INDAGINI GEOFISICHE

Prospezioni sismiche

Le prospezioni sismiche consentono di indagare, caratterizzare il sottosuolo in modo esteso e non invasivo. Registrando e successivamente analizzando la variazione delle velocità e i contrasti di impedenza in profondità di onde sismiche prodotte artificialmente, è possibile ricostruire l’andamento dei terreni nel sottosuolo, riconoscerne la natura e valutarne le caratteristiche fisiche e meccaniche. Inoltre, con questa metodologia si esamina in maniera continua una sezione estesa di sottosuolo riproducendo quindi i risultati ottenuti in rappresentazioni 2D e 3D, determinando importanti vantaggi rispetto all’isolato utilizzo di sondaggi puntiformi.

Le nuove disposizioni legislative sui criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica prevedono l’utilizzo delle indagini geofisiche per la progettazione sia degli edifici di interesse strategico e delle opere infrastrutturali – la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile.

Vantaggi della riflessione

• Mappatura degli strati a bassa velocità i quali non sono valutabili con la rifrazione.
• Individuazione delle variazioni laterali e verticali dei vari sismostrati, a profondità superiori rispetto le metodologie comunemente utilizzate come masw e rifrazione.
• Individuazione di strutture geologiche complesse: lenti, pieghe, faglie, superfici di frana, ecc…
• Bassi costi.
• Indagine non invasiva.

Sismica a rifrazione

La tecnica di prospezione sismica a rifrazione consiste nella misura dei tempi di primo arrivo delle onde sismiche generate in diversi punti in superficie (punti di sparo), in corrispondenza di una molteplicità di punti disposti allineati sulla superficie topografica (geofoni). Lo studio della propagazione delle onde sismiche consente di valutare le proprietà meccaniche e fisiche dei terreni, la compattezza dei materiali da queste attraversati, l’andamento della sismo stratigrafia nel sottouolo e i valori delle velocità delle onde Vp e Vs.

Mediante questo tipo di indagine si può risalire alla probabile composizione litologica di massima dei terreni, al loro grado di fratturazione, alla geometria delle prime unità sottostanti la coltre superficiale, alla profondità in cui si trova la roccia di fondo (“bedrock”), alla   sua forma e   talora, in terreni alluvionali, alla profondità della falda freatica.

L’elaborazione dei dati sismici, con un completo modello matematico bidimensionale appoggiato da procedure iterative, consente di massimizzare la risoluzione e il dettaglio di ricostruzione del modello di velocità attribuito al terreno in esame.Utilizzando quindi le distanze tra il punto di scoppio e quello di ricezione e i tempi di primo arrivo dei segnali sismici, vengono ricavate le dromocrone (curve tempi-distanze), dalle quali si risale, tramite opportuno programma di calcolo, alle velocità reali nei singoli strati, al loro spessore, profondità, forma ed inclinazione.

Tomografia sismica in onde S e P

è una tecnica di elaborazione che ha bisogno di un modello iniziale di velocità.  Avviene iterativamente il tracciamento dei raggi attraverso il modello, comparando i tempi calcolati ai tempi misurati si modifica il modello e si ripete il processo fino a che la differenza tra i tempi misurati e calcolati non risulti minima. Tale tecnica che è sempre affiancata alla sismica a rifrazione classica permette una ricostruzione molto dettagliata del modello geologico. Inoltre risolve il problema delle inversioni di velocità se l’alternanza tra gli strati veloci e lenti non hanno una notevole continuità laterale. Per esempio una lente limosa con Vp o Vs basse interposta tra strati più consistenti con Vp o Vs più alte può essere ricostruita dal modello.

Questa metodologia ha la stessa modalità di esecuzione della sismica a rifrazione con la differenza che il numero di energizzazioni è maggiore e il metodo di elaborazione è più complesso. La tomografia sismica a rifrazione può essere impiegata per ricostruire con eccellente dettaglio superfici di frana, vecchie cave ritombate, discontinuità litologiche laterali, lenti più o meno estese, identificazione di faglie ecc… Questo tipo di elaborazione permette il calcolo delle Vp o Vs in maniera continua sia verticalmente che orizzontalmente, gli elaborati prodotti quindi permettono una zonazione più diversificata dei parametri geotecnici.

Esempi di sezioni 2D in onde P

Esempi di sezioni 2D in onde SH

Indagini Masw (Multichannel Analysis of Surface Waves)

L’acronimo masw (Multichannel Analysis of SurfacesWaves) è l’analisi della dispersione delle onde di superficie nel sottosuolo, da cui si vuole ottenere il profilo Vs.

L’analisi si sviluppa in due passaggi fondamentali:

• Determinazione dello spettro di velocità
• Inversione delle curve di dispersione

Per la determinazione dello spettro, i dati vengono acquisiti nel dominio del tempo (offset-tempo) per poi essere trasposti nel dominio frequenza velocità. In questo modo è possibile determinare la velocità di ciascuna componente in frequenza.

Esempio spettro

Per quanto riguarda l’inversione, da cui si otterrà il profilo delle Vs con la profondità, si effettua l’inversione totale dello spettro per cui si genereranno dei sismogrammi sintetici, dai quali uno spettro di velocità sintetico e di conseguenza il calcolo dell’errore tra lo spettro misurato e quello sintetico.

Esempio di spettro sintetico

Lo spettro sintetico si traduce in una distribuzione dei modi non determinata manualmente in base alla sola osservazione della curva di dispersione, ma in base al dato reale misurato. Ovviamente quest’ ultimo dovrà essere ripulito da disturbi ed essere un segnale che caratterizza veramente la dispersione delle onde di superficie, tralasciando porzioni dello spettro caratterizzate da fenomeni di altra natura.

Esempio di distribuzione dei nodi

L’analisi delle onde di superficie possono essere fatte per varie componenti; Verticale, Orizzontale o Radiale, e i loro spettri possono essere invertiti congiuntamente per avere un modello più vincolato e più realistico.

Esempio di analisi congiunta tra spettri relativi a componenti, verticale, radiale, orizzontale.

L’analisi congiunta può essere fatta anche con le curve hvsr scaturite da misure passive.

L’analisi congiunta della componente radiale e verticale delle onde di superficie, permette di vincolare maggiormente il modello delle velocità del suolo, utilizzando un altro oggetto chiamato superficie RPM, la quale utilizza il concetto di movimento progrado e retrogrado delle onde di superficie. Data una superficie rpm misurata, si arriva ad un modello sismo stratigrafico, la cui curva rpm sintetica calcolata assomiglia a quella misurata.

Il risultato finale di un’analisi che unisce le componenti verticali, radiali, orizzontali, insieme alla curva hvsr e la superficie rpm, sarà un profilo Vs del sottosuolo: