni di confinamento)




SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)COSTI E AFFIDABILITÀPer quanto riguarda i costi, la tecnica SLM si colloca rispetto alle altre prove sismiche in una fascia media con affidabilità delle misure da buona a ottima.Il prezzo medio (assolutamente orientativo) comprensivo della sola esecuzione delle misure e della successiva interpretazione si allinea su quelle già visto per le prove DH e CH, a cui si aggiunge il costo di esecuzione del foro come per la prova DH, anche se meno oneroso non prevedendo il rivestimento e la cementazione. Il costo totale per metro lineare risulta quindi leggermente inferiore a quello stimato per le prove DH (data la scarsa versatilità dell’apparecchiatura si deve considerare un costo di impianto iniziale considerevole connesso alla realizzazione della sonda) SVILUPPIQuesta tecnica (già molto affermata in Giappone, Kitsunezaki, 1980 dove è oggetto di una vasta sperimentazione) è poco utilizzata in Italia.Uno dei possibili vantaggi e sviluppi in questo tipo di attrezzatura consiste nel modificare o sostituire la sorgente in modo da potere produrre altri tipi di onde (ondeelettromagnetiche, radiazioni gamma, etc.) per mezzo delle quali studiare altre proprietà del terreno (modulo di taglio, modulo di Young, coefficiente di Poisson, densità, etc.)



SUSPENSION P-S VELOCITY LOGGING METHOD (SVLM)SVANTAGGI

affidabilità delle misure dipendente sensibilmente dalle modalità esecutive del foro,dalla presenza o meno del rivestimento e dallo stato del foro (tempo trascorsodalla realizzazione)non fornisce buoni risultati in superficie (profondità < 5÷7 m dal p.c.)attrezzatura poco versatile e costosascarsa esperienza in Italia

VANTAGGIdisturbo del terreno contenutomisura continua delle velocità con la profonditàdisponibilità di un numero ridondante di registrazionisi riducono i problemi relativi all’interferenza tra onde dirette, rifratte e riflessenon c’e’ variazione dell’energia della sorgente con la profonditàprofondità di esplorazione illimitatamisura delle velocità puntuale per ciascun strato indagato (trovandosi i ricevitori ela sorgente nello strato di cui si misura la velocità)possibilità di rilevare la velocità anche per strati sottili




SCHEMALa prova viene eseguita in una configurazione down-hole simile a quella già descritta per la prova SCPT, con la sorgente meccanica ubicata in superficie e due ricevitori ( a distanza di 0.5 m) posizionati al di sopra della lama dilatometrica e con essa solidali.

ATTREZZATURA

Sorgente onde P, STrigger2 Ricevitori (3-D)SismografoLama dilatometrica


DILATOMETRO SISMICO (SDMT)

È una tecnica di recente sperimentazione (Mayne et al., 1999).



Lamadilatometrica


DILATOMETRO SISMICO (SDMT)Per quanto riguarda le finalità, le modalità operative, i vantaggi e gli

svantaggi si può fare riferimento a quanto già detto per la prova del cono sismico. Anche i costi sono contenuti (circa 120 euro al metro lineare, per la sola esecuzione della prova e interpretazione delle misure, escluse tutte le spese a corpo).


MISURE SISMICHE IN SUPERFICIELe misure sismiche in superficie richiedono l’ubicazione della sorgente e dei ricevitori in superficie e per tale motivo necessitano dell’esecuzione di prefori, non sono invasive per il terreno, non comportano alcun impatto ambientale, sono anche più economiche rispetto alle prove sismiche in foro, consentono di investigare aree molto estese.Possono essere misure attive in cui viene utilizzata una sorgente meccanica collocata in superficie o misure passive, dove non è necessaria la sorgente e si utilizza come sollecitazione quella indotta dal rumore ambientale (traffico, macchine industriali, etc.).

Le onde sismiche generate sono superficiali (onde di Rayleigh) e di volume (P e S)


Lo svantaggio legato a questo tipo di prove risiede:nell’impossibilità di indagare, con la stessa affidabilità, profondità elevatenel misurare valori di velocità mediati su ampi volumi di terrenonell’impossibilità di rilevare strati sottili a differente rigidezzanegli ingombri areali che l’attrezzatura richiedenelle procedure di interpretazione delle misure, spesso complesse e in alcunicasi interventi soggettive, che richiedono software specifici


MISURE SISMICHE IN SUPERFICIELe misure sismiche in superficie possono suddividersi in:1. Rifrazione sismica superficiale ( e tomografia sismica)2. Riflessione sismica superficiale3. Metodi basati sulle onde superficialiI primi due metodi (entrambi attivi) sono i più tradizionali ed utilizzati nel campo delle misure sismiche superficiali e consentono la misura della velocità delle onde P (prevalentemente) e S, mentre i metodi basati sulle onde superficiali (cioè sulla misura della velocità di propagazione delle onde di Rayleigh, principalmente, e di Love) sono quelli di più recente sperimentazione ma sono anche quelli più promettenti e su cui convergono i maggiori interessi di ricerca e non. Tra questi ricordiamo tra i metodi attivi:

metodo SASW (Spectral Analysis of Surface Waves)metodo f-k (frequency wave-number spectrum method)metodo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves)metodo CSW (Continuous Surface Wave)

Mentre tra le prove di tipo passivo ricordiamo:metodo NASW (Noise Analysis of Surface Waves)




Il metodo della rifrazione e della riflessione sismica si basano sullo stesso principio fisico secondo cui quando un’onda sismica (onda incidente) incontra la superficie di separazione tra due mezzi isotropi con differenti caratteristiche meccaniche una parte dell’energia si trasmette nello stesso mezzo in cui si propaga l’onda incidente (onda riflessa) e una parte si rifrange nell’altro (onda rifratta)

In particolare ogni onda di volume (P o SV) genera nel punto d’incidenza due onde riflesse (una longitudinale e l’altra trasversale) e due onde rifratte (una longitudinale e l’altra trasversale), le direzioni di propagazioni giacciono tutte sullo stesso piano perpendicolare all’interfaccia e gli angoli che formano rispetto alla normale all’interfaccia sono legati tra loro e alla velocità dei mezzi attraversati (principio di Huygens):

ONDA S

1o mezzo (VP1,VS1)2o mezzo (VP2,VS2)

ONDA P

ON

DA

P

ONDA P

ON

DA

S

i R

RS

rS

r

BASI TEORICHE


RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICA


Si definisce impedenza di un mezzo il prodotto tra la velocità dell’onda sismica considerata (P o S) nel mezzo, e la densità, ρ:

xVZ ⋅ρ=



Ri;V

RsenV

isen

1S

S

1P

== RIFLESSIONE (onda P incidente)

2S

S

2P1P Vrsen

Vrsen

Visen

== RIFRAZIONE (onda P incidente)

Indicate con Z1 e Z2 le impedenze dei due mezzi a contatto, le frazioni, dell’energia sismica incidente, riflessa e rifratta sono rispettivamente:


12

12

ZZZZr

+−

=12

1

ZZZ2t

+⋅

=

che moltiplicati per l’ampiezza dell’onda incidente forniscono l’ampiezza rispettivamente dell’onda riflessa e rifratta (N.B. r e t sono tanto maggiori quanto maggiore è il contrasto di impedenza tra i due mezzi e più basse sono le singole impedenze).

COEFFICIENTEDI RIFLESSIONE

COEFFICIENTEDI RIFRAZIONE


Strato 1

P SH SVP1

P1

P2

P2

SV1 SH

1SV

1

SV2

SV2

SH2

α β βα 1 β 1 β 1

β2

α2

β 1 α 1

α2

β2

β2

Onda inarrivo

Onda inarrivo

Onda inarrivo

Strato 2





RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICAATTREZZATURA

Nelle prospezioni sismiche a riflessione e rifrazione si considera in generale come onda sismica incidente un’onda longitudinale, per cui si adottano sorgenti (accoppiate ad un trigger), costituite da:

Esplosivi (costosi, richiedono l’esecuzione preliminare di pozzetti di scoppio, elevato impatto ambientale)Caduta di pesi noti da altezze prestabilite (Dinoseis)Vibratori verticali a frequenze comprese tra 6 e 50 Hz (Vibroseis)

e geofoni muniti di trasduttore verticale collegati ad un sismografo per la registrazione e l’elaborazione dei segnali.

Negli ultimi anni, grazie alla disponibilità di vibratori orizzontali, è possibile anche generare prevalentemente onde trasversali e perciò, utilizzando geofoni orizzontali, è possibile determinare anche la velocità delle onde S.



RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICAFINALITÀLo scopo della prova è quello di:

determinare la forma e la posizione delle superfici di separazione tra strati a differenti proprietà meccaniche (rifrattori o riflessori)determinare la velocità media delle onde P (o S) per gli strati attraversati

OPERAZIONI PRELIMINARIQueste tecniche di prospezione sismica non richiedono operazioni preliminari salvo, nel caso si utilizzi l’esplosivo come sorgente, la realizzazione di un pozzetto di scoppio.

SCHEMA

Le prospezioni sismiche a riflessione e rifrazione consistono nell’allineare in superficie sul terreno un certo numero (in genere 24) di geofoni 1-D (orizzontali o verticali) e nel posizionare la sorgente (di vibrazioni verticali od orizzontali) al centro o all’estremità dello stendimento, in linea oppure no.




MODALITÀ OPERATIVEEffettuata l’energizzazione, dall’interpretazione dei tracciati degli spostamenti verticali (od orizzontali) rilevati dai geofoni a partire dall’istante di attivazione della sorgente (trigger), si determina l’istante di arrivo delle onde riflesse o rifratte, che viene riporta in funzione della distanza progressiva dalla sorgente (dromocrona).

Dallo studio della dromocrona delle onde rifratte o riflesse , attraverso considerazioni geometriche, si risale allo spessore dello strato o degli strati superficiali attraversati dalle onde e alle relative velocità di propagazione (delle onde P o S)

Si possono effettuare più energizzazioni in corrispondenza della stessa configurazione, e poi ripetere le misure facendo migrare nella direzione della linea di stendimento sorgente e ricevitori (di una distanza pari a un terzo o un quarto della lunghezza dello stendimento



i i

Onda diretta

Ondariflessa

Sorgente Ricevitori

S R1 R2 R3 x

h

V1

ic

Onda diretta

Ondarifratte

Sorgente Ricevitori

x

h

V1

V2 > V1

S R1 R2

ic ic

3.Misure sismiche in superficie

RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICALo schema geometrico di riferimento adottato è quello di deposito costituito da due strati con differenti proprietà meccaniche (differente rigidezza e quindi diversa velocità) separati da uno superficie orizzontale


ic è l’angolo d’incidenza critico per il quale sin r = 1 , cioè l’angolo di rifrazione è 90° e l’onda rifratta si propaga lungo la superficie di separazione dei due strati con velocità dello strato inferiore (V2)

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 3.Misure sismiche in superficie

RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICANaturalmente esistono delle situazioni geometriche più complesse che è possibile considerare nell’interpretazione dei sismogrammi (superficie di separazione inclinata, numero di strati superiore a due, rifrazioni riflesse o rilfessioni rifratte, riflessioni multiple, diffrazione, etc.)

La strumentazione e le procedure adottate per le misure a rifrazione sono le stesse adottate per le misure a riflessione salvo piccole differenze riguardanti:

la distanza tra i geofoni e la sorgente (assai maggiore, dell’ordine dei km) l’energizzazione alla sorgente (ovviamente maggiore)la frequenza propria dei geofoni (più bassa)la disposizione dei ricevitori (a ventaglio, ad arco, etc.)

La prospezione sismica a riflessione fornisce in genere migliori risultati in profondità e si preferisce nelle indagini di dettaglio, mentre per studi di carattere generale su vasta aree si preferisce la prospezione sismica a rifrazione



RIFRAZIONE E RIFLESSIONE SISMICACOSTI E AFFIDABILITÀ


Per quanto riguarda i costi, le prospezioni sismiche a riflessione e rifrazione si collocano rispetto alle altre prove sismiche in una fascia bassa con affidabilità delle misure media.Il prezzo medio (assolutamente orientativo) comprensivo della sola esecuzione delle misure e della successiva interpretazione si aggira intorno ai 10 Euro per metro lineare di stendimento .

SVANTAGGIimpossibilità di indagare, con la stessa affidabilità, profondità elevate (> 30 m)nel misurare valori di velocità mediati su ampi volumi di terrenonell’impossibilità di rilevare strati sottili a differente rigidezzanegli ingombri areali che l’attrezzatura richiedenella minore esperienza sulla misura della velocità delle onde S


VANTAGGInon invasive e con impatto ambientale nullo (tranne il caso delle esplosioni)economiche (ottime per indagini preliminari)coprono vaste aree

Seismic Refraction

Vertical GeophonesSource(Plate)

Rock: Vp2

Soil: Vp1

oscilloscope

x1x2x3x4

t1t2t3t4

zR

Determine depthto rock layer, zR

ASTM D 5777

Note: Vp1 < Vp2

Seismic Refraction

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020 Tr

avel

Tim

e (s

econ

ds)

0 10 20 30 40 50 Distance From Source (meters)

Horizontal Soil Layer over Rock

Vp1 = 1350 m/s

1

Vp2 = 4880 m/s

1z

x2

V VV Vc

c p2 p1

p2 p1=

−+

Depth to Rock:zc = 5.65 m

xc = 15.0 m

x values

t va

lues


METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALITali metodi consentono di ricavare il profilo della velocità delle onde S con la profondità (profilo di rigidezza) relativo ad un determinato sito in maniera indiretta,utilizzando una sorgente meccanica e più ricevitori, disposti in superficie.Si articolano in due fasi:1. Monitoraggio della velocità di propagazione delle onde di Rayleigh lungo la

superficie (“field testing”) che consiste deduzione della curva di dispersionecaratteristica del sito in esame (velocità di fase delle onde di Rayleigh in funzione della frequenza).

2. Adattamento di modelli empirici (sconsigliati) o numerici alle misure in sito per ricavare il profilo di rigidezza (processo di inversione)

I metodi che seguono differiscono oltre che nelle modalità pratiche con cui viene eseguita la prova, nelle soluzioni adottate per ottenere la curva di dispersione e nei modelli utilizzati per l’inversione. Tra le tecniche di misura sismica, queste sono indubbiamente quelle su cui si concentrano maggiormente gli interessi e le ricerche e sono destinate ad un grande sviluppo nei prossimi anni.



METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALI

I vantaggi offerti da questi metodi sono legati al fatto che si tratta di tecniche che:sono non invasive e con impatto ambientale nullo sono economiche coprono vaste areepermettono di caratterizzare depositi stratificati orizzontalmenteindividuano bene strati di materiali soffici superficiali sopra strati più rigidi

Gli svantaggi offerti da questi metodi sono legati al fatto che:sono poco affidabili a profondità maggiori di 40 m (per le quali richiederebberocomunque maggiori energizzazioni) sono molto sensibili ai disturbi ambientalii modelli numerici adottati per l’inversione devono essere utilizzati con accortezza(la scelta del modello o dei paramentri sbagliati può compromettere i risultati)spesso sono richieste nell’interpretazione interventi soggettivi dell’operatore



PROVA SASWBASI TEORICHECome già ricordato nella Seconda Parte le onde di Rayleigh, generate da una sorgente meccanica superficiale (mediante una sollecitazione verticale):

si propagano secondo fronti cilindrici, attenuandosi meno rapidamente delleonde di volume con la distanza dalla sorgente;inducono in superficie spostamenti orizzontali e verticaligli spostamenti verticali si attenuano ad una profondità pari alla lunghezzad’onda λ, e meno rapidamente degli spostamenti orizzontali,


Nell’ipotesi di un deposito stratificato orizzontalmente per investigare profondità diverse a partire dalla superficie è necessario produrre onde aventi lunghezze progressivamente crescenti e registrare, per ogni energizzazione, il moto in direzione verticale, in superficie in due (o al massimo 4) punti a distanze sufficientemente grandi dalla sorgente da potersi ritenere predominanti le onde di Rayleigh rispetto a quelle di volume.Una volta che si dispone delle registrazioni ai due ricevitori (in termini di componente verticale della velocità) si procede alla determinazione della curva di dispersione.


PROVA SASWCurva di dispersione

1. Indicato con x(t) e y(t) le forme d’onda ampiezza-tempo registrate rispettivamente al ricevitore più vicino e più lontano (a), si determina lo spettro di Fourier X(f) e Y(f) (b)

2. Si calcola lo spettro incrociato di frequenza (Cross Power Spectrum):CSP(f) = y(f) x*(f)che è una funzione complessa di cui si considera la componente di fase (c):

φCSP(f) = φy(f) - φx(f)


360)f(N CPS

cφ

−=

3. Essendo i ricevitori allineati tra loro (a distanza d) e con la sorgente si può determinare il numero di cicli compiuti da ciascuna componente dell’onda da un ricevitore all’altro, Nc, la lunghezza d’onda, λ, e la velocità corrispondente, V:

4. Si riporta la velocità V(f) in funzione della frequenza (d) e si identifica il campo di frequenze corrispondente alla sollecitazione prodotta (utilizzando ad esempio la funzione di coerenza, rapporto segnale-rumore) scartando il resto (e)

c

xy

Nd

=λ f)f(V ⋅λ=


PROVA SASW

SORGENTERICEVITORE XRICEVITORE Y

(a)

FFT FFT

φx(f) - φy(f)

Curva di dispersione sperimentale




6. Si completa la curva di dispersione coprendo intervalli della lunghezza d’onda sempre maggiori

Curva di dispersione sperimentale composta

INVERSIONE


PROVA SASW

5. Si energizza la sorgente in modo da produrre onde a lunghezza maggiore ridisponendo i ricevitori a una distanza d maggiore



PROVA SASWProcedura di inversione

La relazione che intercorre tra la curva di dispersione delle onde di Rayleigh, ottenuta sperimentalmente dalle misure in sito, ed il profilo di rigidezza del terreno sottostante non è immediata.

Occorre perciò simulare con opportuni modelli matematici (i criteri empirici sono oramai abbandonati) il meccanismo di propagazione di tali onde superficiali nel deposito in questione in modo da potere stimare il profilo di rigidezza che riproduce la curva di dispersione sperimentale ottenuta (processo di inversione).

Il modello utilizzato può essere più o meno complesso in relazione:

allo schema geometrico adottato per rappresentare il deposito (in genere siassume che sia costituito da strati orizzontali, omogenei e infinitamente estesi indirezione orizzontale)

al tipo di onde di cui viene simulata la propagazione (solo onde di Rayleigh oanche onde P ed S)



2. Definizione dei parametri geometrici (spessore), fisici (densità) e meccanici(velocità di propagazione delle onde S e coefficiente di Poisson) per ciascunostrato

3. Calcolo della curva di dispersione teorica e confronto con quella sperimentale


PROVA SASW

Una volta scelto il modello si applica una procedura iterativa che consiste nelle seguenti fasi:

1. Discretizzazione del profilo del sottosuolo in strati omogenei ed orizzontalipoggianti su un semispazio elastico

4. Iterazione dei passi 2 e 3 fino al raggiungimento di un buon accordo tra le duecurve

La procedura di inversione costituisce il punto di debolezza della prova SASW in quanto è molto sensibile al tipo di modello adottato e fornisce spesso soluzioni non univoche (anche se confrontabili)



SORGENTERICEVITORE 1RICEVITORE 2


PROVA SASWSCHEMA

La prova SASW, nella sua configurazione tradizionale, prevede l’utilizzo di una sorgente e due (o più fino a 4) ricevitori (stazioni) disposti in superficie, allineati ed equidistanti, con la sorgente da una parte rispetto ai ricevitori (common receiversmidpoint geometry)



PROVA SASWATTREZZATURA

Sorgente meccanica ad impulsi verticali transitori del tipo: ad impatto, realizzatecon martelli di massa modesta (50I500 g) per produrre onde di lunghezza λ

ridotta (alta frequenza) o con cubi in calcestruzzo (di 2 I3 t) lasciati cadere da altezze prefissate (2 I3 m) per produrre onde di lunghezza maggiore (e frequenza minore) o mediante vibratori verticali

Ricevitori costituiti da geofoni di superficie che consistono in trasduttori divelocità verticali con frequenze proprie comprese tra 1 e 10Hz (da scegliereopportunamente in funzione del campo di frequenze che s’intende indagare, equindi della sorgente)

Sistema di acquisizione costituito da un sismografo (a 12 o 24 canali) perl’acquisizione simultanea dei segnali rilevati dai ricevitori per ciascunaenergizzazione ed eventuali elaborazioni preliminari (media dei segnali, etc.)

Trigger



PROVA SASWMODALITÀ OPERATIVEI. Vengono posizionati i due geofoni in superficie ad una piccola distanza (in

genere 1 m) e simmetricamente rispetto alla verticale che s’intende esaminare;

II. la sorgente viene ubicata ad una distanza pari all’interasse dei geofoni (1 m) allineata e da una parte;

III. viene attivata la sorgente e con essa il trigger e l’acquisizione ai ricevitori;IV. viene ripetuta la sollecitazione più volte e i corrispondenti segnali mediati

(per eliminare eventuali disturbi ambientali);V. la sorgente viene spostata dalla parte opposta rispetto ai ricevitori e si

ripetono i punti III e IV (per eliminare l’effetto dell’eventuale inclinazione degli strati; il modello interpretativo adottato considera gli strati orizzontali)

VI. Viene sostituita la sorgente (per investigare profondità maggiori producendo onde di maggiore lunghezza) e distanziati i geofoni e ripetuti i punti precedenti (di solito con una sequenza progressiva di 1, 2, 4, 8, 16 e 32 m)


N.B. Si ricorre a questa procedura progressiva perché le sorgenti operano in un campo limitato di frequenze e per evitare l’interferenza tra le diverse onde che si trasmettono in superficie


PROVA SASWFINALITÀLo scopo della prova è quello di determinare un profilo di rigidezza (velocità di propagazione delle onde S) per il terreno in esame

OPERAZIONI PRELIMINARINon sono necessarie operazioni preliminari per questo tipo di prova


Questa prova fornisce risultati affidabili per deposito non molto profondi (profondità inferiori a 30 I 40 m), mentre per profondità maggiori fornisce spesso risultati non univoci. Si tenga conto anche del limite fisico della sorgente utilizzata. Sono comunque disponibili in letteratura applicazioni di questa procedura anche per profondità superiori a 50 m. Problemi di interpretazione possono derivare anche dalla non orizzontalità degli strati o dalla presenza di rumori ambientali significativi.



