servizio geologico e sismico caratterizzazione … · rifrazione e masw; acquisitore sr04 a 24 bit...

1

Servizio Geologico e Sismico

CARATTERIZZAZIONE SISMICA DI SITO

DODICI MORELLI (CENTO - FE) INDAGINI COMBINATE DI: 1) SISMICHE A RIFRAZIONE IN ONDE P ED SH 2) INDAGINI HVSR (H/V – METODO NAKAMURA) 3) INDAGINI MASW IN ONDE RAYLEIGH E LOVE

Autori

REGIONE UMBRIA Dott. Geol. Arnaldo Boscherini Dott. Geol. Andrea Motti

OSSERVATORIO SISMICO “A. BINA”

Dott. Padre Martino Siciliani Dott. Geol. Michele Arcaleni Tecnico Sergio Tardioli

Attività svolta nell’ambito del rapporto di Convenzione esistente tra Regione Umbria-Servizio Geologico e Sismico e l’Osservatorio Sismico “A. Bina” di Perugia.

25 Giugno 2012

2

1 - Premessa A seguito della crisi sismica in Emilia-Romagna, iniziata il 20 maggio 2012, il Servizio Geologico e Sismico della Regione Umbria ha proposto di collaborare per l’esecuzione di indagini geofisiche e di campagna. I necessari contatti di coordinamento sono stati tenuti dal Dott. Andrea Motti (Servizio Geologico e Sismico della Regione Umbria) e dal Dott. Luca Martelli (Servizio geologico, Sismico e dei Suoli della Regione Emilia-Romagna). Il giorno 29 maggio 2012 sono state eseguite, in via preliminare, alcune indagini HVSR (H/V metodo - Nakamura) presso Mirabello, San Carlo, Buonacompra e Caselle di Camposanto che sono state inviate alla Regione Emilia-Romagna in data 30/05/12. Successivamente, su indicazione della Regione Emilia-Romagna, si sono eseguite in data 14/06/12 le presenti indagini geofisiche in località Dodici Morelli nel Comune di Cento. Al fine della caratterizzazione sismica dell’abitato di Dodici Morelli (Cento – FE) è stata realizzata una campagna geofisica utilizzando, in modo integrato, i metodi di sismica a rifrazione in onde P ed SH (con elaborazione in tecnica tomografica e profili a tracce coincidenti), HVSR (H/V – metodo Nakamura) e MASW (in analisi congiunta onde di Rayleigh ed onde di Love). Gli obiettivi principali sono:

valutazione delle velocità delle onde sismiche P ed S per uno spessore di almeno 30 m

valutazione della categoria di sottosuolo in base a quanto prescritto dalle N.T.C. 14/01/08 e determinazione del parametro Vs30;

determinazione della frequenza di risonanza di suolo in base a rapporti H/V.

parametrizzazione geotecnica indicativa in base a correlazioni empiriche tra Vp e Vs, con valutazione di moduli di elasticità.

3

2 – Metodi e strumenti impiegati a) sintesi tipologia delle indagini eseguite e strumentazione utilizzata

DESCRIZIONE TECNICA RIASSUNTIVA DELLE INDAGINI EFFETTUATE ED APPARECCHIATURE UTILIZZATE

Ambito indagine: INDAGINI GEOFISICHE COMBINATE PER LA

CARATTERIZZAZIONE SISMICA DI SITO (VS30, CLASSE

SOTTOSUOLO, SPETTRI DI RISPOSTA, EFFETTI DI SITO)

Tipo di indagini: SISMICA A RIFRAZIONE

- N. 3 PROFILI DI SISMICA A RIFRAZIONE IN ONDE SH di

lunghezza 120 m, 24 canali, n. 5 punti di energizzazione,

elaborazione in tecnica tomografica, geofoni orizzontali 14 Hz.

- N. 3 PROFILO DI SISMICA A RIFRAZIONE IN ONDE P di

lunghezza 120 m, 24 canali, n. 5 punti di energizzazione, geofoni

verticali 14 Hz, a traccia coincidente con i profili in onde SH.

MICROTREMORI, ANALISI HVSR (NAKAMURA)

- N. 3 PUNTI DI INDAGINE per acquisizioni ed analisi HVSR.

M.A.S.W. CONGIUNTA RAYLEIGH E LOVE

- N. 3 profili M.A.S.W. in onde di Rayleigh lunghezza 120 m,

geofoni verticali;

- N. 3 profilo M.A.S.W. in onde di Love a traccia coincidente con i

soprastanti. Geofoni orizzontali.

Località: Dodici Morelli – Cento - FE

Strumentazione: Acquisitore PASI mod. 16S/24 (acquisitore a 24 canali) per

Rifrazione e Masw; Acquisitore SR04 a 24 bit con geofono 5

secondi Lennartz per HVSR; n. 24 geofoni per profilo.

n. 1 geofono Lennarts Le-3D-5S (frequenza 0.2 Hz) per

acquisizione microtremori.

