Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + terna Gemini

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1 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + terna Gemini Il pacchetto winmasw -HoliSurface -Gemini rappresenta una soluzione integrata hardware+software che mira ad unire costi contenuti e completezza senza compromessi delle analisi effettuabili. Hardware e software di acquisizione: Geofono triassiale calibrato e triggerabile (digitalizzatore a 24bit), completo di cavo trigger metrato per agevolare e quindi ottimizzare le operazioni di campagna e dotato di tutti gli accessori per la sismica attiva, supportato da un software di acquisizione studiato ad hoc particolarmente completo e flessibile. Software di analisi: winmasw -3C: tool per la costruzione di dataset multicanale a partire dalle acquisizioni effettuate con la terna Gemini; analisi MASW tanto in onde di Rayleigh (componenti radiale e verticale) che di Love naturalmente congiuntamente ad HVSR (nonché modellazione 1D della rifrazione delle onde P). HoliSurface (solamente su computer con sistemi operativi a 64bit - peraltro oramai ben più diffusi di quelli a 32bit): analisi HoliSurface (onde di Rayleigh e Love) [il metodo HoliSurface è depositato per brevetto internazionale]; analisi HVSR (per stima del periodo di sito) e modellazione (da sola o congiuntamente con modellazione dispersione onde di superficie - procedimento di gran lunga suggerito) per ricostruzione profilo V S ; analisi vibrazionali (normative UNI 9614 e DIN 4150) e rifrazione (vedi esempio in uno dei box di seguito presentati) Cos'è e cosa non è HoliSurface Se dal punto di vista tecnico/scientifico, HoliSurface è un miglioramento delle "classiche" analisi MFA relative alle velocità di gruppo (nell'approccio più "puro" di HoliSurface, alle analisi delle componenti orizzontale e verticale, si aggiunge quello delle relative ampiezze), dal punto di vista pratico effettuare misure HoliSurface significa poter analizzare la dispersione delle onde di superficie attraverso delle procedure di campagna estremamente snelle ed essendo dotati di un unico geofono triassiale (calibrato e fornito di un appropriato software di acquisizione in grado di gestire in modo efficace tutte le operazioni di campagna). A fronte di questo, HoliSurface non è da considerarsi una scorciatoia dal punto di vista della preparazione teorica dell'utente: i paradigmi di lettura degli spettri di velocità di gruppo sono profondamente diversi rispetto quelli usati nella lettura degli spettri di velocità di fase (metodi MASW, ReMi, ESAC eccetera). Acquisire familiarità con le velocità di gruppo richiede applicazione e studio. Volendo usare un sorta di metafora, possiamo pensare alla determinazione del profilo V S come ad una montagna: è possibile raggiungerne la cima o con un lungo e dolce cammino (acquisizioni ed analisi MASW + HVSR che richiedono un certo impegno dal punto di vista economico e di tempistiche in fase di acquisizione) o scalando rapidamente una parete verticale (analisi HoliSurface - eventualmente congiuntamente all'hvsr - con costi e tempi decisamente ridotti). E' chiaro come per scalare la parete sarà necessario un allenamento serio e approfondito senza il quale l'impresa sarà destinata per così dire a fallire. 1

