Misure di microtremori Allegato 3

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1 Regione Autonoma Friuli Venezia Giulia Provincia di Udine Comune di Premariacco STUDIO GEOLOGICO TECNICO RELATIVO ALLA VARIANTE GENERALE n 4 AL PRGC VIGENTE Miure di microtremori Allegato 3 Dr. Maurizio M. Pivetta -GEOLOGO Varmo (UD) tel pivettamaurizio@gmail.com

2 ANALISI DEI MICROTREMORI I metodi di microzonazione baati ull'uo dei microtremori, ovvero vibrazioni ambientali a bao contenuto energetico indotte nel terreno da caue naturali (vento, fenomeni geotermici, attività imica di baiimo livello, ecc.) o artificiali (traffico, attività indutriali, ecc.), conentono di valutare la frequenza (o periodo) fondamentale di rionanza dei terreni attraverati e fornire una tima indicativa di fenomeni di amplificazione. Tale tima riulta di grande importanza e i conidera che otto l'azione di un ima ia un edificio che il terreno di fondazione i comportano come itemi ocillanti con il loro periodo proprio e di coneguenza i danni più everi i verificano quando una truttura preenta modi di vibrazione proimi alle frequenze proprie dei terreni. In virtù dei fatti accennati i capice quindi l'importanza d'individuare il periodo proprio di rionanza dello trato di terreno uperficiale di una determinata area. Tale obiettivo può eere raggiunto utilizzando il metodo di Nakamura che, tra i metodi baati ull'uo dei microtremori, rappreenta lo trumento più adeguato (eendo anche economico, emplice e peditivo), fornendo riultati che offrono il miglior accordo con le time di ripota imica locale (RSL) ricavate da regitrazione imiche. Ubicazione delle miure dei microtremori. Apetti teorici del metodo La tecnica di analii dei microtremori chiamata "tecnica di Nakamura" i baa ulle eguenti ipotei: 1. le orgenti dei microtremori ono locali, tracurando qualiai contributo dovuto a orgenti profonde; 2. le orgenti dei microtremori in uperficie non influenzano i microtremori alla bae; 3. la componente verticale del moto non riente di effetti di amplificazione locale. Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

3 Sotto quete ipotei, nel dominio della frequenza, 4 ono gli pettri coinvolti: le componenti orizzontali (H) e verticali (V) del moto in uperficie e le corripondenti componenti alla bae dello trato (Hb, Vb) (Figura 1). Figura 1: Schematizzazione emplificata per l interpretazione dei microtremori Secondo Nakamura il rapporto pettrale R v(ω) fra le componenti verticali del moto in uperficie ed alla bae, dipende ecluivamente dalla orgente del microtremore; l'effetto di tale orgente A(ω), nel dominio della frequenza ω, può eere quindi eere quantitativamente timato mediante la formula: V R v = = Vb A dove V(ω) e Vb(ω) rappreentano ripettivamente l'ampiezza dello pettro della componente verticale del moto in uperficie ed alla bae. Al contrario il rapporto fra l'ampiezza dello pettro della componente orizzontale del moto in uperficie (H) e alla bae dello trato (Hb), contiene, oltre che il termine di orgente, anche il termine di amplificazione di ito in uperficie S (ω) e può eere epreo nel eguente modo: R h = H H b = A S per rimuovere dai egnali l'effetto di orgente, Nakamura propone di dividere i due rapporti R fra loro, ottenendo coì la eguente epreione per la funzione di traferimento di ito: R R h v = S = H H b V V b Ipotizzando infine che alla bae dei edimenti l'ampiezza pettrale della componente verticale e di quella orizzontale iano uguali e cioè: V H b b = 1 la funzione di traferimento del moto orizzontale in uperficie potrà eere valutato direttamente nel eguente modo: Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