PROVA SASWCOSTI E AFFIDABILITÀLa prova SASW si colloca rispetto alle altre prove sismiche in una fascia medio-bassacon affidabilità delle misure buona.VANTAGGI

sono non invasive e con impatto ambientale nullo sono economichecoprono vaste areepermettono di caratterizzare depositi stratificati orizzontalmentesono tra le misure sismiche basate sulle onde di superficie le più diffuse al mondoe oggetto di numerose ricerche e sviluppi

SVANTAGGIsono poco affidabili a profondità maggiori di 40 m (per le quali richiederebbero

comunque maggiori energizzazioni) sono molto sensibili ai disturbi ambientalii modelli numerici adottati per l’inversione devono essere utilizzati con accortezza

(la scelta del modello o dei parametri sbagliati può compromettere i risultati)la fase interpretativa può essere lunga e complessa e in alcune parti soggettiva




Questo metodo è ampiamente adottato in geofisica e solo di recente viene impiegato anche nel campo dell’Ingegneria geotecnica.

Le onde di superficie, sempre generate da una sorgente impulsiva come nella tecnica SASW, vengono rilevate in un numero molto elevato di punti allineati con la sorgente (in genere si utilizzano 128, 256,… ricevitori) allo scopo di definire (a partire da un’analisi nel dominio del tempo dei segnali) per ogni componente di frequenza la corrispondente lunghezza d’onda, λ, e il numero d’onda k = 1/λ che identifica il modo di vibrazione (Mc Mechan e Yedlin, 1981). Lo spettro f-k così ottenuto viene utilizzato per ottenere la curva di dispersione velocità di fase–frequenza (Gabriels et al., 1987).

Schema e modalità di interpretazione


ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALIDi seguito si accennerà agli altri metodi basati sulle onde sismiche superficiali limitandosi a indicare le differenze rispetto alla tecniche SASW con la quale hanno in comune buona parte della strumentazione, della procedura di interpretazione e delle modalità esecutive

METODO F-K (O DELLO SPETTRO FREQUENZA F-NUMERO D’ONDA K)


ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALILa procedura di inversione adottata per ottenere il profilo di rigidezza consiste nello schematizzare il deposito stratificato in strati orizzontali (assegnando spessore, densità, velocità delle onde S e coefficiente di Poisson) e, utilizzando il modello della matrice delle rigidezze dinamiche (Kausel and Roesset, 1981) per simulare le modalità di propagazione delle onde di superficie, nel generare sismogrammi sintetici in corrispondenza dei punti di misura. Dalle forme d’onda si ricava prima lo spettro f-k e poi la curva di dispersione teorica da confrontare con quella sperimentaleVantaggi e svantaggiQuesta tecnica è superiore alle altre nell’identificare i modi di vibrazione delle onde di superficie (fondamentali e superiori), comporta, a causa dell’elevato numero di ricevitori che richiede e quindi di registrazioni da effettuare, problemi logistici legati alla disposizione dei ricevitori sul terreno (che su un’area così vasta può presentare irregolarità topografiche), di tempi di misura e problemi di interpretazione nella gestione e nell’elaborazione di un così elevato numero di registrazioni (con tempi e costi maggiori rispetto ad esempio alla tecnica SASW)



ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALI





METODO MASW (O ANALISI MULTICANALE DELLE ONDE SUPERFICIALI)

La tecnica MASW (Park et al., 1999) è utilizzata prevalentemente in America e alcuni paesi dell’Asia.

Schema e modalità di interpretazione

Con questa tecnica le onde di superficie vengono generate da una sorgente ad impulso (martello) o da una sorgente vibratoria sinusoidale allineata con i ricevitori (in genere 24) equidistanti (interasse 1 m) che viene progressivamente allontanata (walk-away method). Le registrazioni simultanee ai ricevitori, ottenute per ciascuna posizione della sorgente, vengono dunque sommate. La curva di dispersione può essere ottenuta con due differenti procedure:

“swept-frequency record approach”“frequency-wave number spctrum approach” (metodo f-k)



ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALIVantaggi e svantaggi

Questa tecnica sebbene più semplice dal punto di vista operativo e dello sforzo computazionale per l’interpretazione delle misure rispetto alla tecnica f-k, affronta la procedura d’inversione utilizzando il solo modo fondamentale di vibrazione delle onde di superficie. Questo può garantire risultati affidabili nel caso di depositi con profili di rigidezza regolari, dove la curva di dispersione è in genere monotona (velocità di fase che cresce con la lunghezza d’onda). Nei casi reali esistono invece variazioni di rigidezza e rapporti di impedenza che determinano curve di dispersioni irregolari che tale tecnica non è in grado di descrivere




METODO CSW (O DELL’ ANALISI CONTINUA DELLE ONDE SUPERFICIALI)

La tecnica CSW (Menzies e Matthews, 1996) viene utilizzata prevalentemente in Europa, Australia e in alcuni paesi dell’Asia.

Schema e modalità di interpretazioneLa tecnica CSW (Continuous Surface Wave) rileva le onde di superficie generate da una sorgente vibratoria sinusoidale (ad una frequenza prefissata) allineata con i ricevitori, equidistanti (più di 4, in genere 5 o 6). La storia temporale delle velocità misurate ai ricevitori per una eccitazione armonica ad una data frequenza vengono trasformate nel dominio delle frequenze (spettro di Fourier) e viene determinata la fase e plottata con la distanza dalla sorgente (nel caso di terreno omogeneo dovrebbe avere un andamento lineare crescente con la distanza). La pendenza della retta interpolante i punti sperimentali permette di ricavare la velocità di fase media per la frequenza di eccitazione adottata. Variando quest’ultima si ottiene la curva di dispersione sperimentale. Per l’inversione si adotta in genere un modello empirico.


UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica Misure sismiche in superficie




ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALIVantaggi e svantaggiQuesta tecnica è molto più semplice rispetto alla tecniche f-k e MASW dal punto di vista logistico della realizzazione della prova (grazie al numero limitato di ricevitori utilizzati) e dal punto di vista dello sforzo computazionale necessario per l’interpretazione delle misure. Infatti la procedura necessaria ad ottenere la curva di dispersione è molto semplice e non richiede alcuna fase intermedia di interpretazione soggettiva (come nelle tecniche precedenti), e può dunque essere automatizzata. Inoltre l’utilizzo del valore medio della fase con la distanza consente di ridurre l’effetto delle anomalie locali.Gli svantaggi maggiori sono legati a:


al tipo di sorgente che consente di ottenere risultati affidabili solo nel campo difrequenze in cui essa può operare e limitatamente agli strati più superficiali, data la scarsa quantità di energia in genere liberataalla mancanza di un modello numerico per l’inversione appositamente realizzato per questa procedura ai tempi di realizzazione delle misure che in genere sono abbastanza lunghi



ALTRI METODI BASATI SULLE ONDE SUPERFICIALISVILUPPI

Nel campo dei metodi sismici basati sulle onde superficiali, la ricerca e la sperimentazione pare prevalentemente concentrata sulla tecnica SASW, anche se molto interessanti sono gli sviluppi relativi alla altre tecniche che dovrebbero in parte superarne i limiti ed esaltarne i vantaggi.