2 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 2 HoliMASW-QC (cioè Quality Control): si tratta di un software (disponibile da marzo 2014) che, funzionando senza chiave di protezione (sia su PC a 32 che a 64bit), suggeriamo di installare sul computer di campagna (quello cioè utilizzato per acquisire i dati). E' di fatto una versione freeware (quindi limitata nelle funzionalità) di HoliSurface e winmasw che dà la possibilità di dare un'occhiata ai dati già in campagna anche subito dopo la prima martellata (ricordiamo che per il metodo HoliSurface - basato sulle velocità di gruppo e non di fase - è sufficiente una sola acquisizione/battuta). Se gli spettri di velocità relativi alla prima martellata risultano di "chiara lettura" (qui si tratta di conoscere la teoria che sta alla base del metodo HoliSurface) non sarà necessario procedere con altre martellate richieste invece se si vogliono costruire dati multicanale (cioè con diversi offset) per la classiche analisi MASW (velocità di fase). HoliMASW-QC consente anche di calcolare al volo (in campagna) l'hvsr (trattandosi di un software freeware studiato per una rapida valutazione dei dati in campagna nel computo del HVSR viene considerata la sola componente NS) e gli spettri di velocità di fase (da acquisizioni MASW - cioè multicanale). Vedi informale schema a 2 colonne riportato nelle pagine successive. HoliMASW-QC è concesso in licenza freeware a tutti gli utenti HoliSurface e winmasw con chiavetta compatibile con le versioni successive alla 4.4 (in possesso cioè di chiavetta USB del "nuovo" tipo compatibile coi sistemi operativi a 32 e a 64bit) che ne facciano richiesta. Quando utilizzare il metodo HoliSurface Per quanto il metodo possa essere applicato a tutte le situazioni, sono due i casi in cui risulta comunque particolarmente utile e indicato (dicendo questo stiamo pensando in particolare ad utenti non esperti in geofisica applicata): 1. dobbiamo fornire il profilo V S (quindi anche il parametro V S 30) per siti piuttosto semplici o noti come ad esempio si possono trovare in piena pianura alluvionale (vedi caso studio Summaga e Bibione) o un sito per cui si desideri identificare con precisione e senza ambiguità la profondità di un bedrock presente al di sotto di un pacco di sedimenti alluvionali (vedi caso studio Purgessimo). In tutti questi casi l'analisi risulta semplice anche per un utente con media preparazione. 2. si devono effettuare acquisizioni in luoghi remoti per i quali non risulta possibile o semplice il trasporto dell'intero sismografo e ci si può quindi affidare ad acquisizioni multiple (utili anche per poi effettuare analisi MASW) con la sola terna Gemini. E' importante comprendere che il metodo HoliSurface può essere definito come un metodo "facile ma non semplice": lavorare con le velocità di gruppo non risulta così intuitivo come per le velocità di fase.

3 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 3 Acquisizione di dati HoliSurface, MASW e HVSR su un dirupo di difficile accesso eseguiti nell'ambito di un lavoro di indagine per la caratterizzazione di sito necessaria alla successiva progettazione di interventi atti a stabilizzare un pendio soggetto a cedimenti. Il sistema proposto è composto tra le altre cose di cavo trigger metrato e antenna GPS Il cavo metrato consente di stendere sorgente e geofono in modo rapido ed efficace senza dover perdere tempo a misurare la lunghezza dello stendimento tramite cordella metrica. L'antenna GPS permette sia di localizzare la posizione in modo rapido (il dato è salvato nel file SAF salvato e risulta particolarmente importante nel caso di lavori di profiling - cioè acquisizioni multiple in successione per analizzare profili V S in 2D o 3D) sia di ottenere il riferimento temporale assoluto (utile per applicazioni a carattere sismologico).

4 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 4 Utilizzo del sistema winmasw -3C + HoliSurface + terna Gemini Pro: costo contenuto e completezza dei dati/analisi. La possibilità di analizzare tanto la componente radiale che verticale delle onde di Rayleigh nonché le onde di Love rappresenta di per sé un fatto notevole (tutto il libro "Onde di Superficie in Geofisica Applicata" è di fatto dedicato all'illustrazione di come le onde di Love rappresentino un "oggetto" spesso indispensabile per interpretare correttamente anche la dispersione delle onde di Rayleigh). A questo si affiancano analisi HVSR e vibrazionali (normativa DIN4150 e UNI9916 relativa alle esplosioni di cava, agli effetti vibrazionali indotti dalle lavorazione e/o dal traffico ecc. Possibilità di localizzazione del sito tramite antenna GPS (una piccola chiavetta USB opzionale da collegare al portatile di campagna) per immediata georeferenziazione delle misure: i dati relativi alla posizione geografica del sito vengono automaticamente salvati e, grazie al nostro software di elaborazione, visualizzati direttamente su Google Earth con un semplicissimo ed immediato click. Gestione automatica della localizzazione su Google Earth in caso di misure HVSR e HoliSurface Contro: rispetto all'utilizzo di un sismografo multicanale vi è qui la necessità di diverse acquisizioni ad offset differenti (il software di acquisizione guida l'intero processo). Di fatto questa soluzione può rappresentare un ottima soluzione "integrativa" anche per coloro che al momento possiede solamente un sismografo con geofoni verticali (utili solamente per l'analisi delle onde di Rayleigh):.con il "pacchetto winmasw-holisurface-gemini" potrete acquisire anche le onde di Love, l'hvsr, effettuare analisi vibrazionali, effettuare analisi HoliSurface e in futuro... L'analisi dei dati sismici delle missioni Apollo svolta per determinare il profilo V S sul nostro satellite è stata svolta proprio seguendo le procedure possibili con HoliSurface (vedi Dal Moro, 2013). Qui di seguito la determinazione della profondità del Regolite lunare (freccia rossa).

