C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena

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1 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR NUOVA MISURA Asciano Loc. Camparboli (S.1) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano Loc. Camparboli Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

2 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

3 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Nome progetto: Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Nuova misura Hvsr - sismica passiva (S.1) Località: Asciano - Camparboli Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Zona: Asciano Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

4 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 13 Numero finestre incluse nel calcolo: 11 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione 4

5 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale 5

6 Grafici degli spettri STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 2.45 Hz ± 0.19 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia 6

7 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - Verifiche SESAME: Verifica Esito ELABORAZIONE CON GEOPSY Per conoscenza si allega sintesi elaborazione eseguita con Geopsy in si allega grafico della scelta delle finestre temporali e grafico H/V in cui: la curva nera continua rappresenta il rapporto H/V medio, mentre la curve nere tratteggiate, dette curve di confidenza, sono il risultato della moltiplicazione (curva superiore) e divisione (curva inferiore) dei valori del rapporto H/V medio per la deviazione standard dei valori delle singole curve H/V. Le curve colorate sono i rapporti H/V delle singole finestre; grazie al colore è possibile associare ogni curva alla corrispondente finestra temporale. Le due bande grigie identificano la frequenza principale (fo), individuata automaticamente dal programma. LA fo è esattamente al centro delle due bande. Grafico della curva H/V Grafico della sequenza delle finestre temporali selezionate 7

8 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo = 2.45 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza H/V = 3. (medio-alto contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 30 e i 50 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

9 - Loc. Camparboli - Asciano (SI) - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

10 - Asciano (SI) zona campo sportivo - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR RIELABORAZIONE DATI Asciano zona campo sportivo (S.2) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano zona campo sportivo Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

11 - Asciano (SI) zona campo sportivo - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

12 - Asciano (SI) zona campo sportivo - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Rielaborazione misura hvsr - sismica passiva Località: Asciano - zona campo sportivo (S.2) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

13 - Asciano (SI) zona campo sportivo - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 33 Numero finestre incluse nel calcolo: 20 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Coefficiente di banda:

14 - Asciano (SI) zona campo sportivo - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud 5

15 - Asciano (SI) zona campo sportivo - Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

16 - Asciano (SI) zona campo sportivo - Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.80 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 1.85 Hz ± 0.12 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

17 STUDIO DI GEOLOGICO ASSOCIATO - Asciano (SI) zona campo sportivo - CONCLUSIONI A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 1.85 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza HV>3. (alto contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 50 e i 100 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

18 STUDIO DI GEOLOGICO ASSOCIATO - Asciano (SI) zona campo sportivo - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

19 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR Asciano Via Martiri della Libertà - zona artigianale (S.3) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano Via Martiri della Libertà - zona artigianale Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

20 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. 2

21 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Misure di sismica passiva HVSR Località: ASCIANO Via Martiri della Libertà - Zona artigianale (S.3) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 31/05/2012 Zona: Asciano Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

22 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 24 Numero finestre incluse nel calcolo: 20 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

23 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

24 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 2.00 Hz ± 0.17 Hz 6

25 Grafico rapporto spettrale H/V STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

26 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 2.0 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza HV>3. (alto contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 30 e i 50 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

27 - Loc. Via Martiri della Libertà - zona artigianale - Asciano (SI) - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. i Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

28 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR NUOVA MISURA Asciano S.P.26 - zona artigianale (S.4) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano S.P 26 - zona artigianale Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

29 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. 2

30 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Nuova misura hvsr - sismica passiva Località: Asciano - zona artigianale (S.4) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Zona: Asciano Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1800 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

31 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 37 Numero finestre incluse nel calcolo: 31 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Coefficiente di banda: Traccia in direzione Verticale Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa 4

32 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

33 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.60 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 1.95 Hz ± 0.21 Hz 6

