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ISICA* Gruppo di Ricerca Applicata Il Gruppo GEOFISICAdel CUGRI svolge attività di ricerca applicata, studi ed indagini in campo geofisico. Svolge anche attività di consulenza per Enti Pubblici e Privati. Utilizza tecnologie e strumentazioni all’avanguardia e metodologie e software avanzati garantendo studi ed indagini accurate e di elevata qualità. Strumentazioni ed indagini Per una corretta ed efficace conduzione delle indagini geofisiche è essenziale disporre non solo di una approfondita conoscenza delle problematiche metodologiche connesse, ma anche di strumentazioni moderne ed avanzate. Il CUGRI, nell'ambito del Progetto Geofisica, si è dotato di tali strumentazioni ed oggi rappresenta la realtà scientifico-professionale applicata tra le più avanzate e complete in Campania e nell'Italia Centro Meridionale. Il Gruppo GEOFISICAdispone della seguente strumentazione: 2 sismografi Geometrics GEODE (24 bit - 24 canali per modulo, per un totale di 48 canali, implementabile fino a 4 sismografi per 96 canali) per indagini sismiche da superficie 48 geofoni verticali 10 Hz (implementabili fino a 96 geofoni) 24 geofoni orizzontali 10 Hz 8 geofoni a tre componenti 10 Hz 2 geofoni da pozzo a 5 componenti per indagini sismiche in foro 5 accelerometri tricomponenti ad alta sensibilità,1 Hz (di cui 3 Vibralog e 2 Lennarz 3DLite) e relative catene strumentali per l’acquisizione digitale La sismica a rifrazione permette di ricostruire un modello sismo-stratigrafico del sottosuolo. Per ottenere risultati di qualità è necessario acquisire numerosi profili ed interpretare i dati con tecniche (come TTI e/o GRM) che permettano la ricostruzione di un modello di sottosuolo che tenga conto anche di eventuali variazioni laterali nella morfologia. Inoltre, con l'impiego di triplette di geofoni (verticali ed orizzontali), la sismica a rifrazione può essere usata per determinare anche le velocità delle onde S e, quindi, della Vs30. -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Distanza (m) -24 -22 -20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 Profondità (m) Il metodo MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves) si basa sull'analisi delle velocità delle onde di superficie. Il metodo di indagine consiste nell'usare una sorgente sismica attiva posta a distanza compresa tra qualche metro e qualche centinaio di metri da una serie di ricevitori collocati su una linea retta, con distanze intergeofoniche ravvicinate. E’ così possibile ottenere un profilo pseudo-2D delle velocità delle onde S. Questo tipo di indagine permette quindi di calcolare il valore di Vs30 e definire la categoria di suolo. Il rilievo consiste nel misurare i tempi di percorso di onde generate da una sorgente posta in prossimità della bocca perforo, e ricevute da geofoni posti a differenti profondità nel perforo stesso. I down hole vengono eseguiti con energizzazioni bi- direzionali ed un geofono da pozzo a 5 componenti che, rispetto ai più comuni geofoni a 3 componenti, ha il vantaggio di rendere più sicura la rilevazione dei tempi di arrivo delle onde S e, quindi, di ridurre il margine di errore. Rispetto alla sismica a rifrazione classica, il down-hole garantisce un'elevata risoluzione per tutta la lunghezza del perforo, è in grado di evidenziare eventuali inversioni di velocità e riesce ad individuare strati di piccolo spessore. 0 5 10 15 20 25 0 1000 2000 3000 Vp Vs La sismica a riflessione permette di evidenziare le strutture geologiche del sottosuolo, quali la giacitura della stratificazione, i limiti di sequenza, le variazioni litologiche ed i motivi tettonici. E’ in grado di penetrare, in funzione dell’energia della sorgente, molto più in profondità rispetto alla rifrazione, anche con profili relativamente corti. Può essere applicata in qualsiasi ambiente: terrestre, marino e di transizione. Rilievi batimetrici singlebeam e multibeam per la ricostruzione morfologica dei fondali, individuazione di target sul fondo, calcoli di volume per dragaggi, posa di cavi sottomarini. Rilevi sidescansonar per la caratterizzazione dei fondali, mappatura di praterie di posidonia, ricerca relitti ed indagini archeologiche. Rilievi sismici monocanale ad alta ed altissima risoluzione