5 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 5 CASO #1 Sito semplice e/o utenti molto competenti in fatto di velocità di gruppo shot#1 CASO#2 Sito molto complesso e/o utenti con poca esperienza in fatto di velocità di gruppo shot#1 Dati visualizzabili in campagna con HoliMASW QC): Dati visualizzabili in campagna con HoliMASW QC): Gli spettri di velocità (di gruppo) e l'rvsr sono di facile comprensione Gli spettri di velocità (di gruppo) e l RVSR non ci appaiono di semplice comprensione... In questo caso il lavoro di acquisizione è terminato (è buona norma acquisire sempre anche un HVSR) Continuiamo dunque le acquisizioni (ad offset diversi) costruendo dei dataset multicanale per analisi MASW (velocità di fase). Grazie al software di acquisizione che ci guida nell'operazione, è possibile considerare sia le onde di Love che di Rayleigh. shot#2... shot#8... HVSR: in alto gli spettri di ampiezza delle tre componenti, in basso il rapporto spettrale H/V

6 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 6 Esempio analisi congiunta HoliSurface + HVSR Per quanto riguarda l'analisi HoliSurface in questo caso ci siamo limitati alle onde di Rayleigh, in quanto i dati visualizzati in campagna risultavano particolarmente semplici e di facile analisi. HoliSurface - dati di campagna: in alto a sinistra le tre tracce relative alle componenti verticale, radiale e trasversale. Per questa analisi (per la quale si è considerata unicamente una sorgente verticale in grado di generare onde di Rayleigh) si considereranno solamente le prime due relative rispettivamente alle componenti verticale e radiale dell onda di Rayleigh generata. Se avessimo utilizzato anche una sorgente di taglio, avremmo potuto utilizzare anche le onde di Love descritte dalla componente trasversale (la terza traccia). Risultato dell'inversione congiunta secondo l'approccio HoliSurface:

7 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 7 Risultato della modellazione congiunta HoliSurface + HVSR: I colori in background rappresentano gli spettri di velocità (di gruppo) dei dati di campagna mentre le contour lines nere in sovrapposizione sono gli spettri di velocità del modello identificato (mostrato in alto a destra). In basso: sulla sinistra l'rvsr mentre sulla destra l'hvsr. Si consideri che per sfruttare adeguatamente i moduli di inversione automatica di HoliSurface è consigliabile l'utilizzo di un computer con processore almeno esacore [vedi processori Xeon -