34 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito Non superato ELABORAZIONE CON GEOPSY Per conoscenza si allega sintesi elaborazione eseguita con Geopsy in si allega grafico della scelta delle finestre temporali e grafico H/V in cui: la curva nera continua rappresenta il rapporto H/V medio, mentre la curve nere tratteggiate, dette curve di confidenza, sono il risultato della moltiplicazione (curva superiore) e divisione (curva inferiore) dei valori del rapporto H/V medio per la deviazione standard dei valori delle singole curve H/V. Le curve colorate sono i rapporti H/V delle singole finestre; grazie al colore è possibile associare ogni curva alla corrispondente finestra temporale. Le due bande grigie identificano la frequenza principale (fo), individuata automaticamente dal programma. LA fo è esattamente al centro delle due bande. L area tratteggiata in rosso indica la zona di frequenza in cui il rapporto calcolato no è affidabile in quanto le finestre temporali scelte non solino lunghe a sufficienza per raggiungere quelle basse frequenze. 7

35 Si allegano due elaborazioni fatte: STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Grafico della curva H/V Grafico della sequenza delle finestre temporali selezionate Frequenza del picco del rapporto H/V: circa 1.80 Hz con contrasto d impedenza H/V < 2 (assenza di risonanza) coerente con l elaborazione fatto con il software della Geostru Easy HVSR Grafico della sequenza delle finestre temporali selezionate Grafico della curva H/V Frequenza del picco del rapporto H/V: circa 0.3 Hz con contrasto d impedenza 2< H/V < 3 (basso) 8

36 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo = 1.95 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza H/V < 2. (assenza di risonanza) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 50 e i 100 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE B TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 9

37 - Loc. S.P.26 - zona artigianale - Asciano (SI) - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

38 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR Asciano Faz. Chiusure (S.5) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano Fraz. Chiusure Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

39 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. 2

40 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Nome progetto: Committente: COMUNE DI ASCINAO (SI) Cantiere: Misure di sismica passiva HVSR Località: Asciano - Fraz. di Chiusure (S.5) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 31/05/2012 Zona: Chiusure Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

41 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 19 Numero finestre incluse nel calcolo: 15 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

42 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

43 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

44 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 6.20 Hz ± 0.14 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

45 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 6.2 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza HV>3. (alto contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 10 e i 20 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

46 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

47 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR NUOVA MISURA Asciano Fraz. Chiusure (S.6) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano Fraz. Chiusure Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

48 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

49 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI9 Cantiere: Nuova misura hvrs - sismica passiva Località: Asciano (SI) - Fraz. Chiusure Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1800 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

50 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 27 Numero finestre incluse nel calcolo: 19 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

51 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud 5

52 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

53 - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 3.80 Hz ± 0.16 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

54 STUDIO DI GEOLOGICO ASSOCIATO - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - ELABORAZIONE CON GEOPSY Per conoscenza si allega sintesi elaborazione eseguita con Geopsy in si allega grafico della scelta delle finestre temporali e grafico H/V in cui: la curva nera continua rappresenta il rapporto H/V medio, mentre la curve nere tratteggiate, dette curve di confidenza, sono il risultato della moltiplicazione (curva superiore) e divisione (curva inferiore) dei valori del rapporto H/V medio per la deviazione standard dei valori delle singole curve H/V. Le curve colorate sono i rapporti H/V delle singole finestre; grazie al colore è possibile associare ogni curva alla corrispondente finestra temporale. Le due bande grigie identificano la frequenza principale (fo), individuata automaticamente dal programma. La fo è esattamente al centro delle due bande. L area tratteggiata in rosso indica la zona di frequenza in cui il rapporto calcolato no è affidabile in quanto le finestre temporali scelte non solino lunghe a sufficienza per raggiungere quelle basse frequenze. Grafico della sequenza delle finestre temporali selezionate Grafico della curva H/V 8

55 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGICO ASSOCIATO - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo = 3.80 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza H/V > 3. (alto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 20 e i 30 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1) la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 9

56 STUDIO DI GEOLOGICO ASSOCIATO - Comune di Asciano (SI) Fraz. Chiusure - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1) Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo, sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

57 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR RIELABORAZIONE DATI Loc. Le Fornaci Arbia (S.7) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA : Asciano Fraz. Chiusure Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

58 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

59 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Rielaborazione hvsr sismica passiva Località: Le Fornaci Fraz. Arbia Comune di Asciano (SI) (S.7) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Zona: Arbia Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz 3

60 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 12 Numero finestre incluse nel calcolo: 10 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

61 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

62 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

63 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 1.25 Hz ± 0.36 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

64 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) CONCLUSIONI A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 1.25 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza 2<HV<3. (basso contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 50 e i 100 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

65 - Loc. Le Fornaci - Arbia Comune di Asciano (SI) Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

66 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR NUOVA ELABORAZIONE Fraz. Arbia Loc. Via Toscana (S.8) - zona scuola materna e elementare - COMMITTENTE: Dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA INDAGINE: Arbia Via Toscana Zona scuola materna e elementare Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 Marzo

67 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

68 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità (curva celeste) del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Nuova misura hvsr - sismica passiva Località: Asciano - Fraz. Arbia zona scuola elementare e materna (S.8) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Zona: Arbia Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1800 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

69 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 24 Numero finestre incluse nel calcolo: 15 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

70 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

71 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.30 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 1.50 Hz ±0.30 Hz 6

72 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

73 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - ELABORAZIONE CON GEOPSY Per conoscenza si allega sintesi elaborazione eseguita con Geopsy in si allega grafico della scelta delle finestre temporali e grafico H/V in cui: la curva nera continua rappresenta il rapporto H/V medio, mentre la curve nere tratteggiate, dette curve di confidenza, sono il risultato della moltiplicazione (curva superiore) e divisione (curva inferiore) dei valori del rapporto H/V medio per la deviazione standard dei valori delle singole curve H/V. Le curve colorate sono i rapporti H/V delle singole finestre; grazie al colore è possibile associare ogni curva alla corrispondente finestra temporale. Le due bande grigie identificano la frequenza principale (fo), individuata automaticamente dal programma. LA fo è esattamente al centro delle due bande. L area tratteggiata in rosso indica la zona di frequenza in cui il rapporto calcolato no è affidabile in quanto le finestre temporali scelte non solino lunghe a sufficienza per raggiungere quelle basse frequenze. Grafico della sequenza delle finestre temporali selezionate Grafico della curva H/V 8

74 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - CONCLUSIONI A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 1.50 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza 2<HV<3. (basso contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 50 e i 100 m. (vd. schema allegato) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. 9

75 - Loc. Via Toscana zona scuola elementare e materna Arbia - Comune di Asciano (SI) - Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo,sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

76 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR Loc. Casetta Arbia (S.9) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA INDAGINE: Casetta Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

77 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

78 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: misure si simica passiva HVSR Località: Casetta - Asciano (SI) (S.9) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 06/04/2013 Zona: Casetta Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

79 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 25 Numero finestre incluse nel calcolo: 23 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % 4

80 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

81 - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

82 Rapporto spettrale H/V STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Casetta Comune di Asciano (SI) - Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.45 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 0.75 Hz ±0.53 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

83 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Casetta - Comune di Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 0.75 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza 2<HV<3. (basso contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità > di 100 metri (vd. tabella allegata) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto).

84 - Loc. Casetta - Comune di Asciano (SI) - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo, sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo 2014

85 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR RIELABORAZIONE DATI Loc. Casetta zona PIP - (S.10) COMMITTENTE: dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA INDAGINE: Casetta zona PIP Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

86 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

87 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Rielaborazione hvsr - sismica passiva Località: Casetta - zona PIP (S.10) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. Grafici tracce: 3

88 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 16 Numero finestre incluse nel calcolo: 16 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Coefficiente di banda:

89 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

90 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri Rapporto spettrale H/V Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.50 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Konno & Ohmachi Percentuale di lisciamento: % Tipo di somma direzionale: Media geometrica 6

91 - Loc. Casetta zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 1.25Hz ±0.39 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito 7

92 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Casette zona PIP - Comune di Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 1.25 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza HV>3. (alto contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità tra i 50 e i 100 metri (vd. tabella allegata) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE A TIPO 1 La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). 8

93 - Loc. Casette zona PIP - Comune di Asciano (SI) - Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo, sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

94 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR RIELABORAZIONE DATI Loc. Torre a Castello (S.11) COMMITTENTE: Dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA INDAGINE: Torre a Castello Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

95 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

96 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Nome progetto: Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Rielaborazione hvsr - sismica passiva Località: Torre a Castello (S.11) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

97 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 22 Numero finestre incluse nel calcolo: 10 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: 9.00 % 4

98 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Esclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest 5

99 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6

100 Rapporto spettrale H/V STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Dati riepilogativi: Frequenza massima: Hz Frequenza minima: 0.20 Hz Passo frequenze: 0.15 Hz Tipo lisciamento:: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: 9.00 % Tipo di somma direzionale: Media aritmetica Risultati: Frequenza del picco del rapporto H/V: 0.65 Hz ± 0.52 Hz Grafico rapporto spettrale H/V Rapporto spettrale H/V e suo intervallo di fiducia Verifiche SESAME: Verifica Esito Non superato 7

101 CONCLUSIONI STUDIO DI GEOLOGIA ASSOCIATO - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - A livello qualitativo è stato preso come valore di picco di frequenza fondamentale fo 0.65 Hz a cui corrisponde un contrasto di impedenza HV 2. (basso contrasto) Inoltre dal valore frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza) è possibile, a livello semi-quantitativo, stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli effetti osservati che in questo caso corrisponde ad una profondità oltre i 100 metri (vd. tabella allegata) CLASSIFICAZIONE DELLA CURVA H/V CLASSE B TIPO 2 NOTE: avendo un basso contrasto di impedenza 2 non sufficientemente marcato nell intervallo di frequenza di interesse, anche se verificato, risulta non chiaro: possibile assenza di risonanza. La classificazione delle curve H/V prevede le seguenti tre classi di qualità: Classe A (H/V affidabile: può essere utilizzata anche da sola) 1)- la forma dell H/V nell intervallo di frequenza di interesse rimane stazionaria per almeno il 30% della durata della misura; 2)- le variazioni azimutali di ampiezza non superiori il 30% del massimo; 3)- assenza di disturbi elettromagnetici nella banda di frequenza di interesse; 4)- I massimi sono caratterizzati da una diminuzione localizzata dello spettro della componente verticale; 5)- I primi tre criteri SESAME per una curva H/V attendibile sono verificati; 6)- durata della misura di almeno 15/20 minuti. 8

102 - Loc. Torre a Castello - Comune di Asciano (SI) - Eccezione nel caso di assenza di contrasti di impedenza sufficientemente marcati, la condizione 5) non sarà soddisfatta anche se la misura è affidabile (H/V tipo 2, vd. sotto). Classe B (H/V da interpretare : va utilizzata con cautela e solo se coerente con altre misure vicine) Almeno una delle 6 condizioni della classe A non è soddisfatta (almeno che non si rientri nell eccedenza sopra citata) Classe C (H/V scadente e di difficile interpretazione: non va utilizzata) 1)- Misura tipo B con curva H/V che mostra ampiezza crescente al diminuire della frequenza (deriva) indice di movimento dello strumento durante la misura; 2)- misura tipo B con presenza di rumore elettromagnetico nell intervallo di frequenza di interesse. Per le classi A e B si possono definire le seguenti sottoclassi: Tipo 1: H/V con almeno un picco chiaro secondo i criteri SESAME (possibile risonanza) Tipo 2: H/V senza picchi chiari nell intervallo di frequenza di interesse (ampiezza della curva circa uguale a 1: assenza di risonanza. Questo tipo di indagini non sostituisce una analisi di dettaglio ma ha il solo scopo, sotto stretto controllo geologico, di fornire indicazioni preliminari sulla struttura del sottosuolo. Montepulciano, dicembre 2012 Integrazione marzo

103 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - C O M U N E D I A S C I A N O Provincia di Siena INDAGINE GEOFISICA MEDIANTE LA TECNICA DEI RAPPORTI SPETTRALI O HVSR RIELABORAZIONE DATI Loc. Castelnuovo Stazione zona le Fornaci (S.12) COMMITTENTE: Dr. Geol. Michele Bocci Siena LOCALITA INDAGINE: Castelnuovo Stazione Zona le Fornaci Asciano (SI) Montepulciano, lì dicembre 2012 marzo

104 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - INDAGINE GEOFISICA (SISMICA PASSIVA) E stata eseguita una indagine geofisica mediante la tecnica di simica passiva con il metodo HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio) che si basa sulla misura dei microtremori che sono sempre presenti sulla superficie terrestre e sono generati da fenomeni naturali (vento, onde marine) e artificiali (attività antropiche). Il metodo HVSR o tecnica dei rapporti spettrali tra la componente orizzontale e verticale del campo di rumore ambientale, rappresenta una delle metodologie di maggior impiego per la stima delle frequenze proprie di vibrazione del sottosuolo. Inoltre è possibile individuare le discontinuità sismiche nonché la profondità della formazione compatta (bedrock geofisico) ed effettuare anche una stima della velocità di propagazione delle onde di taglio (Vs30) Strumentazione e metodologia impiegata La misura di microtremore ambientale è stata effettuata utilizzando il sismografo digitale multicanale M.A.E. A6000S (24 bit per canale), alimentato da 1 batteria e collegato ad un sensore geofonico 3D di superficie con frequenza propria di 2 Hz. Il dispositivo geofonico, progettato specificatamente per l acquisizione del rumore sismico, è dotato di tre sensori elettrodinamici (velocimetri) di cui n. 2 componenti orizzontali orientati N-S, E-W e n.1 verticale. I dati di rumore, amplificati e digitalizzati a 24 bit equivalenti, sono stati acquisiti alla frequenza di campionamento di 250 Hz, per una durata di registrazione pari a 20 minuti. I dati di rumore ambientale raccolti sono stati successivamente processati con software specifico, ovvero Easy HVSR della Geostru e confrontati con HVlab della MAE per la determinazione della curva HVSR ed avendo come obiettivo principale la ricerca del picco di frequenza naturale. Cenni sulla teoria della tecnica HVSR La tecnica HVSR permette in primo luogo di valutare la frequenza di vibrazione naturale di un sito. Successivamente, come ulteriore sviluppo, la stima del parametro normativo Vs30 attraverso un processo di inversione del problema iniziale. Le ipotesi alla base della tecnica sono: una concentrazione del contenuto in frequenza localizzato maggiormente in quelle basse (tipicamente al di sotto dei 20 Hz); assenza di sorgenti periodiche e/o con contenuto in alte frequenze; le sorgenti di rumore sono uniformemente distribuite intorno alla stazione di registrazione. Se queste sono soddisfatte, la tecnica può essere suddivisa nelle fasi che vengono di seguito illustrate. Si esegue una registrazione del rumore ambientale lungo tre direzioni ortogonali tra loro (x,y,z) con una singola stazione. Tale registrazione deve essere effettuate, secondo le indicazioni del progetto SESAME, per una durata non inferiore ai 20 minuti. Si esegue un operazione detta di windowing, in cui le tre tracce registrate vengono suddivise in finestre temporali di prefissata durata. Secondo le indicazioni del succitato progetto SESAME tale dimensione, detta Long Period, deve essere almeno pari ai 20 secondi. Si ottiene così un insieme di finestre long, che sono sincronizzate fra le tracce. 2