per la ricostruzione litostratigrafica da pochi metri a decine di metri di profondità in base alla sorgente utilizzata. . La geoelettrica si basa sull’immissione di correnti elettriche nel terreno con due o più elettrodi, e sulla misura della differenza di potenziale tra altri due elettrodi. Il parametro che viene misurato è la resistività elettrica. Sulla base della tecnica di indagine, è in grado di restituire profili verticali (SEV) o modelli bidimensionali (tomografia elettrica). E’ particolarmente adatta per studi sugli acquiferi, mappatura della permeabilità dei terreni e studi pedologici. Resistività (Ohm•m) Quota (m) 0 80 L'importanza di una adeguata conoscenza delle caratteristiche geolitologiche, geosismiche e geotecniche, sia generali che di sito, nasce dalla constatazione che la presenza di un deposito incoerente su un basamento rigido può determinare sostanziali variazioni nelle componenti dello spettro e nel livello energetico di un evento sismico, attraverso l'amplificazione di alcune frequenze. Il rischio a cui è sottoposta una struttura sotto stress sismico dipende non solo dalla vulnerabilità intrinseca dell'edificio, ma, soprattutto, dalle intensità delle componenti a diversa frequenza contenute nel segnale sismico ed in particolare delle onde S che, emergendo verticalmente, possono produrre sollecitazioni orizzontali alle strutture. La valutazione della Risposta Sismica di Sito, ovvero delle modifiche all'impulso sismico provocate dal terreno è quindi di fondamentale importanza nella valutazione della pericolosità di un territorio vasto (Microzonazione) o di uno specifico sito (Risposta Sismica Locale) ai fini della prevenzione dei danni. In Campania, recentemente, l'Ordine dei Geologi (Rapolla, 2004) e la Regione Campania, D.G.R.C. 1701 del 28/10/2006 (Cascini L., Gasparini P., Palazzo B., Rapolla A., Vinale F., 2006, ) hanno predisposto uno studio teso a definire e a omogeneizzare gli studi e le indagini che i professionisti interessati e gli Organi Istituzionali competenti debbono effettuare per rispondere correttamente alle nuove disposizioni normative. L'esigenza di un tale nuovo studio era indifferibile in quanto è, in realtà, purtroppo ancora ampiamente diffuso il concetto che la Pericolosità Sismica, necessaria con la Vulnerabilità Sismica a definire il Rischio Sismico, sia abbastanza compiutamente definita e modulata attraverso la Classificazione Sismica. Nella realtà, il livello energetico del terremoto atteso in un territorio comunale è solo indicativamente rappresentato dalla Classificazione e, in ogni caso, esso è riferito solo al caso in cui siano in affioramento rocce o terreni . In numerosi casi vibrazioni prodotte da sorgenti artificiali (traffico pesante, attività antropiche, industriali, ecc) possono causare significativi danni a costruzioni ed opere d’arte. La valutazione delle caratteristiche di tali sorgenti e come esse vengono ricevute dalla struttura edilizia sono l’obiettivo di misure accelerometriche anche a più componenti e dl monitoraggi effettuato attraverso registrazioni di durata variabile eventualmente ripetute nel tempo. Il prodotto finale di tali indagini consiste essenzialmente nella determinazione dell’intensità e dello spettro delle vibrazioni stesse in vari siti a distanza variabile dalla sorgente e nell’interno della struttura interessata. La nuova normativa e i criteri dell.O.P.C.M. 3274/03 e seguenti, prevedono la Classificazione Sismica del Territorio Nazionale (Macrozonazione), la Sottozonazione (Microzonazione) dei territori comunali e, infine, la definizione della risposta sismica del sito di costruzione, sulla base dei parametri geolitologici, geofisici, geotecnici e geomorfologici che caratterizzano i diversi territori comunali. 