8 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 8 Tramite il software HoliSurface, ed in base alle esigenze e competenze dell'utente, è anche possibile modellare il solo rapporto spettrale HVSR (cosa sempre sconsigliata e comunque possibile anche con alcune versioni di winmasw ) e/o analizzare la dispersione delle onde di superficie (Rayleigh o Love) acquisite con anche solamente un unico geofono a componente singola (se abbiamo u unico geofono verticale potrebbe ad esempio analizzare la componente verticale delle onde di Rayleigh, mentre se abbiamo un unico geofono orizzontale potrebbe decidere se analizzare la componente radiale delle onde di Rayleigh e/o le onde di Love). Un esempio di analisi di un'unica componente (quella verticale delle onde di Rayleigh) è stata considerata nell'articolo "Joint Analysis of Lunar Surface Waves: the Apollo 16 dataset" (Dal Moro, 2013). Qui di seguito un esempio di inversione automatica dello spettro di velocità di gruppo (approccio FVS - vedi Dal Moro et al., 2013) relativo alla sola componente ZVF (cioè dell'onda di Rayleigh acquisita in questo considerando un unico geofono verticale) su una spiaggia adriatica caratterizzata da sedimenti sabbiosi. Come sempre i colori in background rappresentano lo spettro di velocità della traccia di campagna mentre le contour lines nere in sovrapposizione quello del modello identificato (si noti la perfetta sovrapposizione).

9 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 9 La rifrazione in HoliSurface Effettuando una zoomata sui dati di campagna e calcolando contestualmente lo spettrogramma della prima traccia (quella relativa alla componente verticale) possiamo notare il segnale relativo alla rifrazione: questa - come si può notare nelle figure sotto riportate - si caratterizza per velocità molto alte - quindi un tempo di arrivo decisamente "precoce" rispetto le onde di superficie e per delle frequenze chiaramente ben superiori (in questo caso centrata attorno ai 50-70Hz) rispetto le onde di superficie (qui centrate attorno ai 10-30Hz). Qui sotto i tempi delle onde rifratte per il modello identificato: sulla prima traccia sono riportati i tempi rifratti relativi alle onde P rifratte, sulla seconda traccia (relativa alla componente radiale) l'onda P diretta, mentre sulla terza (qui non mostrata in quanto l'acquisizione si riferisce alle sole onde di Rayleigh) sono riportati i tempi delle onde SH rifratte. Si noti come (in accordo con la teoria e con quanto quindi illustrato in dettaglio durante i nostri workshops) la rifrazione delle onde P sia presente anche nella componente radiale, motivo per cui spesso - avendo a che fare con i dati di un sismografo multicanale - è possibile fare analisi della rifrazione P utilizzando i geofoni orizzontali in assetto radiale. In altri termini: mentre coi geofoni verticali potete analizzare unicamente onde di Rayleigh (componente verticale) e rifrazione delle onde P (componente verticale dell'onda rifratta), con i soli geofoni orizzontali potete analizzare onde di Rayleigh (componente radiale) + onde di Love + rifrazione SH + rifrazione P (componente radiale dell'onda rifratta). Questo esempio (relativo al caso studio Purgessimo) mostra come anche con solo un'acquisizione di tipo HoliSurface (relativo cioè ad un'unica acquisizione/martellata) sia in questo caso possibile identificare con chiarezza la profondità della falda (che determina un subitaneo incremento della velocità delle onde P e che genera la rifrazione posta in evidenza). Preme sottolineare come, grazie ad un sofisticato algoritmo di ray tracing, sia in winmasw che in HoliSurface i tempi dell'onda rifratta possono considerare anche la presenza di eventuali canali a bassa velocità (che l'approccio classico non riesce invece a gestire).

10 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI Esempio analisi congiunta MASW in onde di Rayleigh e Love + HVSR (da acquisizioni multiple ad offset diversi con terna Gemini) Dati di campagna: componente verticale delle onde di Rayleigh (sopra) e onde di Love (sotto) Analisi congiunta MASW (onde di Rayleigh + Love - le contour lines blu rappresentano gli spettri del modello identificato - si noti l ottima sovrapposizione rispetto ai dati di campagna) + HVSR Elaborazione MASW FVS (vedi Dal Moro et al., 2013) ottimizzata con winmasw Academy 6.1 e successive 10

11 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 11 Analisi vibrazionali (DIN4150 e UNI9916) HoliSurface consente anche di effettuare analisi vibrazionali rispetto alle normative DIN4150 e UNI9916 (superamento o meno di taluni limiti normativi): tipiche applicazioni sono quelle relative a scoppi di miniera, vibrazioni indotte dal passaggio di traffico pesante, eccetera. Esempio di analisi vibrazionali (tunnel ferroviario passante al di sotto del sito oggetto di indagine) Dati Analisi DIN 4150 Analisi DIN 9916