Software utilizzati SeisOpt 2D, SeisOpt Picker, WinMasw Pro, Geopsy, Dinver.

4

b) metodologie di esecuzione delle indagini e caratteristiche strumentali

Sismica a rifrazione congiunta in onde SH e P Il profilo in onde S (SH) è stato effettuato con 24 geofoni orizzontali (ad acquisizione simultanea) e con base sismica per energizzazione per onde SH (trave solamente appoggiata al suolo con contrappeso di circa 1.5 tonnellate (mezzo fuoristrada), perpendicolare rispetto alla direzione dello stendimento, acquisizioni con sommatoria dei segnali. Sono stati realizzati n. 5 punti di energizzazione equidistanti (per la caratterizzazione di eventuali eteropie laterali) ed energizzato con martello pesante con battuta su un piano verticale. La trave non è stata quindi ancorata a terra ma solamente appoggiata, al fine di ridurre al massimo la produzione di onde P. I sismogrammi sono stati acquisiti con sismografo ad alta dinamica e l’elaborazione è stata svolta in tecnica tomografica, al fine di avere una caratterizzazione parametrica per celle di velocità. Il software utilizzato elabora un modello teorico compiendo alcune migliaia di iterazioni sulla base dei primi arrivi delle onde sismiche trasversali. Tale modello viene affinato automaticamente fino a che i dati teorici coincidono il più possibile con quelli acquisiti direttamente nella campagna di indagini sismiche. Attraverso questo tipo di elaborazioni, si riduce sensibilmente il rischio di eventuali errori dovuti a fattori soggettivi di interpretazione. L’elaborato finale fornisce la velocità relativa a singole celle aventi lati inferiori ai due metri. In questo modo si riconoscono con chiarezza anche eventuali anomalie laterali di velocità. Unitamente ai profili in onde SH, vengono realizzati anche profili in onde P a traccia coincidente con i profili in onde SH. Lo scopo principale, oltre ad una parametrizzazione tomografica del sito in onde P, è quello di poter ottenere anche informazioni geotecniche e la determinazione di moduli di elasticità, utilizzando alcune relazioni empiriche che analizzano il rapporto Vp/Vs.

Caratteristiche del sismografo per rifrazione PASI 16S Funzioni principali: • Attivazione filtri: in acquisizione o post-acquisizione • Filtri antialiasing: attivi, LPF, 6°ordine Butterworth; pend.asint.-36dB/oct (-120dB/dec); accuratezza. ±1% freq.di taglio • Start acquisizione: con trigger esterno o comando software (ASAP) • Trigger: hammer o geofono starter (7 livelli di sensibilità selezionabili via software); inibizione impulsi dovuti a rimbalzi; segnalazione di accettazione impulso • Guadagni: tutti selezionabili via software • Enhancement con/senza preview totale/parziale • Marker per determinare la posizione dei punti video sulla scala dei tempi • A.G.C. Automatic Gain Control • Delay: Pre-trigger 0-10ms (step di 1ms); Post-trigger 0-16000ms (step di 1ms) • Visualizzazione in wiggle-trace o area variabile • Noise-monitor con visualizzazione “real time” a cascata • Determinazione risorse disponibili sullo strumento in funzione dello spazio libero su disco • Trace-size automatica o manuale per ogni canale • Registrazione automatica delle acquisizioni • Scaricamento dati a PC via porta seriale tramite software dedicato PCLINK32 • Scaricamento dati a periferiche con collegamento su porta parallela (es. I/Omega ZIP o JAZZ) • Calibrazioni automatiche : doppia taratura offset, taratura ingressi su tensione di riferimento, taratura guadagno

