SF prove sismiche - ing.univaq.it · acquisitore limitazione a profondità ... Cono sismico (SCPT)...

Le prove sismiche in sito: CHT, DHT, MASW

scelta e validazione delle indagini sismiche

Prof. Ing. Sebastiano Foti

Email: [email protected]

www.soilmech.polito.it/people/foti_sebastiano

Corso di Microzonazione sismica e valutazione della risposta

sismica locale per la ricostruzione post-terremoto

L’Aquila, 20 febbraio 2013

POLITECNICO DI TORINOL’AQUILA 20 Febbraio 2013 Sebastiano Foti

Prove Cross-Hole, Down-Hole e MASW

Onde Longitudinali in una barra

equazione indefinita di equilibrio

2

2

t

uAdxqAdxAdx

xA

∂∂

=+

∂∂

++− ρσ

σσ

2

2

t

uq

x ∂∂

=+∂∂

ρσ

legame costitutivo (elastico lineare): εσ E=

2

2

2

2

t

uq

x

uE

∂∂

=+∂∂

ρρE

VB =

x

u

∂∂

=εcon:

2

2

22

2 1

t

u

Vx

u

B ∂

∂=

∂

∂



Onde Torsionali in una barra

equazione indefinita di equilibrio

2

2

tJdxAdx

x

TTT

∂

∂=

∂∂

++−θ

ρ

2

2

tJ

x

T

∂

∂=

∂∂ θ

ρ

legame costitutivo (elastico lineare):

xJGT

∂∂

=∂θ

2

2

22

2 1

tVx S ∂

∂=

∂

∂ θθρG

VS =



Onde di Volume

(Animation courtesy of prof.Braile)

ρρµλ M

V P =+

=2

ρρµ G

V S ==ρρ

µ GV S ==



Onde Armoniche

)()( tTxUu =

2

2

2

2

x

UT

x

u

∂

∂=

∂

∂

Separazione delle variabili

2

2

2

2

t

TU

t

u

∂

∂=

∂

∂

TV

T

U

U

B

2

&&&&

=2

2

22

2 1

t

u

Vx

u

B ∂

∂=

∂

∂

2

2k

TV

T

U

U

B

−==&&&&

(=cost)

Φ=− tkx ω Fase della funzione armonica

)()(),( tkxitkxi eBeAtxu ωω +− ⋅+⋅=

( ) ( ) ( ) ( )tkxBtkxBtkxBtkxBu ωωωω −+++−++= coscossinsin 4321

ikxAexU ±=)(

tiBetT ω±=)( BVk ⋅=ω



Onde Armoniche

Simbolo Grandezza Dimensioni Unità di misura SI

A Ampiezza varie varie

ω frequenza radiale [1/tempo] [rad/s]

f Frequenza (ciclica) [cicli/tempo] [Hz=1/s]

λ Lunghezza d’onda [lunghezza] [m]

k Numero d’onda [1/lunghezza] [1/m]

V Velocità di fase [lunghezza /tempo] [m/s]

T Periodo [tempo] [s]

πλ 2=k

πω 2=T

BkV=ω

f

VB=λ

k

fVB

π2=

( ) ( ) ( ) ( )tkxBtkxBtkxBtkxBu ωωωω −+++−++= coscossinsin 4321



Metodi Geofisici

• Prove in foro– Prove Cross-hole

– Prove Down-hole

• In foro

• SCPT-SDMT

• Prove dalla superficie– Prove sismica a rifrazione (onde SH)

– Analisi delle onde superficiali

• Metodi attivi (SASW, MASW)

• Metodi passivi (fk, SPAC, ReMi, H/V)



Allestimento ed attrezzatura prove CHT

• Fori (2 o 3): distanza 3-5m, rivestimentotubi PVC 80-100 mm, cementazioneintercapedine