Altrettanto interessanti sono le tecniche di misura passive che non richiedono una sorgente attiva, ma utilizzano il rumore ambientale (che si propaga prevalentemente attraverso le onde di Rayleigh).

Una di queste tecniche è la tecnica di rifrazione basata sui microtremori (NASW, Noise Analysis of Surface Waves) ideata da Louie (2001) che utilizza la stessa apparecchiatura adottata per la prospezione sismica a rifrazione (delle onde P), unendo i vantaggi delle misure dei microtremori (specie in ambiente urbano), alla semplicità della prova SASW e all’accurataezza della tecnica MASW.



R (S)SVHSVHSHV(SHH)Onde indagate

MediaMedio-bassaMedio-bassaMedio-bassa

Sensibilità a disturbi ambientali

50÷70 mIllimitata50÷70 mIllimitataMassima profondità

investigabile

NessunoModestoModestoModestoDisturbo terrenoper installazione

fori

NONONOSIMisure

inclinometriche

NotevoleMoltomodesto

MoltomodestoModesto

Ingombro

Nessuno112 o piùNumero di fori

SASWSVLMDHCH



AltaMediaMediaMediaDifficoltà d'interpretazione

BassoMedioMedioAltoCosto di esecuzione

Medio-bassaAltaMediaAltaCapacità di risoluzione

InevitabilePossibileInevitabilePossibileRifrazione delle onde

SìNOSìNOAttenuazione vibrazioni con

profondità

VariabileCostanteVariabileCostanteVolume campionato con singolo impulso

NOSìSìNONecessità di

orientazione dei ricevitori

SASWSVLMDHCH




ASTM 1994. “Soil and rock (I): D420-D4914”. Easton, MD, USA, pp.978ASCE Press. 1998. “Geophysical exploration for engineering and environmentalexploration“. Adapted from the US Army Corps of Engineers, N0. 23, Technicalengineering and design guides, 204p. Crespellani, T., Facciorusso, J. 2000. “Elementi di dinamica dei terreni e ingegneria geotecnica delle aree sismiche”. Voll. 1 e 2. Centro 2P. FirenzeDobrin, M.B. e Savit , C.H. 1988. “Introduction to Geophysical Prospecting. Fourth Edition , McGraw Hill Book CompanyFernandez, A. 2000. “Tomographic imaging stress fields in discrete media”. Ph.D. Dissertation, Georgia Institute of Technology, USA

. Foti, S. 2000. “Multistation methods for geotechnical characterisation usingsurface waves”. Ph.D Dissertation, Politecnico di TorinoGabriels, P., Snieder, R., Nolet, G. 1987. “In situ measurement of shear wavevelocity in sediments with higher-mode Raykeigh waves”. Geophys. Prospect., Vol. 35, pp.187-196Kausel, E., Roesset, J.M. 1981. “Stifness matrices for layered soils”. Bulletin ofSeismological Society of America, Vol. 71(6), pp. 1743-1761


RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICIPubblicazioni:


Kitsunezaki, C. 1980. “A new method for shear wave logging”. Geophysics,Vol.45, pp. 1489-1506Louie, J. N. 2001. “Faster, better: Shear-Wave Velocity to 100 Meters Depth From Refraction Microtremo Arrays”. Bulletin of Seismological Society of

America, Mancuso, C. 1996. “Misure dinamiche in sito. Applicazioni geotecniche”. HeveliusEdizioni. Napoli, pp.126McMechan, G.A. e Yedlin, M.J. 1981.”Analysis of dispersive waves by wave fieldtransformation. Geophysics, Vol.46, pp. 869-874Park, C.B., Mileer, R.D., Xia, J. 1999. “Multichannel analysis of surface waves(MASW)”. Geophysics, Vol. 64, pp. 800-808Mayne, P.W., Schneider, J.A., Martin, G.K. 1999. “Small and large-strain soilProperties from Seismic Flat Dilatometer Fests ”. Proc. Pre-failure DeformationCharacteristics of Geomaterials, Vol. 1, pp.419-426SPEA Autostrade 2001. “Istruzioni tecniche. Lavori di indagine geotecnica. Norme tecniche d’appalto”. http://www.geolomb.it/

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI3.Misure sismiche in superficie



Siti internet:

http://www.usucger.org/insitulinks.htmlhttp://www.geolomb.it/http://www.ce.gatech.edu/~geosys/misc/links.htmwww.marchetti-dmt.ithttp://www.ce.gatech.edu/~geosys/Faculty/Mayne/


UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 4.Prova down-hole

4. PROVA DOWN-HOLE



PROVA DOWN-HOLE

In questa parte della lezione verranno approfonditi alcuni aspetti relativi allaattrezzatura, alle modalità operative e ai criteri di interpretazione adottati nell’esecuzione della prova down-hole con specifico riferimento all’attrezzatura e all’esperienza di cui dispone il nostro laboratorio.

ATTREZZATURA

Come già ricordato l’attrezzatura necessaria a svolgere questo tipo di prova si compone di:

un sistema di energizzazione (sorgente)

un sistema di ricezione (ricevitori)

un sistema di trigger

un sistema di acquisizione dei segnali (sismografo)


Downhole Testing

Cased Borehole

TestDepthInterval

HorizontalVelocity

Transducers(GeophoneReceivers)

packer

PumpHorizontal Plank

with normal load

Shear Wave Velocity:Vs = ∆R/∆t

z1 z2

∆t

R12 = z12 + x2

R22 = z22 + x2

x

Hammer

Oscilloscope


SORGENTELa sorgente da utilizzare deve essere in grado di generare onde elastiche ad alta frequenza ricche di energia , con forme d’onda ripetibili e direzionali, cioè con la possibilità di ottenere prevalentemente onde P o onde SVH

In genere si adottano sorgenti meccaniche di tipo impulsivo:

per generare onde P si ricorre ai metodi classici (caduta di un grave, esplosioni,piastra colpita da un martello in direzione verticale, 20x20x1cm)

per generare le onde SVH si utilizza una longarina in legno (per evitare fenomenidi esaltazione o di risonanza dell’onda) accoppiata alle estremità, incorrispondenza dei punti di battuta, con due piastre metalliche. La battuta vieneeffettuata orizzontalmente con un martello (massa 5 kg)

N.B. E’ importante che la longarina sia perfettamente aderente al terreno durante le battute per evitare dispersioni di energia del segnale (gravandola con un carico statico, come quello dell’automezzo utilizzato per il trasporto dell’attrezzatura) che non affondi nel terreno (terreni coesivi molli) per non generare prevalentemente onde P (superficie di contatto piccola), che sia sempre in piano orizzontale.




