1. Premesse Indagine sismica a rifrazione Analisi ed elaborazione dei dati: risultati ottenuti 7

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2 INDICE 1. Premesse 2 2. Indagine sismica a rifrazione 4 3. Analisi ed elaborazione dei dati: risultati ottenuti 7 Calcolo dei moduli dinamici di elasticità e taglio 7 4. Sismica passiva: tecnica dei rapporti spettrali HVSR 9 5. Documentazione fotografica 10 1

3 1. Premesse A completamento dello studio geostrutturale e geomeccanico effettuato, e a seguito della richiesta, formulata dalla Regione Lazio, Assessorato alle infrastrutture, Enti locali e politiche abitative - Direzione Regionale Infrastrutture e Politiche Abitative, è stata eseguita un indagine geofisica, definita ai sensi del Regolamento Regionale di cui alla D.G.R. Lazio n. 375/2016, comprendente l esecuzione di una prospezione sismica tomografica in onde P ed in due misure HVSR, al fine di caratterizzare l intero volume geotecnicamente significativo. Lo scopo dell indagine è stata la caratterizzazione dinamica del sottosuolo nelle prime decine di metri, con l individuazione delle principali unità geofisiche e delle proprietà meccaniche, quali la velocità Vs delle onde trasversali, Vp delle onde longitudinali e i relativi parametri elastici (E e G). In particolare, le indagini hanno permesso la determinazione della categoria di suolo prevista dalla normativa NTC08. Sullo stesso stendimento sono state eseguite battute esterne e centrali, al fine di poter ricostruire il modello geofisico e la sezione sismotomografica in onde P. Apparecchiatura utilizzata Sismografo DoReMi Caratteristiche tecniche Classe strumentale: sismografo multicanale per geofisica Topologia: rete differenziale RS485 half-duplex multipoint Lunghezza massima della rete: 1200 metri senza ripetitori (virtualmente illimitata con ripetitori) Numero massimo di canali per tratta: 255 Campionamento Memoria: 64 kbyte (>30000 campioni) Frequenze in Hz: 200,300,400,500,800,1000,2000,3000,4000, 8000,10000,20000 pari ad intervalli in ms di: 5, 3.33, 2.5, 2, 1,25, 1, 0.5, 0.33, 0.25, 0.125, 0.1, 0.05 Esempi di utilizzo della memoria: ReMi: 500Hz, t-max 60 secondi MASW: 4000Hz, t-max 7.5 secondi Riflessione: 20000Hz, t-max 1.5 secondi Dinamica del sistema Risoluzione con guadagno 10x: µv 2

4 Risoluzione con guadagno 1000x: µv Dinamica di base: 96dB (16 bit) Dinamica massima del preamplificatore: 80dB Signal to Noise Ratio RMS fra 0.5 e 30Hz: >90dB Full range a 10x: 0.5V p-p Risoluzione RMS a 1000x e 4000SPS: V p-p Dinamica totale teorica: 155dB Dinamica totale senza postprocessing: > 127dB (a qualsiasi frequenza di campionamento) Dinamica totale in postprocessing: >140dB Alimentazione Tensione di alimentazione: 10-15VdC Convertitore A/D Tipologia: SAR Risoluzione: 16 bit Dinamica: 96 db Preamplificatore Tipologia: ultra-low noise con ingresso differenziale Filtri: 3Hz passa alto 1 polo, 200Hz passa basso 4 poli Guadagni: da 10x a 8000x Reiezione di modo comune: >80dB Diafonia (crosstalk): non applicabile (elementi singoli a trasmissione digitale) Impedenza d'ingresso: >100kΩ. A corredo del sismografo: n 16 geofoni del tipo elettromagnetico a bobina mobile con frequenza caratteristica di 4.5 Hz collegabili ad un cavo per stendimenti con offset max di 5 metri, lunghezza totale 55 metri. Sorgente energizzante costituita da mazza battente di 8 kg con geofono starter Per l elaborazione dei dati acquisiti in campagna Software Rayfract sviluppato dalla Intelligent Resources Vancouver Canada. Surfer(8) per il gridding e countoring della Golden Software 3