5

• Codifica dati in formato SEG-2 Catteristiche tecniche Processore: Pentium 266 Intel Trattamento dati: Floating Point 32-bit Ambiente operativo: Windows© Interfaccia multilingue: Italiano,Inglese,Francese,Spagnolo,etc. Numero canali: 24 Puntamento: VersaPoint Mouse Display: VGA a colori in LCD-TFT 10.4" Supporto di memorizzazione: Hard-Disk 3.2 Gb Risoluzione di acquisizione: 24bit con sovracampionamento e post-processing Stampante (opzionale): Seiko DPU-414 thermal printer Porte dati esterne: RS232, parallela, stampante Sensore ambiente interno: temperatura Protezioni termiche: prevenzione e controllo surriscaldamenti interni (warning sul display e blocco) Compatibilità dati acquisiti: SEG-2 Connettori cavo geofoni: standard NK-27-21C Alimentazione: 12VDC (batteria esterna su richiesta); allarme di batteria scarica Temperatura di funzionamento: 0°C ÷ 55°C: Umidità: 5% ÷ 90%, non condensante Dimensioni fisiche: 50x40x22cm (valigia antiurto) Peso: 16 kg Geofoni Sono stati utilizzati 24 geofoni verticali ed orizzontali dedicati per sismica a rifrazione. Si tratta di sensori elettromagnetici con frequenza propria di 4.5 e 10 Hz. Sono di tipo elettromagnetico a bobina mobile. Tali dispositivi convertono il movimento del suolo causato dall’energizzazione in tensione. Ogni geofono è collegato, tramite il cavo principale, all’acquisitore. Sorgente di energia Per realizzare i profili sismici richiesti è stato sufficiente energizzare con martello pesante. Ciò è anche dipeso dal fatto che l’acquisitore possiede un’elevata dinamica e un potente sistema di amplificazione del segnale sismico. Trigger Come sistema di trigger per fornire il tempo zero (T0) all’acquisitore, è stato utilizzato un accelerometro piezoelettrico posto in corrispondenza della testa del martello pesante (con sensibilità settabile attraverso il sismografo). CONFIGURAZIONE DELLE LINEE SISMICHE Punti di energizzazione: Per ogni base sismica (profilo) sono state effettuate cinque rigistrazioni (scoppi o tiri) equidistanti, secondo il seguente schema:

Estremo a sx Intermedio a sx Centrale Intermedio a dx Estremo a dx

Schema geometrico degli stendimenti di sismica a rifrazione.

6

3 – Pianificazione ed ubicazione delle indagini a) acquisizione delle segnalazioni dei fenomeni di liquefazione

Ad avvenuta conferma della località in cui si dovevano eseguire le indagini geofisiche (Dodici Morelli nel Comune di Cento) si è proceduto all’acquisizione della documentazione disponibile dal portale del Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli della Regione Emilia-Romagna. Dalla carta degli effetti di liquefazione osservati dopo i terremoti del 20 e 29 maggio 2012 della Regione Emilia-Romagna (aggiornati al 5 giugno 2012) si è estratta la zona dell’abitato di Dodici Morelli con le segnalazioni dei fenomeni di liquefazione.

b) acquisizione dei dati geologici

Il passo successivo è stata l’individuazione dei dati geologici ritenuti utili contenuti negli elaborati di seguito illustrati. Carta geologica con raggruppamenti informali

7

In azzurro sono indicati i depositi di argine, canale e rotta fluviale. In azzurro chiaro sono indicati i depositi di piana inondabile

Carta geologica con unità geologiche

In tutta l’area è affiorante l’unità geologica contraddistinta da sigla AES8a: Sintema emiliano-romagnolo, Subsintema di Ravenna, unità di Modena. I sovrassegni lineari e puntinato-lineari indicano rispettivamente la presenza di argille limose e di sabbie limose di piana alluvionale. Sono riportati con linee a tratto blu le tracce certe di alvei fluviali abbandonati. Le linee rosse a tratteggio rappresentano sovrascorrimenti profondi post-tortoniani dedotti (linee con i triangoli) o isobate della base del Pliocene (linee a tratto e punto).

c) acquisizione delle indagini precedenti In ultimo sono state individuate dalla banca dati le indagini disponibili per l’area.

8

Dall’analisi delle indagini presenti sono state poi ritenute rappresentative dell’area quelle di seguito riportate.

9

d) individuazione delle possibili aree di esecuzione delle indagini

L’esame delle informazioni a disposizione ha consigliato l’esecuzione delle indagini geofisiche almeno in 3 aree e precisamente:

l’area a nord dell’abitato in cui si erano verificati fenomeni di liquefazione e affiorano sabbie limose;

l’area a sud dell’abitato in cui non si erano verificati fenomeni di liquefazione e affiorano sabbie limose;

l’area ad est dell’abitato in cui non si erano verificati fenomeni di liquefazione e affiorano argille limose.

e) ubicazione delle indagini dopo i sopralluoghi di verifica

Solo dopo l’esecuzione dei sopralluoghi si è potuto tenere conto dei diversi fattori antropici presenti ed ubicare le indagini geofisiche da eseguire. Le ubicazioni sono riportate nelle diverse tipologie di cartografie geotematiche utilizzate e poi in coordinate geografiche per ogni profilo eseguito.

12

A

B

HVSR-AB

Profilo A-B onde SH ed onde P (a traccia coincidente con i profili Masw onde L e R), lunghezza della traccia 120 m, n. 24 canali simultanei, spaziatura intergeofonica di 5 m, n. 5 punti di energizzazione equidistanti. Localizzazione punto di indagine HVSR-AB. Coordinate geografiche indicative del centro dello stendimento: Lat. 44.799201 long. 11.289366.