• Rilievo inclinometrico: distanza tra i forialle diverse profondità

• Verifica cementazione con log sonico

• Sorgenti: ad impatto meccanico (terreni) o piezoelettriche (roccia)

• Ricevitori: geofoni 3D con sistema di



Cross-Hole(standard ASTM D-4428-M)

(after Santamarina and Stokoe, 2000)

- 2 o 3 fori rivestiti e cementati

con controllo verticalità (costi �)

- tempi di arrivo � Vp & Vs

- onde P Sv Sh

Sorgente

onde P o

onde S

Acquisitore

Geofoni

3D

Sorgente

onde P o

onde S

Acquisitore

Geofoni

3D

Sorgente

onde P o

onde S

Acquisitore

Geofoni

3D



0

10

20

30

40

50

60

70

0 500 1000 1500 2000 2500

Vs

Vp

Prove Cross-Hole (Pisa)Profondità[m]

Velocità di Propagazione [m/s]Prova Cross-

Hole



Cross-Hole: Rifrazioni da bruschi contrasti d’impedenza

ricevitore

sorgente

diretta

rifratta

VS1

VS2 > VS1

H

D

Conseguenza: sovrastima di VS1

Necessita’ di progettare adeguatamente la prova in

considerazione della geologia locale (scelta D)

Usualmente D=3-5m



Down-Hole

geofono

tridimensionale

acquisitore limitazione a profondità

di 50-60m

P SH

Un solo foro; minore sensibilità

verticalità foro di sondaggio

Metodi di interpretazione

– Metodo tempi intercetti

– Metodo true interval

– Inversione dei tempi di primo

arrivo con raggi sismici curvilinei



Prova Down Hole

z

d

22 zd +

22 zd

ztt miscorr

+=

Tempo di primo arrivo

profondità

1

V1

1

V2



Down Hole

Due ricevitori (true interval)

geofoni

tridimensionali

acquisitore

Analoga interpretazione con successive posizioni singolo geofono

(pseudo-interval): fortemente sconsigliata

corrt

zV

∆∆

=



Esempio: Prova Down Hole

• Profilo di Vs– Metodo tempi intercetti

– Metodo true interval

• Vs,30

• Classificazione sismica



Esempio: Prova Down Hole

profondità[m]

tempo [s]

Stringa 8 geofoni da foro

con riaggancio



zoom0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

profondità[m]

tempo [s]



Interpretazione

semplificata

0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

profondità[m]

tempo [s] 11m / 0.065s = 170m/s

10m / 0.025s = 400m/s

20m / 0.087s = 230m/s

6m /

0.007s =

860m/s



Interpretazione “manuale”

∑=

=

�i iS

iS

V

hV

..1 ,

30,

30

smVS /230

230

5.7

400

5.10

170

12

3030, =

++=

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 200 400 600 800 1000

VS [m/s]

Profondità [m]

Categoria C

Inversione di velocità !!

Categoria S2



Valutazione diretta

della VS,30

0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

profondità[m]

tempo [s]

30m

0.151s

sms

mVS /199

151.0

3030, ==



Tempi di primo arrivo

0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

tempo [s]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

profondità[m]



Tempi corretti

z

d

22 zd +

22 zd

ztt miscorr

+=

Tempo associato al percorso verticale

p.c. � z



Interpretazione Dromocrone

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tempi corretti [s]

Profondità [m]

y = 174.87x - 2.5614

y = 396.63x - 21.992

y = 211.8x - 1.8255

y = 279.87x - 11.874

y = 209.13x - 0.0959

y = 919.41x - 149.51

y = 134.61x - 0.2471

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

Tempi corretti [s]

Profondità [m]

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 200 400 600 800 1000

VS [m/s]

Profondità [m]

smVS /202

230

8

400

9

170

5

135

8

3030, =

+++=



Interpretazione True Interval

Due ricevitori (true interval)

geofoni

tridimensionali

acquisitore



Prove Down Hole: QCOnde SH



Cono sismico (SCPT)

Dilatometro sismico (SDMT)

- molto efficiente (no fori sondaggio)

- ottimo accoppiamento geofono-terreno

(niente rivestimento)

- possibile eseguire prova SCPT in modalità

CHT usando due coni

- stesse limitazioni CPT/DMT

(www.fugro.com)

(Marchetti et al., 2006)

SDMT: trasmissione del segnale digitalizzato



Cono sismico (SCPT) (M

ayne, 2007)



Dilatometro sismico (SDMT)

(Marchetti et al., 2006)



Prove basate sulla propagazione di onde superficiali (SWM)

XD

1 n32

X

Two-station (SASW)

Multistation

(f-k, τ-p, MASW, CSW,....)

X

1 n32

X

Spatial Array

SPAC, ESAC, f-k (FBDF, Capon, Music,I)

Linear array (ReMi)

Tecniche Attive

Tecniche passives

?



Onde R (Rayleigh)

Animation courtesy of Dr. Larry Braile, Purdue University



Moto indotto dalle Onde di Rayleighf

VRR =λ

(after Richart et al., 1970)f

VRR =λ



Profilo di

Rigidezza

VS1

VS2> VS1

VS3> VS2

Velocità di fase VR

Lunghezza d’onda λ

Lunghezza d’onda piccola

Z

Moto delle particelle

Lunghezza d’onda grande

Z

VR

Frequenza f

fVR ⋅= λ

Dispersione geometrica



Dispersione geometrica

Curva di Dispersione

Onde armoniche

VS1

VS2

VS3

PROBLEMA INVERSO

Sperimentale

?VR

Frequency f



Campo di spostamenti in superficie

Acquisizione Dati

Curva di dispersione delle onde di Rayleigh:

velocità di fase vs frequenza

Analisi dei Segnali VR

ωωωω

Z

VS

Profilo di velocità delle onde di taglio

Processo di Inversione

Modulo di rigidezza a taglio (G0 vs profondità)

2

0 SVG ⋅= ρ

G 0

Prove SASW: diagramma di flusso


Prove Cross-Hole, Down-Hole e MASW1) Acquisizione

D

Sorgente

Sistema di acquisizione

X X

1 2 3 n

Ricevitori: geofoni (or

accelerometri)

Sorgenti Sismiche: impulsive (caduta di un grave, mazza)

or controllate (vibratore electromeccanico)

Prove SWM




XD

1 n32

X

Two-station (SASW)

Multistation


X

1 n32

X

Spatial Array


Linear array (ReMi)

Tecniche Attive

Tecniche passives

?




Acquisizione Dati




ωωωω

Z

VS




2

0 SVG ⋅= ρ

G 0




Metodo SASW (Spectral Analysis of Surface Waves)

∆XD

1° ricevitore 2° ricevitore

Sorgente

Armonica

Analizzatore di segnali

Tipicamente D=∆X

(Nazarian & Stokoe, 1984)

x=D

x=D+∆X

∆t

Onda armonica ω=2π/T

VR(ω)=∆X / ∆t

NB: campo d’onda dominato da onde di Rayleigh

(ragionevole per D sufficientemente grande)



Trasformata di Fourier

T=1/f



Metodo SASW (Spectral Analysis of Surface Waves)

Fast Fourier Transform

Y1(ω)=FFT(y1(t))

Y2(ω)=FFT(y2(t))

0 1 2 3 4-2

-1

0

1

2x 10

5

geophone 1 output

(a)

0 1 2 3 4-2

-1

0

1

2x 10

5

time, s

geophone 2 output

1.8 1.82 1.84 1.86 1.88 1.9-2

-1

0

1

2x 10

5(b)

1.8 1.82 1.84 1.86 1.88 1.9-2

-1

0

1

2x 10

5

time, s

Spettro incrociato

Gy1y2 = Y1(ω)* ⋅ Y2(ω)