4.Prova down-holeSORGENTE

La forma e la geometria della longarina deve essere un compromesso tra le esigenze precedentemente ricordate (e di solito si realizza artigianalmente).

La longarina adottata dal nostro laboratorio (di dimensioni 240x30x10 cm) ha un’ anima in legno e un rivestimento metallico zigrinato (per migliorare ulteriormente l’accoppiamento col terreno) e le estremità in metallo rinforzato.L’altezza e la larghezza sono state scelte per facilitare la battuta alle estremità, mentre la lunghezza è tale da consentire al fuoristrada di salirci sopra (per facilitare il trasporto la longarina è divisa in due parti uguali unite per mezzo di bulloni al momento dell’uso).


SORGENTEPer garantire energizzazioni controllabili e ripetibili, il martello è stato montato su un cavalletto a pendolo, dove, regolando l’angolo di caduta del martello, si può controllare anche l’energia di battuta (ovviamente dovendo ogni volta eseguire una battuta destra e una sinistra i pendoli con relativi martelli sono due)



Piastra di battuta

Mazza battente

4.Prova down-hole

SORGENTELa longarina viene in genere orientata perpendicolarmente al raggio uscente dal foro ad una distanza compresa tra 1 e 3m : non inferiore, per impedire alle onde dirette P ed S di sovrapporsi (specie a basse profondità), e non superiore per ridurre fenomeni di riflessione e rifrazione.La piastra per la battuta verticale è posizionata alla stessa distanza della longarina dal foro.



RICEVITORIIl sistema di ricezione si compone di due geofoni da pozzo tridimensionali e orientabili, vincolati nella loro distanza reciproca (in genere da 1 a 3m) e nella loro orientazione relativa, collegati in superficie al sistema di acquisizione.

I geofoni sono costituiti da una terna di trasduttori di velocità , di cui uno dovrà essere posizionato verticalmente (per la ricezione delle onde P) e gli altri due orizzontali, di cui uno radialmente rispetto al foro di sondaggio (per massimizzare la ricezione delle onde SVH). Tali trasduttori sono in genere alloggiati in un contenitore cilindrico di piccolo diametro (in genere 50 mm), tale da potere essere calato nel foro di sondaggio (il cui diametro interno è in genere compreso tra 75 e 125 mm) e dotato di un sistema di bloccaggio (realizzato con cuscinetto ad ara compressa oppure con una lama controllata meccanicamente) che consenta al geofono , in fase di misura, di aderire perfettamente al rivestimento del foro.I geofoni possono essere realizzati interamente in maniera “artigianale” oppure acquistati presso ditte specializzate (GEOSPACE, GEOSTUFF, GEOSYSTEM, etc. per i modelli base il prezzo è intorno a 5000 euro), alcune di queste ditte prevedono delle versioni dotate di sistema di orientazione meccanico controllabile elettronicamente dalla superficie.



Geofono

Trasduttori

Sistema di bloccaggio(fino a 15 cm)

N.B.1. Molto importante è il sistema di collegamento tra i due geofoni che deve essere realizzato in materiale sufficientemente rigido da non subire torsioni o allungamenti (per fissare distanza e orientazione relativa) e ad alta impedenza per non produrre fenomeni d’interazione sismica tra i due ricevitori (ad esempio polietilene)

2. Altrettanto importante è controllare l’orientazione assoluta dei due geofoni dalla superficie per garantire un confrontabilità tra le registrazioni a profondità diverse (con dispositivi automatici o “artigianali” ad es. bacchette avvitabili in plastica)

4.Prova down-holeRICEVITORI

I trasduttori devono possedere determinate caratteristiche di frequenza e sensitività per potere rilevare adeguatamente il treno d’onde proveniente dalla sorgente, la frequenza propria è in genere 10 o 14 Hz.



RICEVITORI

Particolare del collegamento

Geofoni collegati



TRIGGER

Il trigger è quel dispositivo che consente di definire l’istante di attivazione della sorgente e quindi l’istante di partenza delle onde sismiche (istante zero). In genere viene realizzato con un trasduttore piezoelettrico montato sul martello che funziona come un circuito elettrico, collegato a un condensatore, che viene chiuso al momento in cui il martello tocca la piastra, consentendo al condensatore di inviare una scarica elettrica, sotto forma di impulso, al sistema di acquisizione dei dati.

Molto più semplicemente il dispositivo di trigger può essere realizzato con un circuito collegato al sismografo con le estremità collegate alla piastra di battuta e al martello (per un totale di 3 coppie di cavi in parallelo), in tal caso è sempre opportuno verificare sul campo che non vi siano delle vie alternative di chiusura del circuito (attraverso il terreno, la base dei pendoli, la scarpe dell’operatore, etc.)



SISTEMA DI ACQUISIZIONE

Il sistema di acquisizione è in genere costituito da un sismografo a cui sono collegati i ricevitori e il trigger.

Le caratteristiche che il sismografo deve possedere devono essere quello della massima versatilità (considerata la spesa deve poter essere utilizzato anche per altri tipi di misure sismiche) e affidabilità per il tipo di misure che si intende effettuare. In particolare:

- un numero di canali d’acquisizione sufficiente (almeno 6 per la registrazione dei segnali rilevati dai trasduttori dei due geofoni, in genere 12). La tendenza è nonacquistare sismografi ad un numero elevato di canali (molto costosi), ma di ripiegare su sismografi modulari, che possono essere combinati in serie peraumentare il numero dei canali al momento del bisogno

- una banda di acquisizione di larghezza elevata (1.75 I 20000 Hz) anche se per isegnali sismici se ne utilizza una sola parte (1 I50 Hz)


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- un intervallo di campionamento minimo sufficientemente piccolo (0.02 ms) e unadurata sufficientemente elevata (16000 punti) per garantire un corretto campionamento del segnale che non comporti perdita di componenti di frequenzasignificative (la frequenza di campionamento non deve essere superiore alla frequenza di Nyquist)

- la possibilità di operare trattamenti preliminari del segnale (medie, somme, filtri,etc.)

- la disponibilità di un software adeguato con un’interfaccia grafica tale da poterevisualizzare ogni volta i segnali registrati (specie per quei sismografi che non dispongono di un monitor, preferibili dato il costo elevato di tali componenti ela possibilità di poterli sostituire con un PC portatile)



PROCEDURA DI PROVA

La prova richiede tutta una serie di operazioni preliminari che sono:esecuzione del foro di diametro interno compreso tra 85 e 125 mm (in generecon tecniche che riducano al minimo il disturbo del terreno circostante, ad es. carotaggio a rotazione sostenendo eventualmente le pareti con fango bentonitico)rivestimento delle pareti con un tubo in materiale ad alta impedenza allevibrazioni (ad es. PVC) di spessore pari a circa 3 mmcementazione dell’intercapedine tra rivestimento e pareti del foro (meglio se dalbasso verso l’alto) con una miscela (acqua+cemento+bentonite) di una densitàpari a quella del terreno circostante per migliorare l’accoppiamento trarivestimento e pareti del foro (in genere è opportuno che la prova venga eseguita

dopo almeno tre settimane dalla cementazione).

Una volta verificato che il foro sia accessibile in tutta la sua profondità (controllando eventualmente il livello di falda) e che dalla cementazione sia trascorso un tempo sufficiente, si procede con la prova, che consiste nelle seguenti fasi:



PROCEDURA DI PROVA1. I due geofoni vengono calati fino a fondo foro e si misura la profondità a cui si

trovano esattamente i trasduttori (dal cavo graduato e nota la distanza tra i due geofoni).