13

E

C

DHVSR-CD

Profilo C-D onde SH ed onde P (traccia coincidente con i profili Masw onde L e R), lunghezza della traccia 120 m, n. 24 canali simultanei, spaziatura intergeofonica di 5 m, n. 5 punti di energizzazione equidistanti. Localizzazione punto di indagine HVSR-CD. Coordinate geografiche indicative del centro dello stendimento: Lat. 44.787766 long. 11.283864.

14

E

F

HVSR-EF

Profilo E-F onde SH ed onde P (traccia coincidente con i profili Masw onde L e R), lunghezza della traccia 120 m, n. 24 canali simultanei, spaziatura intergeofonica di 5 m, n. 5 punti di energizzazione equidistanti. Localizzazione punto di indagine HVSR-CD. Coordinate geografiche indicative del centro dello stendimento: Lat. 44.794255 long. 11.300166.

15

4 – Indagini sismiche a rifrazione in onde P e SH a) risultati delle linee sismiche e Vs30

LINEA SISMICA A-B PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE A-B onde SH: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione A – B onde SH: Modello di velocità (modello multistrato)

A B

Profilo A-B onde SH

16

CALCOLO DEL PARAMETRO VS30 LUNGO LO STENDIMENTO SISMICO A-B

(in base a quanto previsto dalle N.T.C. 14/01/2008)

Velocità di propagazione delle Onde di taglio

hi=(m) Vsi=(m/s) hi/vs

157,8642 m/s

1,875 106 0,017689

1,875 108 0,017361

1,875 114 0,016447

1,875 124 0,015121

1,875 136 0,013787

1,875 152 0,012336

1,875 162 0,011574

1,875 168 0,011161

1,875 173 0,010838

1,875 178 0,010534

1,875 185 0,010135

1,875 194 0,009665

1,875 205 0,009146

1,875 218 0,008601

1,875 232 0,008082

1,875 248 0,00756

30 0,190037

Vs30 profilo A-B onde SH.

Ni i

i

S

V

hV

,1

30

30

17

PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE A-B onde P: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione A – B onde P: Modello di velocità (modello multistrato)

A B

18

LINEA SISMICA C-D PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE A-B onde SH: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione C – D onde SH: Modello di velocità (modello multistrato)

C D

Profilo C-D onde SH

19

CALCOLO DEL PARAMETRO VS30 LUNGO LO STENDIMENTO SISMICO C-D




189,065 m/s

1,875 160 0,011719

1,875 161 0,011646

1,875 162 0,011574

1,875 164 0,011433

1,875 168 0,011161

1,875 172 0,010901

1,875 178 0,010534

1,875 185 0,010135

1,875 194 0,009665

1,875 204 0,009191

1,875 214 0,008762

1,875 219 0,008562

1,875 220 0,008523

1,875 221 0,008484

1,875 223 0,008408

1,875 235 0,007979

30 0,158676

Vs30 profilo C-D onde SH.

Ni i

i

S

V

hV

,1

30

30

20

PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE C-D onde P: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione C – D onde P: Modello di velocità (modello multistrato)

C D

21

LINEA SISMICA E-F PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE A-B onde SH: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione E – F onde SH: Modello di velocità (modello multistrato)

E F

Profilo E-F onde SH

22

CALCOLO DEL PARAMETRO VS30 LUNGO LO STENDIMENTO SISMICO C-D




182,6412 m/s

1,875 127 0,014764

1,875 132 0,014205

1,875 140 0,013393

1,875 149 0,012584

1,875 159 0,011792

1,875 170 0,011029

1,875 180 0,010417

1,875 189 0,009921

1,875 198 0,00947

1,875 207 0,009058

1,875 216 0,008681

1,875 224 0,008371

1,875 232 0,008082

1,875 241 0,00778

1,875 250 0,0075

1,875 260 0,007212

30 0,164257

Vs30 profilo E-F onde SH al centro dello stendimento.

Ni i

i

S

V

hV

,1

30

30

23



179,1049 m/s

1,875 130 0,014423

1,875 132 0,014205

1,875 136 0,013787

1,875 142 0,013204

1,875 150 0,0125

1,875 161 0,011646

1,875 173 0,010838

1,875 185 0,010135

1,875 193 0,009715

1,875 199 0,009422

1,875 216 0,008681

1,875 224 0,008371

1,875 232 0,008082

1,875 241 0,00778

1,875 250 0,0075

1,875 260 0,007212

30 0,1675

Vs30 profilo E-F onde SH a circa 20 m dal punto E.