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 (m) (B) (a) (b) (c) o o n i à ( P r f d t m ) D y c i i a i F a ) D A F ( n a m i A m p l f c t o n c t o r 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 0,01 0,1 1 Periodo (s) (a) D y c i i a i F a t ) D A F ( n a m i A m p l f c t o n c o r 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 0,01 0,1 1 Periodo (s) (b) D y m c i i a i F a t ) D A F ( n a i A m p l f c t o n c o r 2,40 2,00 1,60 1,20 0,80 0,01 0,1 1 Periodo (s) (c ) Quando il sottosuolo è orizzontalmente omogeneo e caratterizzato da una stratificazione regolare, è piuttosto semplice calcolare il FAD con un modello 1D (utilizzando programmi quali EERA, NEERA, Shake o equivalenti). Se il sottosuolo è invece irregolare ed eterogeneo, la stima del FAD diventa più complessa e richiede un approccio 2D o 3D per ottenere un'accurata ricostruzione del campo di velocità del sottosuolo. E’ possibile in questi casi utilizzare programmi quali ad esempio QUAD4M (2D) o Flush (3D) per una migliore valutazione della Risposta Sismica Locale I sistemi GIS (Geographical Information System) sono strumenti informatici sviluppati per gestire dati ed informazioni aventi un riferimento spaziale. Un GIS permette di gestire su base cartografica dati georeferenziati qualitativi e quantitativi, permettendo di acquisire informazioni e di strutturarle su livelli diversi indipendenti tra loro, ma in grado di interagire in modo da arrivare, mediante processi di analisi, ad elaborazioni spaziali. Attraverso la tecnologia GIS è possibile produrre, tra le altre cose: Cartografia tematica del territorio Modelli tridimensionali del territorio (DEM) Carte di zonazione della pericolosità, vulnerabilità e rischio Fotointerpretazione La presenza di terren scioltii non solo modifica il livello energetico del sisma atteso ma, principalmente, il suo spettro amplificando o attenuando alcune sue componenti, tanto da produrre azioni sismiche notevolmente differenti anche per siti posti a sole poche centinaia o decine di metri di distanza tra loro. È chiara la conclusione: la . Bisognerà, pertanto, fornire al progettista, perché possa correttamente applicare le tecniche antisismiche, le reali caratteristiche dell'evento sismico che eventualmente colpirà lo specifico sito di costruzione e cioè definire per ogni specifico sito di costruzione il livello energetico e le caratteristiche spettrali dell'evento sismico che colpirà quel particolare sito. Nelle NTC2008 è chiarito che, fatta salva la caratterizzazione dei terreni nel volume significativo (inteso come la parte di sottosuolo influenzata direttamente o indirettamente dalla costruzione del manufatto e che, a sua volta, influenza il manufatto stesso), la profondità alla quale riferire il parametro geosismico è entro i primi 30 m dal piano di sedime. Il parametro Vs30, rappresenta la velocità media di propagazione delle onde S entro 30 m di profondità (al di sotto del piano di fondazione). Per ricavare tale parametro è possibile utilizzare le tecniche descritte in precedenza. L ’ effetto dovuto ai terreni sciolti di copertura può essere rappresentato da una Funzione di Trasferimento, funzione complessa rappresentativa del rapporto tra la trasformata di Fourier del segnale sismico in superficie e quello del basamento. Lo spettro di ampiezza di tale funzione è noto come Fattore di Amplificazione Dinamica (FAD). Il FAD è molto sensibile allo spessore dello strato più superficiale ed alla velocità delle onde S che lo caratterizzano. La tipologia di studi e indagini, dovrà essere effettuata secondo le nuove normative e i nuovi criteri da tutti i Comuni per i quali, vi sia stata una variazione o della Classificazione o anche solo dell' accelerazione sismica attesa. Le indagini rivolte a una migliore pianificazione territoriale e, quindi, finalizzate ai Piani Urbanistici Territoriali (P.U.T.) però, non si sostituiscono assolutamente a quelle di gran dettaglio che vanno eseguite nei siti esistenti o in fieri ai fini della valutazione della risposta sismica di sito. 15 12 9 6 3 0 4 8 12 16 20 25 28 32 36 40 250 150 50 350 450 550 650 750 0 80 160 240 320 400 480 560 640 720 800 0,0 0,12 0,24 0,36 0,49 0,60 0,72 0,84 0,96 1,05 Spessore avente qualsiasi valore Log DAF max Velocità 1° strato (m/s) Frequenza di risonanza (Hz) Velocità primo strato (m/s) Spessore 1° strato (m/s)
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ISICA* Gruppo di Ricerca Applicata
Il Gruppo GEOFISICAdel CUGRI svolge attività di ricerca applicata, studi ed indagini in campo geofisico. Svolge anche attività di consulenza per Enti Pubblici e Privati. Utilizza tecnologie e strumentazioni
all’avanguardia e metodologie e software avanzati garantendo studi ed indagini accurate e di elevata qualità.