5 2. Indagine sismica a rifrazione L indagine sismotomografica è stata condotta su uno stendimento posto in prossimità della zona d imposta delle barriere paramassi; lungo lo stendimento sono stati eseguiti tre scoppi, di cui due esterni ad esso, con offset di 2 metri e uno centrale. Lo scopo di tale indagine è stata essenzialmente la determinazione della velocità delle onde longitudinali e la determinazione più corretta del coefficiente di Poisson come di seguito meglio specificato. L elaborazione dei dati acquisiti è stata eseguita preliminarmente mediante l analisi delle dromocrone con il metodo GRM, e successivamente con le metodologie proprie della tomografia. Il metodo sismico si occupa dell esplorazione del sottosuolo, attraverso lo studio della propagazione delle onde elastiche generate mediante l utilizzazione di masse battenti o tramite esplosioni controllate (punto di energizzazione). L impiego dell una o dell altra fonte di energizzazione dipende essenzialmente dalla profondità d investigazione richiesta e dallo scopo dell indagine. Le onde elastiche seguono le stesse leggi delle onde luminose. Il fine delle indagini sismiche è di risalire a modelli di terreni caratterizzati da una differente velocità delle onde elastiche, nell individuare i loro spessori e la loro distribuzione spaziale. Inoltre poiché la velocità delle onde elastiche di volume, (onde "P" ed onde "S"), è funzione dei parametri elastici del mezzo in cui si propagano, conoscendone la densità, si possono ricavare i moduli elastici dinamici che caratterizzano il mezzo stesso. È valido quindi per ricerche stratigrafiche e per molti problemi di ingegneria. Il metodo sismico, in altre parole, consente la ricostruzione di rappresentazioni bidimensionali della distribuzione della velocità delle onde sismiche, tra due allineamenti costituiti da energizzatori e rilevatori. La radiazione sismica, attraversando le rocce, è alterata dal corpo stesso per cui i valori di velocità e l ampiezza delle onde risentono di 4

6 differenti stati geomeccanici della roccia quali, ad esempio, la presenza di intense fasce di fratturazione o di zone a maggiore o minore velocità sismica, quali giacimenti minerari o presenza di acqua. L analisi delle immagini tomografiche consente di identificare zone fratturate all interno di rocce, rinvenire giacimenti minerari, scoprire inquinanti. Non rappresenta una metodologia risolutiva nel campo delle prospezioni per la ricerca delle cavità o di manufatti, specie in terreni alluvionali e, in genere, per cavità ed oggetti di ridotte dimensioni, ciò a causa della difficoltà di discriminazione di differenze di tempi estremamente piccole, (centesimi e millesimi di millisecondo), legate alla interferenza del segnale sismico provocato con l'anomalia sepolta. Ad aggravare ulteriormente la difficoltà di lettura di tempi così brevi, sta la necessità di provvedere a disposizioni particolarmente accurate e precise del sistema di registrazione sul terreno, (posizione dei geofoni e del punto di energizzazione), che ovviamente mal si sposano con la velocità di esecuzione e l'economicità del sistema. Nonostante questa premessa, in determinate condizioni e grazie a strumentazione moderna e protocolli di impiego accuratamente predisposti, il metodo sismico può trovare favorevole applicazione applicazione. Le indagini sismiche, in pratica, si effettuano misurando i tempi diretti di propagazione nel terreno delle onde sismiche tra una sorgente di energia, e uno o più sensori (geofoni), che vengono posizionati lungo un allineamento a distanze progressivamente crescenti dal punto di emissione dell energia. Le indagini possono essere effettuate sia a livello, che in foro. Lungo la base sismica le onde provenienti dal punto di energizzazione che arrivano ai sismografi sono prima quelle dirette e poi quelle che hanno subito il fenomeno della 5

7 rifrazione al tetto di strati sempre più profondi (supposto che la compattezza aumenti con la profondità). L indagine sismica a rifrazione è valida quando si verificano le condizioni sopra accennate e la velocità dei vari terreni aumenta con la profondità. Se, cioè, terreni con velocità basse sono al di sotto di terreni con velocità più alte, non possono essere evidenziati dall indagine. La curva che dà il tempo in funzione della distanza viene chiamata dromocrona e permette di determinare con opportuni calcoli le velocità e gli spessori dei vari terreni. 6

8 3. Analisi ed elaborazione dei dati: risultati ottenuti Dai dati acquisiti, attraverso l analisi dei sismogrammi, sono state ricostruite le dromocrone, ovvero i grafici che mettono in relazione i tempi di primo arrivo delle onde sismiche con le distanze dai punti di energizzazione (e quindi le distanze percorse dalle onde). L analisi dell andamento delle dromocrone è stata completata con la ricostruzione della sezione sismotomografica allegata. Calcolo dei moduli dinamici di elasticità e taglio Nei problemi ingegneristici la prospezione sismica presenta il vantaggio di determinare il valore del modulo di elasticità, la cui conoscenza è indispensabile ai fini della progettazione dei manufatti. uguale a: A questo proposito si ricorda che il modulo dinamico di elasticità E (o di Young) è E =P/ε dove P è lo sforzo di compressione applicato e ε è la deformazione. Ma si può arrivare alla ε anche da Poisson (σ) ove σ= εt/ εl (deformazione trasversale su deformazione longitudinale) ed il valore σ varia da 0 a 0.5. Inoltre, dalla sismica (Rifrazione o MASW) e dai valori della velocità delle onde longitudinali e trasversali può ricavarsi il valore del coefficiente di Poisson, attraverso la relazione Σ=[0.5*(Vp/V) 2-1]/[8vp/vs) 2-1] Sulla base dei valori di velocità di propagazione delle onde sismiche longitudinali, la densità del mezzo ed il modulo di Poisson, è possibile stimare il modulo dinamico di 7