Ni i

i

S

V

hV

,1

30

30

24

PROFILO SISMICO A RIFRAZIONE E-F onde P: SEZIONE SISMOSTRATIGRAFICA IN TECNICA TOMOGRAFIA

Sezione E – F onde P: Modello di velocità (modello multistrato)

E F

25

b) interpretazioni litostratigrafiche

A B

sabbie fini limose prevalenti

depositi a comportamento principalmente coesivo, con Vs molto basse

depositi con Vs sup. a 250 m/s

C D




26

E F




Le interpretazioni litostratigrafiche sopra riportate assumono in questa fase un carattere puramente indicativo in quanto determinate attraverso correlazioni empiriche tra Vs, Vp e densità dei depositi. Per una valutazione quantitativa necessitano dati diretti di taratura. In base ai dati reperiti nelle precedenti cartografie e banche dati descritti nel capitolo 3 e dalla consultazione della carta delle ubicazioni degli effetti di liquefazione, nonché sulla scorta delle indagini eseguite, si può ipotizzare che i fenomeni di liquefazione siano confinati entro i primi 10 metri a partire dal piano di campagna (sabbie fini prevalenti).

27

c) sismogrammi

37

d) attribuzione modelli elastici

Vengono di seguito determinati, in modo qualitativo, il coefficiente di Poisson ed alcuni moduli elastici (Modulo di Young, Modulo di Taglio, Modulo di Lamé, Modulo di Compressione) relativi ai depositi più superficiali presenti al centro delle tracce dei profili sismici a rifrazione. La modellazione è stata possibile utilizzando correlazioni empiriche che mettono in relazione la velocità delle onde S (ricavate dal profilo di sismica a rifrazione in onde SH), la velocità delle onde P (ricavate dal profilo in onde P) e la densità.

Nota: In linea di massima, una roccia massiccia può avere un rapporto di Poisson da circa 0.15 sino a 0.30 (valori tipici attorno a 0.25), mentre materiali nonconsolidati (silt ed argille) hanno tipicamente valori tra 0.35 e 0.45. Le sabbie presentano valori molto variabili (da 0.3 sino quasi al valore massimo teorico di 0.5). Tanto più “sciolto” ed “inconsistente” è un materiale tanto più alto è il valore del modulo di Poisson (sino appunto al massimo teorico di 0.5 – valore valido per i fluidi).

38

Modellazione sito A-B

Prof. (m) Vp

(m/s)

Vs (m/s) Young

(MPa)

Shear

(MPa)

Bulk

(MPa)

Lamé

(Mpa)

Vp/Vs Poisson

1.87 515 106 50 17 375 364 4.85 0.477

3.75 541 108 62 21 499 485 5.01 0.479

5.62 585 114 69 23 585 569 5.13 0.480

7.50 639 124 82 28 698 680 5.15 0.480

9.37 694 136 99 33 823 800 5.10 0.480

11.25 749 152 123 42 954 927 4.92 0.478

13.12 823 162 140 47 1156 1125 5.08 0.479

15.00 924 168 151 51 1469 1435 5.50 0.482

Modellazione sito C-D

Prof. (m) Vp (m/s) Vs (m/s) Young

(MPa)

Shear

(MPa)

Bulk

(MPa)

Lamé

(Mpa)

Vp/Vs Poisson

1.87 477 160 110 38 290 264 2.98 0.437

3.75 485 161 134 47 361 330 3.01 0.438

5.62 502 162 136 47 391 359 3.10 0.442

7.50 525 164 140 48 432 399 3.20 0.446

9.37 560 168 147 51 497 463 3.33 0.450

11.25 665 172 156 53 725 690 3.87 0.464

13.12 905 178 169 57 1398 1360 5.08 0.479

15.00 1113 185 183 62 2148 2107 6.01 0.485

Modellazione sito E-F

Prof. (m) Vp (m/s) Vs

(m/s)

Young

(MPa)

Shear

(MPa)

Bulk

(MPa)

Lamé

(Mpa)

Vp/Vs Poisson

1.87 459 127 71 24 284 268 3.61 0.458

3.75 496 132 92 31 401 380 3.75 0.461

5.62 584 140 104 35 567 543 4.17 0.469

7.50 745 149 118 40 946 919 5.00 0.479

9.37 963 159 135 46 1609 1578 6.05 0.486

11.25 1175 170 155 52 2416 2381 6.91 0.489

13.12 1333 180 174 58 3121 3082 7.40 0.490

15.00 1535 189 192 64 4155 4113 8.12 0.492

39

5 – Indagini HVSR (H/V – metodo Nakamura) a) Risultati indagini HVSR

Sono state eseguire n. 3 registrazioni sismiche di microtremori (rumore di fondo) al centro dei tre stendimenti sismici. La durata temporale delle registrazioni è stata assunta di 10 minuti (600 s). E’ stato utilizzato un sismografo 24 bit SR04 collegato con un geofono Lennartz 3D-5S (frequenza di risonanza 0.2 Hz). Le analisi sono state effettuate seguendo le linee guida del progetto SESAME. Le vibrazioni sismiche ambientali (chiamate anche rumore sismico) sono onde sismiche di bassa energia con ampiezze dell'ordine di 10