Ritardo temporale

∆t(ω) = phase(Gy1y2 (ω)) / ω

Velocità di fase

VR (ω) =X/ ∆t(ω)

XD

1° Ricevitore 2° Ricevitore

Sorgente

impulsiva

Sismografo o analizzatore di segnali

Il range di frequenza è funzione di D (effetti di near field)

Usually D=X



SASW: rules for testing geometry

Heavy sources are used with larger spacing to obtain low frequency (long wavelength) information

Common receiver

midpoint array

Common source array



D = 3m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve

sledge-hammer(D=3m)

D=3m

SASW: Assembling experimental data

D = 6m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve

sledge-hammer(D=3m)sledge-hammer(D=6m)

D=6mD = 12m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve

sledge-hammer(D=3m)sledge-hammer(D=6m)weight-drop(12m)

D=12mD = 18m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve

sledge-hammer(D=3m)sledge-hammer(D=6m)weight-drop(12m)weight-drop(18m)

D=18mD = 30m

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve

sledge-hammer(D=3m)sledge-hammer(D=6m)

weight-drop(12m)

weight-drop(18m)weight-drop(30m)

D=30mAveraging over frequency segments

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Dispersion curve



Metodo MASW (Multistation Analysis of Surface Waves)

� profondità di indagine ≈ 1/2 lunghezza stendimento

� risoluzione diminuisce con la profondità (difficile risolvere strati

relativamente poco spessi)

Sorgente

Armonica o

Impulsiva

Seismografo o Analizzatore di Segnali

1 2 3 n

Geofoni verticali a bassa frequenzacomponenti armoniche

VS1

VS2

VS3



Analisi nel dominio frequenza-numero d’onda

distanza (m)

tempo (s)

wavenumber, rad/m

frequency, Hz

2D FFT

Numero d’onda, rad/m

frequenza, Hz

curva di dispersione sperimentale

feachk

ffv

AA

R

max

2)(

=

⋅=

π

frequenza, Hz

velocitàdi fase, m/s

curva di dispersione

sperimentale

MAXIMA

NB: la 2D FFT richiede

sensori equidistanti

Spettro di ampiezza



ττττp + FFT v

elocità, m/s

frequenza, Hz

Analisi nel dominio velocità-frequenza (MASW)

frequenza, Hz


experimental dispersion curve

Massimi

distanza (m)

tempo (s)




Acquisizione Dati




ωωωω

Z

VS




2

0 SVG ⋅= ρ

G 0




Il problema inverso

Obiettivo: trovare i parametri di modello tali da minimizzare la differenza tra curve di dispersione sperimentale e numerica

H1 =?=?=?=? Vs1=?=?=?=?

H2 =?=?=?=? Vs2=?=?=?=?

H3 =?=?=?=? Vs3=?=?=?=?

Vs∞∞∞∞=?=?=?=?

0 10 20 30 40 50 60 70100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

sperimentale

numerica

Strati piani e paralleli

omogenei lineari elastici



Problema diretto

Soluzione del problema omogeneo

(autovettori = modi di vibrare)

0 50 100 150300

320

340

360

380

400

420

440

460

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Modello



H1 ρρρρ1111 G1 νννν1111



ρρρρ4444 G4 νννν4444



Problema diretto

Soluzione del problema omogeneo

(autovettori = modi di vibrare)

0 50 100 150300

320

340

360

380

400

420

440

460

frequency, Hz

phase velocity, m/s

Modello






ρρρρ4444 G4 νννν4444

In presenza di una forzante: sovrapposizione modale

Per stratigrafie “semplici” (e.g. rigidezza crescente gradualmente con la profondità)

il modo fondamentale è dominante ed i modi superiori possono essere trascurati

Assunzione frequente:

il modo fondamentale è dominante



Ipotesi freqenti nell’interpretazione

• Mezzo stratificato orizzontalmente (assenza divariazioni laterali)

• Onde di Rayleigh dominano il campo d’onda(condizioni di “far field”: i contributi delle onde divolume sono trascurabili)

• Il modo fondamentale è dominante

E’ importante verificare che siano consistenti con la realtà

Le assunzioni possono essere rimosse (ma non è semplice)



Il problema inverso

Obiettivo: trovare i parametri di modello tali da minimizzare la differenza tra curve di dispersione sperimentale e numerica

H1 =?=?=?=? Vs1=?=?=?=?