4 S = H V L'ipotei che il rapporto Vb/Hb ia uguale ad l è tata verificata perimentalmente dallo teo Nakamura (1989) con miure di microtremori in uperficie e in pozzo. Sulla bae di riultati empirici, teorici e numerici è tato dimotrato che i maimi della funzione H/V conentono di individuare correttamente la frequenza (ovvero il uo reciproco, il periodo) fondamentale di rionanza per le onde S relativa allo trato di terreno office uperficiale al di opra del bedrock. Strumentazione utilizzata Tutte le regitrazioni dei microtremori preentate in queto tudio ono tate effettuate con il digitalizzatori SR04C3 della SARA Electronci Intrument. Si tratta di un apparecchio portatile dotato di tre enori elettrodinamici (velocimetri) orientati N-S, E-W e verticalmente (Figura 2). L etrema portabilità dello trumento ha reo poibile la ua mea in opera u ogni tipo di terreno e verante permettendo di miure anche in iti non raggiungibili con trumenti montati u mezzi di traporto o con i imografi claici. Figura 2: Lo trumento utilizzato Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

5 Analii dei dati I riultati di ciacuna analii preentati in queto lavoro ono tati ottenuti col oftware open-ource Geopy (by Marc Wathelet). In intei, il egnale dei velocimetri è acquiito in ciacun ito per un tempo t (olitamente 15 min), e digitalizzato a 24 bit. Il oftware, per ciacuna delle 3 componenti del moto: 1. divide il tracciato acquiito nelle N finetre più tazionarie di lunghezza L (in queto lavoro generalmente 30 ), la tazionarietà e calcolata attravero l algoritmo STA/LTA 1, 2. calcola la traformata di Fourier (FFT) per ciacuna finetra, 3. calcola la media degli pettri di ampiezza orizzontali per ciacuna finetra, 4. calcola il rapporto fra gli pettri orizzontali e verticali H/V per cicuna finetra; 5. calcola il rapporto pettrale H/V medio. Figura 3: Sequenza di elaborazione. 1 È un algoritmo claico in imologia per l'iolamento (triggering) del egnale imico ripetto al rumore ambientale. Di olito un terremoto produce una notevole e repentina variazione dell'ampiezza del egnale. Se il imometro è poizionato nei prei di un centro abitato o di una trada il rumore può aumentare durante il giorno e diminuire la notte. Se viene utilizzato l'algoritmo che rileva la emplice variazione di ampiezza, la oglia definita per il periodo notturno potrebbe eere troppo baa per il periodo diurno e, vicevera, la oglia diurna potrebbe eere troppo alta per il periodo notturno: in queti cai arà molto probabile rilevare fali eventi durante il giorno o perdere eventi piccoli ma ignificativi durante la notte. Purtroppo non eitono algoritmi in grado di riolvere perfettamente il problema, ma l'algoritmo STA/LTA permette di decifrare con ucceo la maggioranza delle ituazioni di rumore. L'algoritmo non analizza la emplice variazione d'ampiezza, ma il rapporto tra l'ampiezza media del egnale in due finetre temporali, la Short Time Average Window (STA Window), in cui l'ampiezza media del egnale cambia rapidamente, e la Long Time Average Window (LTA Window), che reagice più lentamente alle variazioni di ampiezza. Un evento può eere riconociuto quando il rapporto tra queti due valori upera un valore predefinito. In condizioni normali i valori di entrambe le finetre ono molto imili: il rapporto ocilla intorno all'1 (uno). Se il valore nella STA aumenta rapidamente a caua di un evento, anche il rapporto STA/LTA aumenta di divere unità, in bae alla natura del egnale. Il rumore di fondo invece di olito aumenta piuttoto lentamente, permettendo anche al valore della finetra LTA di aumentare, coì che il rapporto rimane empre intorno all'1: in queto modo non vengono catturati fali eventi all'aumentare del rumore di fondo. Per ottenere buoni riultati la durata delle finetre temporali deve eere opportunamente impotata. La regitrazione i interrompe quando il rapporto STA/LTA rimane al di otto di un rapporto di oglia per il tempo di pot-evento programmato, in modo da regitrare i egnali di coda. Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

6 Riultati delle elaborazioni L acquiizione effettuata in campo libero è tata eeguita con intervallo di campionamento pari a 200 Hz e lunghezza di regitrazione di 15 minuti. Dopo il proceing le curve H/V i preentano pulite (vedi i 15 grafici di eguito riportati) con intervalli di confidenza del 95% abbatanza proimi al valore medio. Varmo, novembre 2009 Dr. Mauriazio M. Pivetta geologo Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

7 PREMARIACCO MISURE MICROTREMORI Dr. Maurizio M. Pivetta geologo Varmo (UD) tel

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