-4 - 10

-2 mm (Okada, 2003). In riferimento al contenuto in frequenza, il rumore sismico è anche chiamato

microtremore se contiene alte frequenze (in genere maggiori di 0.5 Hz) e microsisma per basse frequenze. Per quanto riguarda l'origine del rumore sismico, è certo che le sorgenti dei microsismi sono le perturbazioni atmosferiche sugli oceani che si propagano come onde superficiali sui continenti, mentre le sorgenti dei microtremori sono le attività antropiche come il traffico veicolare, le attività industriali etc. e si propagano come onde superficiali di Rayleigh. In relazione agli effetti di sito, l'analisi delle misure di rumore sismico può essere condotta con tre metodi: spettri di

Fourier, rapporti spettrali, rapporti spettrali H/V. Tra questi quello che sembra fornire i risultati migliori è quello dei Rapporti spettrali H/V noto anche come metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) o metodo di Nakamura . La tecnica dei rapporti spettrali H/V consiste nel calcolo del rapporto degli spettri di Fourier del rumore nel piano orizzontale H (generalmente lo spettro H viene calcolato come media degli spettri di Fourier delle componenti orizzontali NS ed EW ) e della componente verticale V. Il metodo è applicabile alle misure di rumore registrate in una singola stazione posta su sedimenti. La caratterizzazione sismica dei terreni tramite la tecnica di indagine sismica passiva HVSR (Horizzontal to Vertical Spectral Ratio – Metodo di Nakamura) è principalmente finalizzata all'individuazione delle frequenze caratteristiche di risonanza di sito. Esse sono correlabili ai cambi litologici presenti sia all'interno della copertura che nell'ammasso roccioso. L'utilizzo di algoritmi di calcolo finalizzati ad una modellizzazione sintetica delle spettro H/V, permette di correlare ogni picco spettrale con le discontinuità presenti nel sottosuolo. Per tale procedura necessitano dei vincoli. In questo caso i vincoli al modello vengono forniti dalle velocità delle onde SH emerse dalla sismica a rifrazione entro i primi 30 m circa dal p.c. La tecnica dei rapporti spettrali (HVSR) trova la sua massima applicazione negli studi di microzonazione sismica poiché fornisce un parametro fondamentale (frequenza propria di risonanza di sito) per una corretta progettazione di edifici antisismici. Il periodo proprio di sito è indicato dalla seguente e nota formula: T0 = 4H/Vs dove: VS = VS media sino al bedrock H = spessore dei sedimenti sovrastanti il bedrock (cosa sia da considerare bedrock è argomento complesso ma possiamo sintetizzare la cosa dicendo che è un orizzonte con forte contrasto di Vs – che da origine ad un picco dell’H/V) Naturalmente, la frequenza di risonanza del sito sarà: f0 = 1/T0 e quindi f0 = Vs/4H Il valore della frequenza di risonanza può essere stimato, oltre che dal rapporto spettrale H/V derivante dal modeling delle onde di corpo (formulazione di Nakamura, vedi Herak, 2008).anche dall’equazione della risonanza:

dove si considerano gli spessori e le velocità VS di tutti gli strati al di sopra del bedrock (definito come lo strato caratterizzato da VS > 800 m/s).

http://studiosisma.com/glossario-geologico.html#microzonazione-sismica

40

Punto HVSR-AB: Lat. 44.799201 long. 11.289366

Grafico H/V del punto di indagine HVSR-AB – Entro 10 Hz si notano due picchi principali. Il primo corrispondente ad una frequenza di circa 0.37 (H/V = 2.47), il secondo a circa 0.97 (H/V = 2.42). Il picco sopra i 20 Hz (corrispondente comunque a frequenze non interessanti da un punto di vista ingegneristico) è riferito al traffico stradale lungo la vicina strada asfaltata. Nella seconda immagine viene fatta un estrazione da 0.2 a 10 Hz, in modo da eliminare gli effetti del traffico.

41

Finestre di acquisizione prese in esame per la determinazione dello spettro riferito al punto HVSR-AB.

42

Punto HVSR-CD: Lat. 44.794255 long. 11.300166

Grafico H/V del punto di indagine HVSR-CD – Si notano, anche in questo caso, due picchi principali entro una finestra compresa tra 0.2 e 10 Hz. Il primo picco corrispondente ad una frequenza di circa 0.25 (H/V = 4.01), il secondo a circa 1.12 (H/V = 2.78).