H2 =?=?=?=? Vs2=?=?=?=?

H3 =?=?=?=? Vs3=?=?=?=?

Vs∞∞∞∞=?=?=?=?

0 10 20 30 40 50 60 70100

200

300

400

500

600

700

frequenza, Hz

Velocitàdifase, m/s

sperimentale

numerica

Tipicamente νi e ρi sonofissate a priori

Hi e VSi sono i parametri dimodello incogniti

ATT: I problemi inversi sono malposti e malcondizionati � la soluzione non è unica



Processo di Inversione deterministico

Curva di dispersione

Damped Weighted Least

Square Algorithm

0 10 20 30 40 50 60 70100

200

300

400

500

600

700

frequenza, Hz

Velcoitàdifase, m/s

100 200 300 400 500 600 700 800

5

10

15

20

25

30

35

VS (m/s)

profondità(m)

sperimentale

Prove SASW



120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30

frequenza, Hz


sperimentale

120

140

160

180

0 5 10 15 20 25 30

frequenza, Hz


sperimentale

numerica

0

5

10

15

20

25

30

100 150 200 250 300

VS, m/s

profondità, m

SASW

0

5

10

15

20

25

30

100 150 200 250 300

VS, m/s

profondità, m

SASW

CHT

Casi di Studio: Pisa

(Foti, 2003)



0

5

10

15

20

25

30

0 100 200 300

Vs (m/s)

Depth (m)

Cross Hole

SASW-fk

Confronti con prove in foro

0

5

10

15

0 400 800

Vs (m/s)Depth (m)

Down Hole

SASW-fk

0

5

10

15

0 400 800 1200

Vs (m/s)Depth (m)

Down Hole

SASW-fk

0

5

10

15

0 400 800 1200 1600

Vs (m/s)

Depth (m)

Down Hole

SASW-fk

0

5

10

15

0 400 800

Vs (m/s)

Depth (m)

Down Hole

SASW-fk

Pontremoli

site 1

Pontremoli

site 2

Pontremoli

site 3

Castelnuovo

0

5

10

15

20

25

30

0 400 800

Vs (m/s)

Depth (m)

Cross Hole

SASW-fk

Saluggia Pisa



H1 =?=?=?=? Vs1=?=?=?=?

H2 =?=?=?=? Vs2=?=?=?=?

H3 =?=?=?=? Vs3=?=?=?=?

Vs∞∞∞∞=?=?=?=?

Usually νi and ρi are fixed

and Hi and Gi (or Vsi) are

the unknowns0 10 20 30 40 50 60 70

100

200

300

400

500

600

700

frequenza, Hz

phase velocity, m/s

experimental

numerical

Profondità di indagine

0

5

10

15

20

25

30

0 400 800

Vs (m/s)

Depth (m)

Cross Hole

SASW-fk

Necessità di sorgenti pesanti (alta energia) per indagini profonde

mzmHz

sm

f

V

f

R 35705.8

620maxmax

max

≈⇒=≈=λ

2max

max

λ≈z



Curva di dispersione

V R

ωωωω

Inversione

Z

VS

AttivePassive

Attive

Passive

Integrazione Attive-Passive

AttivePassive



Limo argilloso

Sabbia, sabbia limosa

Limo argilloso, argilla limosa

PIANOLA PIANOLA –– Sondaggio e prove DH Sondaggio e prove DH -- SDMT (maggio 2009)SDMT (maggio 2009)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Velocità delle onde di taglio, Vs (m/s)

Profondità, z (m)

MASW ( 1 )

MASW ( 2 )

DH

SDMT




XD

1 n32

X

Two-station (SASW)

Multistation


X

1 n32

X

Spatial Array


Linear array (ReMi)

Tecniche Attive

Tecniche passives

?