Strumentazioni ed indagini Per una corretta ed efficace conduzione delle indagini geofisiche è essenziale disporre non solo di una approfondita conoscenza delle problematiche metodologiche connesse, ma anche di strumentazioni moderne ed
avanzate. Il CUGRI, nell'ambito del Progetto Geofisica, si è dotato di tali strumentazioni ed oggi rappresenta la realtà scientifico-professionale applicata tra le più avanzate e complete in Campania e nell'Italia Centro
Meridionale.
Il Gruppo GEOFISICAdispone della seguente strumentazione:
2 sismografi Geometrics GEODE (24 bit - 24 canali per modulo, per un totale di 48 canali, implementabile fino a 4 sismografi per 96 canali) per indagini sismiche da superficie
48 geofoni verticali 10 Hz (implementabili fino a 96 geofoni)
24 geofoni orizzontali 10 Hz
8 geofoni a tre componenti 10 Hz
2 geofoni da pozzo a 5 componenti per indagini sismiche in foro
5 accelerometri tricomponenti ad alta sensibilità,1 Hz (di cui 3 Vibralog e 2
Lennarz 3DLite) e relative catene strumentali per l’acquisizione digitale
La sismica a rifrazione permette di ricostruireun modello sismo-stratigrafico del sottosuolo.Per ottenere risultati di qualità è necessarioacquisire numerosi profili ed interpretare i daticon tecniche (come TTI e/o GRM) chepermettano la ricostruzione di un modello disottosuolo che tenga conto anche di eventualivariazioni laterali nella morfologia. Inoltre, conl'impiego di triplette di geofoni (verticali edorizzontali), la sismica a rifrazione può essereusata per determinare anche le velocità delleonde S e, quindi, della Vs30.
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Distanza (m)
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Pro
fondità
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Il metodo MASW (Multichannel Analysis ofSurface Waves) si basa sull'analisi dellevelocità delle onde di superficie. Il metodo diindagine consiste nell'usare una sorgentesismica attiva posta a distanza compresa traqualche metro e qualche centinaio di metri dauna serie di ricevitori collocati su una linearetta, con distanze intergeofonicheravvicinate. E’ così possibile ottenere unprofilo pseudo-2D delle velocità delle onde S.Questo tipo di indagine permette quindi dicalcolare il valore di Vs30 e definire lacategoria di suolo.
Il rilievo consiste nel misurare i tempi dipercorso di onde generate da una sorgenteposta in prossimità della bocca perforo, ericevute da geofoni posti a differentiprofondità nel perforo stesso. I down holevengono eseguiti con energizzazioni bi-direzionali ed un geofono da pozzo a 5componenti che, rispetto ai più comunigeofoni a 3 componenti, ha il vantaggio direndere più sicura la rilevazione dei tempi diarrivo delle onde S e, quindi, di ridurre ilmargine di errore. Rispetto alla sismica arifrazione classica, il down-hole garantisceun'elevata risoluzione per tutta la lunghezzadel perforo, è in grado di evidenziare eventualiinversioni di velocità e riesce ad individuarestrati di piccolo spessore.
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La sismica a riflessione permette dievidenziare le strutture geologiche delsottosuolo, quali la giacitura dellastratificazione, i limiti di sequenza, levariazioni litologiche ed i motivi tettonici.E’ in grado di penetrare, in funzionedell’energia della sorgente, molto più inprofondità rispetto alla rifrazione, anchecon profili relativamente corti. Può essereapplicata in qualsiasi ambiente: terrestre,marino e di transizione.
Rilievi batimetrici singlebeam e multibeam per la ricostruzione morfologica deifondali, individuazione di target sul fondo, calcoli di volume per dragaggi, posa dicavi sottomarini.Rilevi sidescansonar per la caratterizzazione dei fondali, mappatura di prateriedi posidonia, ricerca relitti ed indagini archeologiche.Rilievi sismici monocanale ad alta ed altissima risoluzione per la ricostruzionelitostratigrafica da pochi metri a decine di metri di profondità in base alla sorgenteutilizzata. .
La geoelettrica si basa sull’immissione dicorrenti elettriche nel terreno con due o piùelettrodi, e sulla misura della differenza dipotenziale tra altri due elettrodi. Ilparametro che viene misurato è laresistività elettrica. Sulla base della tecnicadi indagine, è in grado di restituire profiliverticali (SEV) o modelli bidimensionali(tomografia elettrica). E’ particolarmenteadatta per studi sugli acquiferi, mappaturadella permeabilità dei terreni e studipedologici.
Resistività (Ohm•m)
Quota
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L'importanza di una adeguata conoscenza delle caratteristiche geolitologiche,geosismiche e geotecniche, sia generali che di sito, nasce dalla constatazione chela presenza di un deposito incoerente su un basamento rigido può determinaresostanziali variazioni nelle componenti dello spettro e nel livello energetico di unevento sismico, attraverso l'amplificazione di alcune frequenze. Il rischio a cui èsottoposta una struttura sotto stress sismico dipende non solo dalla vulnerabilitàintrinseca dell'edificio, ma, soprattutto, dalle intensità delle componenti a diversafrequenza contenute nel segnale sismico ed in particolare delle onde S che,emergendo verticalmente, possono produrre sollecitazioni orizzontali allestrutture. La valutazione della Risposta Sismica di Sito, ovvero delle modificheall'impulso sismico provocate dal terreno è quindi di fondamentale importanzanella valutazione della pericolosità di un territorio vasto (Microzonazione) o di unospecifico sito (Risposta Sismica Locale) ai fini della prevenzione dei danni.
In Campania, recentemente, l'Ordine dei Geologi (Rapolla, 2004) e la RegioneCampania, D.G.R.C. 1701 del 28/10/2006 (Cascini L., Gasparini P., Palazzo B.,Rapolla A., Vinale F., 2006,
) hannopredisposto uno studio teso a definire e a omogeneizzare gli studi e le indagini che iprofessionisti interessati e gli Organi Istituzionali competenti debbono effettuareper rispondere correttamente alle nuove disposizioni normative. L'esigenza di untale nuovo studio era indifferibile in quanto è, in realtà, purtroppo ancoraampiamente diffuso il concetto che la Pericolosità Sismica, necessaria con laVulnerabilità Sismica a definire il Rischio Sismico, sia abbastanza compiutamentedefinita e modulata attraverso la Classificazione Sismica. Nella realtà, il livelloenergetico del terremoto atteso in un territorio comunale è solo indicativamenterappresentato dalla Classificazione e, in ogni caso, esso è riferito solo al caso in cuisiano in affioramento rocce o terreni .
In numerosi casi vibrazioni prodotte da sorgenti artificiali (traffico pesante, attivitàantropiche, industriali, ecc) possono causare significativi danni a costruzioni edopere d’arte. La valutazione delle caratteristiche di tali sorgenti e come essevengono ricevute dalla struttura edilizia sono l’obiettivo di misure accelerometricheanche a più componenti e dl monitoraggi effettuato attraverso registrazioni didurata variabile eventualmente ripetute nel tempo. Il prodotto finale di tali indaginiconsiste essenzialmente nella determinazione dell’intensità e dello spettro dellevibrazioni stesse in vari siti a distanza variabile dalla sorgente e nell’interno dellastruttura interessata.