Finestre di acquisizione prese in esame per la determinazione dello spettro riferito al punto HVSR-CD.

43

Punto HVSR-EF: Lat. 44.787766 long. 11.283864

Grafico H/V del punto di indagine HVSR-EF – Il picco principale corrisponde ad una frequenza di 0.22 Hz (H/V = 3.04). Un altro picco si nota ad una frequenza di circa 0.81 Hz (H/V = 2.67).

Finestre di acquisizione prese in esame per la determinazione dello spettro riferito al punto 3.

44

b) Processo di inversione HVSR-Vs (in base alle linee guida

del progetto SESAME) Disponendo della lettura del valore di frequenza per la quale risulta massimo il rapporto H/V delle componenti spettrali del moto, valore che corrisponde alla frequenza di sito (f0), la determinazione delle incognite relative alla geometria del sottosuolo (Vs e H) necessita di informazioni ulteriori che devono essere acquisite attraverso differenti prospezioni o dati stratigrafici noti nell’area. In questo caso il modello di analisi è stato vincolato con i dati ottenuti dai profili di sismica a rifrazione. VINCOLI ATTRIBUITI AL PROCESSO DI INVERSIONE

Profondità (m) Velocità media delle onde S (ricavate dal profilo di sismica a rifrazione) m/s

Da 0 a 7.5 110

Da 7.5 a 15 150

Da 15 a 22.5 180

Sito A-B. Modello di velocità onde S imposte nel processo di inversione


Da 0 a 7.5 160

Da 7.5 a 15 180

Da 15 a 22.5 210

Sito C-D. Modello di velocità onde S imposte nel processo di inversione


Da 0 a 7.5 140

Da 7.5 a 15 180

Da 15 a 22.5 210

Sito E-F. Modello di velocità onde S imposte nel processo di inversione

45

SITO A-B

46

SITO C-D

47

SITO E-F

Il contrasto di rigidità sismica presente tra 80m e 100m in tutti e tre i modelli in Vs, potrebbe essere associato ad un passaggio tra unità sintemiche.

48

6 - Indagini M.A.S.W. a) risultati indagini M.A.S.W.

Sono state effettuate anche indagini M.A.S.W (Multichannel Analysis of Surface Waves) in analisi congiunta onde di Rayleigh ed onde di Love, con profili sovrapporti a quelli delle sismiche a rifrazione in onde S e P. Lo scopo principale dell’indagine è quello di mettere in evidenza eventuali inversioni di velocità. Con le indagini di sismica a rifrazione, infatti, le inversioni di velocità risultano riconoscibili (dall’analisi delle dromocrone) ma non possono essere determinate. Un altro scopo è quello di valutare la corrispondenza tra il modello sismostratigrafico ottenuto con le onde S e P con quello ottenuto dalle onde superficiali R e L. Per acquisire in onde Rayleigh sono stati utilizzati 24 geofoni verticali ed è stato energizzato in verticale. Per le onde di Love sono stati impiegati 24 geofoni orizzontali ed è stato energizzato con base sismica per onde di taglio.

Risultati indagine congiunta Rayleigh e Love Per l’analisi dei dati non viene utilizzato il processo di inversione diretta (cioè fare direttamente il picking della curva di dispersione per poi ottenere il profilo verticale delle Vs), sconsigliato fortemente a causa della possibilità di errori di interpretazione ed alla non univocità tra curva di dispersione e modello sismostratigrafico. Si è preferito quindi procedere con una “modellazione diretta”, grazie alla quale, partendo da un modello di Vs ricavato dalla media delle Vs determinate dal profilo di sismica a rifrazione in onde S, è stato possibile verificare una buona corrispondenza tra la curva calcolata (riferita al modello di Vs medio di input) e la curva di dispersione dei dati acquisiti sia in Rayleigh che in Love. Naturalmente, trattandosi di una media di Vs, è del tutto naturale che ci siano delle leggere disomogeneità tra i massimi della curva di dispersione e la curva calcolata.

49

Profilo A-B. Analisi congiunta Rayleigh e Love, offset di 2.5m, lunghezza 120m.

50

Profilo C-D. Analisi congiunta Rayleigh e Love, offset di 2.5m, lunghezza 120m.

51

Profilo E-F. Analisi congiunta Rayleigh e Love, offset di 2.5m, lunghezza 120m.

Dall’analisi dei dati Masw non risultano presenti inversioni di velocità per tutto lo spessore sedimentario investigato. Tutte le curve di dispersione associate ai modelli schematici imposti (ricavati con i soli dati di sismica a rifrazione), trovano un’ottima corrispondenza con gli spettri di velocità, sia in onde di Rayleigh che in onde di Love.