12 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 12 Alcuni riferimenti e casi studio Dal Moro G., Joint Analysis of Lunar Surface Waves: the Apollo 16 dataset, EAGE Near Surface 2013, Atti del 19th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Bochum, Germany, 9-11 September 2013 [presentazione poi invitata per l'invio/pubblicazione sulla rivista Geophysical Prospecting] Dal Moro G., Coviello V., Del Carlo G., Shear-Wave Velocity Reconstruction via Unconventional Joint Analysis of Seismic Data: a Case Study in the light of Some Theoretical Aspects, Extended Abstract for the IAEG (International Association for Engineering Geology and the Environment) XII CONGRESS - Turin, September 15-19, 2014: Dal Moro G., 2013, Dal Moro G., 2012, Manuale winmasw, A winmasw booklet: Dal Moro G. and Keller L., 2013, Unambiguous determination of the Vs profile via joint analysis of multi-component active and passive seismic data. Atti del 19th European Meeting of Environmental and Engineering Geophysics, Bochum, Germany, 9-11 September 2013 [presentazione poi invitata per l'invio/pubblicazione sulla rivista First Break]: Il pacchetto "Gemini-winMASW3C-HoliSurface" rappresenta un sistema hardware e software completamente coerente ed organico studiato per offrire la possibilità di effettuare acquisizioni accurate secondo procedure che risultano semplici e allo stesso tempo altamente flessibili (in base alle esigenze del professionista). L'utente può decidere di farsi guidare dal software di acquisizione o di intervenire in modo più personale su parametri e procedure. Considerate le caratteristiche hardware e software necessarie per acquisire dati effettivamente utili per analisi HoliSurface si raccomanda di utilizzare strumenti (geofoni 3C) approvati per tali procedure analisi [attualmente solamente la terna Gemini e il suo software di acquisizione sono in grado di gestire in maniera efficace l'acquisizioni di dati utili a queste analisi]. In caso di acquisizioni eseguite con geofoni non esplicitamente approvati non sarà possibile fornire assistenza sull'analisi dei dati.

13 Pacchetto winmasw -3C + HoliSurface + GEMINI 13 Opzioni di acquisto: L'hardware: terna Gemini da 2Hz con accessori per sismica attiva [potete ad esempio decidere di acquistare solamente la terna per acquisizioni HVSR, HoliSurface e MASW per poi affidare a noi di Eliosoft l'analisi dei dati - opzione da noi spesso raccomandata a chiunque non sia sufficientemente familiare con i diversi aspetti inerenti l'analisi delle onde di superficie] Il software di analisi: solo HoliSurface (preso singolarmente è consigliabile solo ad utenti particolarmente esperti) solo winmasw -3C (per effettuare MASW in onde di Rayleigh e Love + HVSR) HoliSurface + winmasw3c (in unica chiavetta) HoliSurface + winmasw Pro HoliSurface + winmasw Academy Nell'offerta del software è incluso 1 anno di aggiornamenti gratuiti. Completa l'offerta una giornata formativa su teoria e pratica (aspetto questo al quale teniamo in modo particolare) + l'analisi di 2 dataset (da acquisire seguendo scrupolosamente le linee guida) + il libro "Onde di Superficie in Geofisica Applicata" o, in alternativa, l'analisi di un terzo dataset. Se siete già in possesso di una qualche versione di winmasw, in caso di acquisto viene applicato uno sconto (determinato sulla base del tipo di operazione che si intende mettere in atto - ad esempio passaggio da winhvsr a HoliSurface ) L'offerta pacchetto winmasw -HoliSurface -Gemini (con giornata formativa) la potrete trovare solo da noi. Per conoscere il prezzo dell'offerta di lancio (valida sino al 3 marzo 2014) scrivi a winmasw@winmasw.com