2. Si bloccano i geofoni alla parete del rivestimento.3. Vengono prodotte sollecitazioni di prova (sia verticali che orizzontali) per testare

il funzionamento dei geofoni, del trigger e del sistema d’acquisizione e per controllare l’influenza del rumore ambientale (in genere trascurabile ad elevate profondità)

4. Si procede con un certo numero di battute verticali (in genere tre) che il simografo acquisisce e somma (per eliminare l’effetto di rumori accidentali o di fondo).

5. Si effettua uno stesso numero di battute orizzontali destre e poi sinistre.6. Il totale di registrazioni di cui si dispone per ciascuna profondità è 18 (relative ai

tre trasduttori inferiori ed ai tre superiori per le tre battute).7. Si sbloccano i due geofoni e si sollevano di un metro (facendo attenzione che

non ruotino) e si bloccano nuovamente e si ripetono i punti 4 e 5, fino ad arrivare in superficie.



MODALITÀ DI INTERPRETAZIONE

Al termine della prova disponiamo di 18 registrazioni per ciascuna quota di profondità indagata (per ciascuno dei tre trasduttori superiori e dei tre trasduttori inferiori 3 registrazioni, una relativa alla battuta verticale e due relative alle battute orizzontali, destra e sinistra).Prima di procedere all’interpretazione delle registrazioni occorre effettuare un controllo generale di uniformità e di coerenza (per verificare la corrispondenza tra canali del sismografo e trasduttori, il buon orientamento dei trasduttori orizzontali, l’effetto del rumore soprattutto sulle misure più superficiali). In particolare deve risultare, da una semplice analisi visuale, che:

le registrazioni relative ai trasduttori orizzontali longitudinali (orientati radialmente rispetto alla sorgente) devono essere quelle a contenutoenergetico maggiore in corrispondenza delle battute orizzontali e nullo per le battute verticali




le registrazioni relative ai trasduttori orizzontali trasversali (orientatiperpendicolarmente rispetto alla direzione uscente dalla sorgente) devono essere quelle a contenuto energetico minore in corrispondenza delle battute orizzontali e nullo per le battute verticalile registrazioni relative ai trasduttori verticali devono essere quelle acontenuto energetico maggiore in corrispondenza delle battute verticali e nulloper le battute orizzontalil’arrivo delle onde, per la medesima battuta, rilevato ai trasduttori superiorideve precedere quello rilevato ai trasduttori inferiori

N.B. Nella realtà tali condizioni (ad eccezione dell’ultima) non sono sempre verificate (a causa della non perfetta orientazione dei trasduttori e del segnale sorgente poco pulito che non contiene mai solo onde P o onde S)




L’interpretazione delle registrazioni finalizzata alla determinazione delle velocità di propagazione delle onde P ed S, per ciascuna delle profondità indagate, può essere fatta nel dominio del tempo o della frequenza.

L’interpretazione nel domino del tempo può avvenire utilizzando:il metodo visuale (by-eye method)la funzione di cross-correlazione (cross-correlation).

L’interpretazione nel domino della frequenza avviene utilizzando funzioni come:lo spettro di potenza incrociato (cross power spectrum),la funzione di coerenzail rapporto segnale-rumore.



MODALITÀ DI INTERPRETAZIONEIndipendentemente dal metodo di interpretazione adottato, le grandezze che possono essere determinate sono (riferite al tempo t = 0 determinato dal trigger):

l’istante di primo arrivo delle onde P al geofono superiore, tPsup, ottenuto dalsegnale registrato dal trasduttore verticale superiore in corrispondenza della battuta verticale (SUPVV)l’istante di primo arrivo delle onde P al geofono inferiore, tPinf, ottenuto dalsegnale registrato dal trasduttore verticale inferiore in corrispondenza della battuta verticale (INFVV)l’istante di primo arrivo delle onde S al geofono superiore, tSsup, ottenuto dal segnale registrato ai due trasduttori orizzontali superiori in corrispondenza dellabattuta orizzontale destra e sinistra (SUPHtrasv,dx, SUPHlong,dx, SUPHtrasv,dx, SUPHlong,dz

l’istante di primo arrivo delle onde S al geofono inferiore, tSinf, ottenuto dal segnale registrato ai due trasduttori orizzontali inferiori in corrispondenza dellabattuta orizzontale destra e sinistra (INFHlong,dx, INFHtrasv,dx, INFHtrasv,sx, INFHlong,sx)




I tempi sono riferiti sempre alle onde dirette, cioè a quelle che compiono tra sorgente e ricevitori il percorso rettilineo più breve (si trascurano eventuali fenomeni di rifrazione e riflessione).

d

dd

2z

1

Psup Ssup

1

2

z

(t ,t )

(t = 0)

∆zPinf Sinf(t ,t )

Prova down-hole



MODALITÀ DI INTERPRETAZIONEE inoltre possibile ricavare l’intervallo di tempo necessario all’onda per transitare da un ricevitore all’altro (∆tP, ∆tS), relativamente a due energizzazioni a profondità successive, nel caso si disponga di un solo geofono (metodo dello pseudo-intervallo) o alla stessa energizzazione (metodo dell’intervallo).

In tal caso è necessario riferirsi ai tempi corretti, t*, cioè al tempo che impiegherebbe l’onda dalla sorgente al ricevitore se, si propagasse in direzione verticale (come secondo le ipotesi della prova), cioè con la sorgente idealmente posizionata alla testa del foro:

22i

xi,x dd

dt*t −⋅= TEMPO CORRETTO

e quindi si può determinare direttamente l’intertempo:


*t*tt sup,xinf,xx −=∆o indirettamente da analisi incrociate dei segnali corrispondenti nel dominio delle frequenze


MODALITÀ DI INTERPRETAZIONEPer determinare la velocità (VP, VS) basterebbe dividere i tempi di arrivo delle onde ai due geofoni, superiore (tsup) e inferiore (tinf), per le relative distanze dirette percorse (d1 e d2):

xi

ix t

dV = VELOCITÀ DIRETTA

Tale procedura in realtà non è corretta, specie a profondità elevate, in quanto fornisce un valore mediato della velocità su tutti gli strati superiori che non tiene conto delle differenti rigidezze.

Per tali motivi si determina la velocità, relativamente al singolo strato indagato dai due geofoni, dividendo la distanza, nota, tra i geofoni, ∆z, per il tempo di propagazione corrispondente, ∆tx:

VELOCITÀ DI INTERVALLO (stessa energizzazione)

xx t

zV∆∆

=VELOCITÀ DI PSEUDO-INTERVALLO (energizzazioni diverse)





4.Prova down-hole

Tali valori di velocità si determinano spesso come pendenza dei singoli tratti della dromocrona, che riporta in ascisse i tempi corretti di arrivo delle onde e in ordinata le profondità corrispondenti.

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150

Tempi corretti (ms)

Prof

ondi

tà (m

)


BY-EYE METHODPer determinare il tempo di arrivo delle onde P e S dalla sola analisi visuale dei tracciati occorre molta esperienza e la conoscenza completa delle condizioni in sito che hanno caratterizzato l’esecuzione della prova (è opportuno che esecuzione e interpretazione vengano sempre eseguite dagli stessi operatori).