105 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - Queste finestre vengono filtrate in base a dei criteri che permettono di individuare l eventuale presenza di transienti (disturbi temporanei con grandi contributi nelle frequenze alte) o di fenomeni di saturazione. Per ciascuna delle finestre rimanenti, quindi ritenute valide, viene valutato lo spettro di Fourier. Quest ultimo viene sottoposto a tapering e/o lisciamento secondo una delle varie tecniche note in letteratura e ritenute all uopo idonee. Successivamente si prendono in considerazione gli spettri delle finestre relative alle tracce orizzontali in coppia. Ovvero, ogni spettro di una finestra per esempio della direzione X, ha il suo corrispettivo per le finestre nella direzione Y, vale a dire che sono relative a finestre temporali sincrone. Per ognuna di queste coppie viene eseguita una somma tra le componenti in frequenza secondo un determinato criterio che può essere, ad esempio, una semplice media aritmetica o una somma euclidea. Per ciascuna coppia di cui sopra, esiste lo spettro nella direzione verticale Z, ovvero relativo alla finestra temporale sincrona a quelle della coppia. Ogni componente in frequenza di questo spettro viene usato come denominatore nel rapporto con quello della suddetta coppia. Questo permette quindi di ottenere il ricercato rapporto spettrale H/V per tutti gli intervalli temporali in cui viene suddivisa la registrazione durante l operazione di windowing. Eseguendo per ciascuna frequenza di tali rapporti spettrali una media sulle varie finestre, si ottiene il rapporto spettrale H/V medio, la cui frequenza di picco (frequenza in cui è localizzato il massimo valore assunto dal rapporto medio stesso) rappresenta la deducibile stima della frequenza naturale di vibrazione del sito. L ulteriore ipotesi che questo rapporto spettrale possa ritenersi una buona approssimazione dell ellitticità del modo fondamentale della propagazione delle onde di Rayleigh, permette di confrontare questi due al fine di ottenere una stima del profilo stratigrafico. Tale procedura, detta di inversione, consente di definire il profilo sostanzialmente in termini di spessore e velocità delle onde di taglio. Avendo quindi una stima del profilo della velocità delle onde di taglio, è possibile valutarne il parametro normativo Vs30. Dati generali Nome progetto: Committente: COMUNE DI ASCIANO (SI) Cantiere: Rielaborazione hvsr - sismica passiva Località: Castelnuovo stazione - zona le Fornaci (S.12) Operatore: Dr. Geol. Renzo Formichi Responsabile: Dr. Geol. Renzo Formichi Data: 02/03/2014 Latitudine: Longitudine: Tracce in input Dati riepilogativi: Numero tracce: 3 Durata registrazione: 1200 s Frequenza di campionamento: Hz Numero campioni: Direzioni tracce: Nord-Sud; Est-Ovest; Verticale. 3

106 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - Grafici tracce: Traccia in direzione Nord-Sud Traccia in direzione Est-Ovest Traccia in direzione Verticale Finestre selezionate Dati riepilogativi: Numero totale finestre selezionate: 28 Numero finestre incluse nel calcolo: 27 Dimensione temporale finestre: s Tipo di lisciamento: Triangolare proporzionale Percentuale di lisciamento: 6.00 % 4

107 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - Tabella finestre: Numero finestra Istante iniziale Istante finale Selezione Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Esclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Inclusa Grafici tracce con finestre selezionate: Traccia e finestre selezionate in direzione Nord-Sud 5

108 - Loc. Castelnuovo Stazione - zona le Fornaci - Comune di Asciano (SI) - Traccia e finestre selezionate in direzione Est-Ovest Traccia e finestre selezionate in direzione Verticale Grafici degli spettri Spettri medi nelle tre direzioni Mappa della stazionarietà degli spettri Mappa della direzionalità degli spettri 6