ReMi (Refraction Microtremors)

= Prove Passive con ricevitori allineati

Ipotesi di base: distribuzione

spaziale uniforme delle sorgenti

di vibrazione

(Louie, 2001)

(Stephenson et al., 2005)

Seismograph or Signal Analyzer

1 2 3 n

X X

Low frequency vertical geophones

Sismografo o analizzatore di segnali

1 2 3 n

X X

Geofoni verticali a bassa frequenza



(Foti et al., 2007)

Prove Passive

λtrue

λapparent

v=f�λ

λapparent>λtrue � vapparent>vtrue

Esempio: La Salle

Disposizione dei geofoni (pianta)

ReMi (pianta)



ReMi

(Parolai etal., 2007)

Confronto Attive-Passive



Alcuni aspetti critici nelle prove per onde superficiali

• Risoluzione spaziale (profondità)

• Ipotesi a priori sui parametri di modello

• Non unicità della soluzione

• Influenza dei modi superiori



Risoluzione spaziale delle prove SWM

(Jamiolkowski et al., 2008)

Prove nelle Ghiaie di Messina

(Ponte sullo Stretto di Messina –

Blocco di ancoraggio lato Sicilia)



Influenza della falda

Dry Soil

Soil Density 1.2 ÷÷÷÷2.0

Poisson

Ratio νννν0.1÷÷÷÷0.3

Sat Soil

1.8 ÷÷÷÷2.3 Weight of water filling the voids

≈≈≈≈ 0.49Undrained behavior at low

frequency (f<100Hz)

�� no volumetric strain



Incertezze derivanti dalla posizione della falda: esempio

0 10 20 30 40 50 60 70100

200

300

400

500

600

700

frequency, Hz

phase velocity, m/s

experimentalinversion #1inversion #2inversion #3

Hp#1 Water table from P-wave refraction

Hp#2 No water table

Hp#3 Water table deeper than Hp #1

0 200 400 600 800 10000

5

10

15

20

25

30

Depth (m)

Shear Wave Velocity (m/s)

starting profileinversion #1inversion #2inversion #3cross-hole test

(Foti and Strobbia, 2002)



Metodi inversi

Dalle misure lungo un contorno vogliano stimare le proprietà

del mezzo

Dati sperimentali

Simulazioni numeriche

(problema diretto)

Non-unicità della soluzione(diversi valori del gruppo di parametri di modello incogniti possono fornire

risultati in buon accordo con il dato sperimentale � modelli equivalenti)

fit Parametri di modello

(soluzione del problema inverso)



Profili Equivalenti

InversioneInversione con con metodometodo

Monte Carlo Monte Carlo

(Foti et al., 2007)

Non unicità della soluzione

NB informazioni aggiuntive possono aiutare a condizionare meglio la soluzione (p.es. stratigrafia)



Accuratezza ed incertezza della stima di VS,30

(Comina et al., 2010)



Risposta sismica locale e simulazioni numeriche

Terremoto El Centro 1940

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 20 40 60 80

tempo (s)

accelerazione (g)

top

Terremoto El Centro 1940

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 20 40 60 80tempo (s)

accelerazione (g) outcrop

Caratterizzazione dei depositi:

• Definizione della geometria

(posizione del tetto del substrato

roccioso)

• Comportamento meccanico dei

terreni soggetti a carichi ciclici

Onda S



(Foti et al., 2008)

Valutazione della risposta sismica locale

Dati sperimentali

Prove SWM

Profili equivalenti

Risposta di sito

(spettri di risposta)

Consequenze della non unicità

Inversione Monte Carlo Simulazioni con Shake



Influenza dei modi superiori

Modi superiori possono spesso essere rilevati nel dato sperimentale, ma è

complicato includerli nell’inversione perchè non è semplice identificarli

(numerazione)

Spesso il contributo dei modi superiori non è separabile da quello del modo

fondamentale (curva apparente), soprattutto per stratigrafie con forti

contrasti di impedenza o inversioni di velocità (rigido su soffice).