Tale criterio si basa sul fatto che:

il treno d’onde P è caratterizzato da vibrazioni di modesta ampiezza e periodo, inizialmente crescenti e poi decrescenti il treno d’onde S è caratterizzato da vibrazioni di ampiezza e periodo almenodue volte superiori a quelli attribuibili alle onde P, inizialmente crescenti e poidecrescenti

In questo modo gli istanti di primo arrivo delle onde P e S dovrebbe essere facilmente identificabili nello stesso segnale.



Tempo t = tPsupdi arrivo delle onde P

Tempo t = 0 (trigger)

Tempo t = tSsupdi arrivo delle onde S

Punti caratteristici dell’onda

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica CASO REALE (?) 4.Prova down-hole



1. non perfetta orientazione dei trasduttori orizzontali (nessuno dei due trasduttori è in grado di massimizzare il contenuto energetico dell’onda S, per cui le ampiezze rilevate dell’onda S sono più attenuate di quelle attese)

2. non perfetta energizzazione (colpo troppo debole e perciò ampiezza dei segnali ridotta, oppure non perfettamente verticale o non perfettamente orizzontale, per cui il segnale e’ ricco sia di onde P che S)

3. treno d’onde P e S troppo ravvicinati (come accade in prossimità della superficie)

4. presenza d onde P riflesse che, essendo ritardate, si confondono con le onde S o presenza di onde P e S rifratte

5. cementazione del foro non matura6. non perfetta aderenza del ricevitore alle pareti del rivestimento7. presenza di rumore ambientale elevato (rapporto segnale/rumore elevato)

che, specie in superficie, tende a confondersi con le onde P

4.Prova down-hole

Problemi di interpretazione

Nella realtà il segnale non è mai così pulito a causa di vari motivi:


Profondità di misura : 1m(somma battute dx e sx, trasduttore orizzontale)

-800

-400

0

400

800

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Time (ms)

Am

plitu

de (m

V)

ONDE SONDE P

4.Prova down-hole


-0.10

-0.05

0.00

0.05

0.10

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Time (ms)

Am

plitu

de (m

V)

Profondità di misura : 49 m(somma battute dx e sx, trasduttore orizzontale)

Rumore di fondo (bassa e alta frequenza)


ONDE SONDE P




Rumore di fondo

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Time (ms)

Am

plitu

de (m

V)

Profondità di misura : 47 m(somma battute dx e sx, trasduttore orizzontale)

4.Prova down-hole

ONDE SONDE P(dirette e rifratte)


Accorgimenti operativi

Per evitare o ridurre in parte l’effetto di tali inconvenienti si seguono alcuni accorgimenti:1. Si eseguono per ciascuna energizzazione (verticale, orizzontale destra e

sinistra) più battute (in genere tre) e i tracciati corrispondenti vengono sommati per ciascun trasduttore (per ridurre l’effetto dei disturbi aleatori o delle battute mal riuscite)

2. Si sommano per ciascuna profondità i segnali relativi allo stesso trasduttore orizzontale relativi alla battuta destra e sinistra per esaltare il contributo delle onde S e attenuare quello delle onde P (le vibrazioni indotte dalle onde P sono in fase, mentre quelle indotte dal passaggio delle onde S sono sfasate di 180°)

3. Si considera per ciascuna profondità il solo trasduttore orizzontale orientato lungo la sorgente (longitudinale); nel caso il segnale sia di energia confrontabile per entrambi i trasduttori (orientazione non buona) si effettua la somma vettoriale dei due segnali (longitudinale e trasversale)



Metodo dell’intervallo e dello pseudo-intervalloQuando non sia possibile definire i tempi diretti di arrivo delle onde P e S ai ricevitori (a causa della scarsa qualità del segnale) ci si accontenta si determinare direttamente il tempo di percorrenza, successivamente corretto, tra i due ricevitori (metodo dell’intervallo), da un’analisi comparata dei segnali rilevati dalla stessa coppia concorde di trasduttori (verticale superiore e inferiore, orizzontale longitudinale superiore e inferiore, oppure orizzontale trasversale superiore e inferiore) relativamente alla stessa battuta, andando a ricercare dei punti caratteristici nelle due forme d’onda (picchi,flessi, concavità). In tal caso è fondamentale una corretta orientazione relativa dei trasduttori orizzontali

In maniera analoga, ma meno affidabile si possono analizzare i segnali relativi allo stesso trasduttore ma in due posizioni successive, in corrispondenza di due energizzazioni diverse (metodo dello pseudo-intervallo).

N.B. Attenzione allo stendimento della forma d’onda (spreading)



Media Battute Orizzontali - H(trasversale) - (3.0-5.5 m)

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Time (ms)

Am

plitu

de (m

V)

Punti caratteristici

4.Prova down-hole



∫+∞

∞−

⋅−⋅= dt)t(g)t(h)(CC ττ

dove g(t) rappresenta la registrazione temporale al trasduttore più vicino e h(t) la corrispondente registrazione al trasduttore più lontano.

4.Prova down-hole

Funzuione di cross-correlazione

L’analisi visuale può essere integrata, soprattutto di fronte a soluzioni non univoche, con uno studio parallelo della funzione di cross correlazione calcolata a partire dai segnali registrati da una coppia concorde di trasduttori (inferiore e superiore), così definita:

Il valore di τ corrispondente al massimo della funzione rappresenta anche il tempo di trasferimento della forma d’onda tra i due punti considerati




4.Prova down-hole

Punti caratteristici

Picco 1

Picco 2


Analisi nel dominio della frequenza

La ricerca e la sperimentazione si sta orientando, anche per questi metodi (come per quelli basati sulle onde superficiali), verso un’interpretazione nel dominio della frequenza, dove la funzione di cross-correlazione viene definita nel dominio delle frequenze (spettro di potenza incrociato), più facilmente gestibile, e utilizzata in accordo con la funzione di coerenza (che consente di quantificare il livello di disturbo presente nel segnale) e il rapporto segnale-rumore derivato da questa funzione.

Un’analisi di questo genere consente di tenere conto dei disturbi di cui il segnale è affetto e allo stesso tempo di elaborare una procedura meno soggettiva e automatizzata, ed è anche la direzione verso cui si stanno indirizzando le nostre ricerche.


UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILESezione geotecnica 5.Confronti

RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICISiti internet:

http://www.geometrics.com/

http://www.georadar.com/geostuff.htm

http://www.geospacelp.com/

http://www.geosystems.com/geosystems_geosynthetics.htm



5. CONFRONTI




TERRENI SOVRACONSOLIDATI E NORMALCONSOLIDATI

TERRENI OMOGENEI



TERRENI INCOERENTI


ORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIAORDINE REGIONALE DEI GEOLOGI DELLA LIGURIACorso di aggiornamento Corso di aggiornamento –– Microzonazione e valutazione degli effetti di sitoMicrozonazione e valutazione degli effetti di sitoMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinMisure in sito per la caratterizzazione dei terreni in campo dinamicoamico 146/146

Terreno di riporto

Ghiaie, sabbie e ciottoli in matrice

con livelletti argillosi

Ghiaie e sabbie con ciottoli in matrice sabbioso-limosa

Sabbie fini limose, argille sabbioso-limose e limi argillosi e sabbiosi

sabbioso-limosa e

146/146

“MISURE IN SITO PER LA CARATTERIZZAZIONE DEL TERRENO...

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