52

7 – Risultati acquisiti In base alle indagini eseguite si notano sostanziali differenze tra le sismostratigrafie ricavate per i tre siti presso Dodici Morelli (Cento – FE). Gli strati più superficiali del primo sito (profili A-B), che si trovano all’interno dell’area in cui si9 sono verificati molti fenomeni di liquefazione, si lasciano attraversare dalle onde S con velocità dell’ordine dei 100 m/s mentre negli altri due le Vs più basse corrispondono almeno a 130 m/s. Oltre a questo fattore vi è da rilevare che anche in termini di media ponderata di Vs entro i primi 30 metri, il primo sito (profilo A-B) risulta avere un valore di Vs30 di circa 157 m/s, mentre gli altri due raggiungono valori di Vs30 di circa 189 e di circa 182 m/s (superiori quindi di circa il 20% rispetto al primo sito). Secondo i contenuti delle NTC 14/01/08, il primo sito risulterebbe avere un valore di Vs30 associabile ad un suolo di categoria D (Vs inferiori a 180 m/s) ma, a causa della forte suscettibilità alla liquefazione, potrebbe ricadere in categoria S2. Gli altri due siti, caratterizzati dai profili sismici C-D e E-F, raggiungono valori di Vs30, rispettivamente, di 189 m/s e 182 m/s circa. Sempre in base alle N.T.C. 14/01/08, questi ultimi due siti posseggono un valore di Vs30 prossimo al confine tra un suolo D ed un suolo C. Il valore di confine tra suolo C e D è infatti 180 m/s. Anche questi ultimi due siti potrebbero ricadere in classe S2 a causa della suscettibilità al fenomeno della liquefazione propria dei terreni presenti in quelle località. Dalla documentazione resa disponibile dal Servizio Geologico, Sismico e dei Suoli della Regione Emilia-Romagna, il sito nel quale è stato realizzato il profilo A-B si trova all’interno di un’area dove risultano maggiormente concentrati i fenomeni di liquefazione, originati presso Dodici Morelli in seguito alle scosse principali della sequenza sismica emiliana. In corrispondenza degli altri due siti (profili C-D e E-F) non sembra siano stati riscontrati fenomeni di liquefazione. In seguito alle analisi geofisiche effettuate, si evidenzia che i fenomeni di liquefazione si sono verificati solo su terreni con Vs molto basse e Vs30 inferiori a 160 m/s e non su terreni con Vs superiori. Ciò può essere quindi messo in relazione, oltre ad altri fattori, anche alla differenza di durata di un sisma rispetto ai siti analizzati. E’ noto, infatti, che tra le condizioni scatenanti il fenomeno della liquefazione, vi è anche la durata dell’azione sismica. Visto che la sismostratigrafia del primo sito (nel quale si ha la massima concentrazione dei fenomeni di liquefazione) fa registrare le Vs più basse di tutte le zone investigate, è del tutto naturale che sia anche il sito nel quale gli effetti dei un terremoto risultino più prolungati rispetto agli altri. I contrasti di rigidità associabili ai picchi di frequenza determinati con tecnica HVSR corrispondono a livelli sismostratigrafici relativamente profondi. I valori del rapporto H/V risultano comunque relativamente contenuti in tutti e tre i punti investigati. Sono stati inoltre forniti alcuni parametri associati ai depositi (moduli elastici) per i primi 15 m di profondità dal piano di campagna, utilizzando correlazioni tra Vs e Vp ed attribuendo in modo indiretto (e quindi a carattere puramente qualitativo) il valore della densità dei depositi. Il contrasto di rigidità sismica che emerge dal processo di inversione di dati HVSR, presente nella modellazione in Vs tra 80 e 100 m in tutti e tre i punti HVSR analizzati, risulta associabile al passaggio tra depositi alluvionali e depositi marini del Pliocene superiore e Quaternario. Dall’analisi dei dati Masw non risultano presenti inversioni di velocità per tutto lo spessore sedimentario investigato. Tutte le curve di dispersione associate ai modelli schematici imposti (ricavati con i soli dati di sismica a rifrazione), trovano un’ottima corrispondenza con gli spettri di velocità, sia in onde di Rayleigh che in onde di Love. Tale fattore esclude quindi l’esistenza di inversioni di velocità. Le Vs, negli strati più superficiali, aumentano gradualmente con la profondità.

53

In conclusione i principali obiettivi di cui alle premesse sono stati raggiunti e ciò ha permesso di:

identificare delle diversità nella successione delle caratteristiche sismiche dei depositi presenti nei primi 10-20m dei 3 siti indagati;

riconoscere caratteristiche sismiche sostanzialmente uniformi per i depositi presenti a profondità maggiori di 20m nei 3 siti indagati.

servizio geologico e sismico caratterizzazione … · rifrazione e masw; acquisitore sr04 a 24 bit...

Documents