I modi superiori contengono comunque informazione ed il loro utilizzo può

migliorare la soluzione




ρρρρ4444 G4 νννν44440 50 100 150

300

320

340

360

380

400

420

440

460

frequency, Hz

phase velocity, m/s



Synthetic data

Sismogramma spettro fk

k(1/m)f(Hz)

t(s)

x(m)

Rilevanza dei modi superiori

(Maraschini et al., 2010)

Esempio sintetico



* synthetic data * synthetic data

─ classical inversion* synthetic data

─ classical inversion

─ theoretical modal curves

─ classical inversion─ classical inversion

─ synthetic profile


inversione con solo il modo fondamentale

Dati sintetici: curva di dispersione apparente





* synthetic data

──── determinant inversion──── determinant inversion* synthetic data

──── determinant inversion


──── determinant inversion




inversione multimodale con il metodo del determinante




Rete Accelerometrica Nazionale (RAN)

stazione di Sestri Levante

Influenza dei modi superiori: inversione multimodale

(Maraschini e Foti, 2010)

Metodo Montecarlo



Prove in foro Prove SWM

Misure dirette: intepretazionesemplice ed accurata

Buona risoluzione anche per strati profondi

Standard di prova (CHT-DHT)

Informazioni aggiuntive sulla stratigrafia dal foro di sondaggio o dalla penetrazione della sonda CPT-DMT

Costi ridotti e flessibilità in termini di tempi di esecuzione e localizzazione

Non intrusivi (importante per caratterizzazione di discariche o siti contaminati)

Proprietà medie (comportamento dinamico globale del deposito di terreno)

Caratterizzazione di vaste aree

Costi

Necessità di pianificazioneanticipata (esecuzione fori)

Misura locale

Interpretazione complessa (misure indirette basate su processi di inversione e/o elaborazione dati onerosa)

Accuratezza e risoluzione in profondità

Vantaggi

Svantaggi

Confronto tra prove invasive e non-invasive



\

VS1

VS2

VS3

Confronto tra prove invasive e non-invasive



QC delle prove SWM

• Assenza marcate irregolarità topografiche e/o stratigrafiche

• Acquisizione

– Preferire approcci multistation e array 2D per le passive

– Frequenza naturale dei geofoni (max 4,5Hz)

– Apertura totale-profondità (zmax≈½Lstend)

– Qualità registrazioni

• Processing

– Verifica dato sperimentale (panel fk)

• Inversione

– Metodo di inversione (automatico)

– Congruenza curva dispersione numerica-sperimentale

– Congruenza profondità raggiunta – intervallo frequenze (zmax≈½-1/3 λmax)

– Modi superiori (se andamento irregolare)



Criteri di verifica delle prove SWM

• Corrispondenza curva dispersione numerica-sperimentale

• Congruenza profondità raggiunta – range frequenze (zmax≈½-1/3 λmax)

0 10 20 30 40 50 60 70100

200

300

400

500

600

700

frequenza [Hz]

Velocitàdi faseondeR [m/s]

sperimentale

numerica

200 400 600 800

5

10

15

20

25

30

35

VS [m/s]

Profondità[m

]

mzmHz

sm

f

V

f

R 35705.8

620maxmax

max

≈⇒=≈=λ



sismogramma spettro fk

k(1/m)f(Hz)

t(s)

x(m)