La nuova normativa e i criteri dell.O.P.C.M. 3274/03 e seguenti, prevedono laClassificazione Sismica del Territorio Nazionale (Macrozonazione), laSottozonazione (Microzonazione) dei territori comunali e, infine, la definizionedella risposta sismica del sito di costruzione, sulla base dei parametrigeolitologici, geofisici, geotecnici e geomorfologici che caratterizzano i diversiterritori comunali.
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Quando il sottosuolo è orizzontalmente omogeneo e caratterizzato dauna stratificazione regolare, è piuttosto semplice calcolare il FAD con unmodello 1D (utilizzando programmi quali EERA, NEERA, Shake oequivalenti). Se il sottosuolo è invece irregolare ed eterogeneo, la stimadel FAD diventa più complessa e richiede un approccio 2D o 3D perottenere un'accurata ricostruzione del campo di velocità del sottosuolo. E’possibile in questi casi utilizzare programmi quali ad esempio QUAD4M(2D) o Flush (3D) per una migliore valutazione della Risposta SismicaLocale
I sistemi GIS (Geographical InformationSystem) sono strumenti informaticisviluppati per gestire dati ed informazioniaventi un riferimento spaziale. Un GISpermette di gestire su base cartograficadati georeferenziati qualitativi equantitativi, permettendo di acquisireinformazioni e di strutturarle su livellidiversi indipendenti tra loro, ma in grado diinteragire in modo da arrivare, medianteprocessi di analisi, ad elaborazionispaziali.Attraverso la tecnologia GIS è possibileprodurre, tra le altre cose:
Cartografia tematica del territorioModelli tridimensionali del territorio
(DEM)Carte di zonazione della pericolosità,
vulnerabilità e rischioFotointerpretazione
La presenza di terren scioltii non solo modifica il livello energetico del sismaatteso ma, principalmente, il suo spettro amplificando o attenuando alcune suecomponenti, tanto da produrre azioni sismiche notevolmente differenti anche persiti posti a sole poche centinaia o decine di metri di distanza tra loro. È chiara laconclusione: la
. Bisognerà, pertanto, fornire alprogettista, perché possa correttamente applicare le tecniche antisismiche, lereali caratteristiche dell'evento sismico che eventualmente colpirà lo specificosito di costruzione e cioè definire per ogni specifico sito di costruzione il livelloenergetico e le caratteristiche spettrali dell'evento sismico che colpirà quelparticolare sito.
Nelle NTC2008 è chiarito che, fatta salva la caratterizzazione dei terreni nelvolume significativo (inteso come la parte di sottosuolo influenzata direttamente oindirettamente dalla costruzione del manufatto e che, a sua volta, influenza ilmanufatto stesso), la profondità alla quale riferire il parametro geosismicoè entro i primi 30 m dal piano di sedime. Il parametro Vs30, rappresenta la velocitàmedia di propagazione delle onde S entro 30 m di profondità (al di sotto del pianodi fondazione). Per ricavare tale parametro è possibile utilizzare le tecnichedescritte in precedenza.
L’ effetto dovuto ai terreni sciolti di copertura può essere rappresentato da unaFunzione di Trasferimento, funzione complessa rappresentativa del rapporto trala trasformata di Fourier del segnale sismico in superficie e quello del basamento.Lo spettro di ampiezza di tale funzione è noto come Fattore di AmplificazioneDinamica (FAD). Il FAD è molto sensibile allo spessore dello strato più superficialeed alla velocità delle onde S che lo caratterizzano.
La tipologia di studi e indagini,dovrà essere effettuata secondo le nuove normative e i nuovi criteri da tutti iComuni per i quali, vi sia stata una variazione o della Classificazione o anchesolo dell' accelerazione sismica attesa. Le indagini rivolte a una migliorepianificazione territoriale e, quindi, finalizzate ai Piani Urbanistici Territoriali(P.U.T.) però, non si sostituiscono assolutamente a quelle di gran dettaglioche vanno eseguite nei siti esistenti o in fieri ai fini della valutazione dellarisposta sismica di sito.
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