Importanza dei modi superiori

Simulazione agli elementi finiti



* synthetic data * synthetic data

─ classical inversion* synthetic data

─ classical inversion


─ classical inversion─ classical inversion


Inversione con modo fondamentale

Inversione con modo fondamentale





Considerazioni conclusive

• Pianificazione delle indagini: Selezione dei metodi geofisici– Risoluzione

– Accuratezza

– Volumi di indagine

– Limitazioni intrinseche

– Costi

• Importanza del controllo di qualità– Strumentazione

– Dati sperimentali

– Procedure di interpretazione

– Consistenza dei risultati con il sito



Riferimenti Bibliografici

Foti S. [2007] “Prove sperimentali per la caratterizzazione geotecnica in zona sismica”, Atti del Convegno Nazionale Il laboratorio nel mondo delle costruzioni: Evoluzione Storica e Normativa, Firenze, 21 Novembre 2005, supplemento a Quarry and Construction, n.230, Edizioni PEI, Parma, pp.121-134

Foti S. [2008] “La caratterizzazione geotecnica per la progettazione in zona sismica”, Atti delle Conferenze di Meccanica ed Ingegneria delle Rocce, MIR2008, Politecnico di Torino, Patron Ed., Bologna, pp. 71-100

Foti S., Santucci de Magistris F., Silvestri F., Eva C. [2011] “Valutazione degli standard di esecuzione e dell’efficacia delle indagini di sismica attiva e passiva”, supplemento a Ingegneria Sismica, 28 (2), Patron, Bologna, pag. 23-31

Lai C.G., Foti S., Rota M. [2009] “Input sismico e stabilità geotecnica dei siti di costruzione”, Collana di manuali di progettazione antisismica, vol. 6, IUSS Press, Pavia, 312 pp.

AGI [2005] “Aspetti Geotecnici della progettazione in zona sismica – Linee Guida”, Pàtron Editore, Bologna



Approfondimenti su metodi onde superificiali

Foti S., Parolai S., Albarello D., Picozzi M. (2011) “Application of Surface wave methods for seismic site characterization”, Survey in Geophysics, 32 (6), 777-825, DOI: 10.1007/s10712-011-9134-2

Socco L.V., Foti S., Boiero D. (2010) “Surface wave analysis for building near surface velocity models: established approaches and new perspectives”, Geophysics, SEG, 75, A83-A102

Foti S., 2000. Multistation Methods for Geotechnical Characterization using Surface Waves. PhDdissertation, Politecnico di Torino, Italy

Okada, H., 2003. The Microtremor Survey Method. Geophys, Monograph Series, SEG, 129 pp.

Tokimatsu K., 1995 Geotechnical Site Characterisation using Surface Waves. Proc. IS Tokyo 1995, Balkema, 1333-1368

Stokoe K.H. II, Wright S.G., J.A. Bay, J.M. Roesset., 1994. Characterization of geotechnical sites by SASW method. Geophysical Characterization of Sites. R.D. Woods Ed.: 15-25.

Park C.B., Miller R.D., Xia J., 1999. Multichannel analysis of surface waves. Geophysics 64: 800-808

Maraschini M., Ernst F., Foti S., Socco V. (2010) “A new misfit function for multimodal inversionof surface waves”, Geophysics, 75 (4), 31-43

Maraschini M., Foti S. (2010) “A Monte Carlo multimodal inversion of surface waves”, Geophysical Journal Int., 182 (3), 1557-1566

Comina C., Foti S., Boiero D., Socco L.V. (2011) “Reliability of VS,30 evaluation from surfacewaves tests”, Journal of Geotechn. and Geoenv. Eng., ASCE, 137(6), 579-586. DOI: 10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000452

SF prove sismiche - ing.univaq.it · acquisitore limitazione a profondità ... Cono sismico (SCPT)...

Documents

Transcript of SF prove sismiche - ing.univaq.it · acquisitore limitazione a profondità ... Cono sismico (SCPT)...