9 elasticità. Questo modulo è meno preciso puntualmente, ma più valido come valore medio e più alto di quello statico che, per gli elevati sforzi a cui sottopone il terreno, è sensibile anche alle deformazioni plastiche irreversibili. E= 2(Vs) 2 * d(1+σ) * (dove d è la densità del mezzo) Dal valore del modulo di elasticità è possibile calcolare il modulo di rigidità G (modulo di Taglio) attraverso la seguente relazione: G=E/2x(1+σ) Vp(km/s) Coefficiente di Poisson Vs(km/s) E (modulo di Young) (GPa) Peso di volume (kn/mc) G (modulo di taglio) (GPa) Mediante l analisi delle onde di Rayleigh viene determinato il parametro Vs30, che rappresenta la velocità media di propagazione delle onde S nei primi 30 metri di profondità ed è calcolato mediante la seguente espressione (1): Dove: hi è lo spessore dello strato iesimo Vi è la velocità dello strato iesimo La classificazione del terreno di fondazione è ottenuta attraverso la stima del parametro Vs30, come indicato dalla normativa vigente (OPCM 3274, DM 19/ 09/ 2005 e D.M Nuove norme tecniche sulle costruzioni ). 8

10 4. Sismica passiva: tecnica dei rapporti spettrali HVSR Sono state, inoltre, eseguite due misure di rumore sismico, mediante tromografo digitale della Micromed s.r.l. (Tromino). Si tratta di un tromografo tricomponente dotato di tre velocimetri disposti secondo le tre direzioni del moto, capace di registrare i microtremori in un intervello di frequenze tra 0.1 hz a 256 hz con una digitalizzazione del segnale pari a 24 bit.. La tecnica HVSR permette di estrarre informazioni relative al sottosuolo a partire dagli spettri di rumore sismico registrati in sito. La tecnica prevede di calcolare il rapporto, in funzione della frequenza, tra gli spettri di risposta della componente orizzontale e verticale del moto dovuto ai microtremori (rumore sismico). Tale metodo è in grado di fornire le frequenze di risonanza dei sottosuoli, ed è per questo che è stato utilizzato per il presente lavoro. Tale tecnica permette di produrre una curva HVSR che mostra picchi di frequenza dei vari strati. Il risultato dell analisi è ottenuto con il software Grilla in dotazione a Tromino. In sintesi il segnale dei velocimetri è acquisito in ciascun sito per un tempo t (solitamente 20 min) e digitalizzato a 24 bit. Il software Grilla per ciascuna delle tre componenti del moto : 1) divide il tracciato acquisito in finestre di lunghezza L; 2) calcola la trasformata di Fourier (FFT) per ciascuna finestra; 3) calcola lo spettro di ampiezza per ciascuna finestra secondo la funzione di lisciamento ft e calcola il rapporto spettrale HVSR ad ogni frequenza per ciascuna finestra. Di seguito si riportano i grafici ottenuti con lisciamento secondo finestre triangolari con ampiezza pari al 5% della frequenza centrale. 9

11 5. Documentazione fotografica 10

12 Profondità (m) SEZIONE SISMO TOMOGRAFICA (Onde P) Distanza [m] VELOCITA' (m/s)

13 TROMINO Grilla MAENZA, BARRIERA 1 Strumento: TZ3-0025/01-14 Formato dati: 32 byte Fondo scala [mv]: 51 Inizio registrazione: 19/01/17 15:34:30 Fine registrazione: 19/01/17 15:54:30 Nomi canali: NORTH SOUTH; EAST WEST ; UP DOWN Dato GPS non disponibile Durata registrazione: 0h20'00''. Analizzato 73% tracciato (selezione manuale) Freq. campionamento: 128 Hz Lunghezza finestre: 20 s Tipo di lisciamento: Triangular window Lisciamento: 10% RAPPORTO SPETTRALE ORIZZONTALE SU VERTICALE SERIE TEMPORALE H/V DIREZIONALITA' H/V SPETTRI DELLE SINGOLE COMPONENTI

14 TROMINO Grilla [Secondo le linee guida SESAME, Si raccomanda di leggere attentamente il manuale di Grilla prima di interpretare la tabella seguente]. Picco H/V a ± 9.06 Hz (nell'intervallo Hz). Criteri per una curva H/V affidabile [Tutti 3 dovrebbero risultare soddisfatti] f 0 > 10 / L w > 0.50 OK n c (f 0 ) > > 200 OK σ A (f) < 2 per 0.5f 0 < f < 2f 0 se f 0 > 0.5Hz σ A (f) < 3 per 0.5f 0 < f < 2f 0 se f 0 < 0.5Hz Superato 0 volte su 1144 OK Criteri per un picco H/V chiaro [Almeno 5 su 6 dovrebbero essere soddisfatti] Esiste f - in [f 0 /4, f 0 ] A H/V (f - ) < A 0 / Hz OK Esiste f + in [f 0, 4f 0 ] A H/V (f + ) < A 0 / 2 NO A 0 > > 2 OK f picco [A H/V (f) ± σ A (f)] = f 0 ± 5% < 0.05 NO σ f < ε(f 0 ) < NO σ A (f 0 ) < θ(f 0 ) < 1.58 OK L w n w n c = L w n w f 0 f f 0 σ f ε(f 0 ) A 0 A H/V (f) f f + σ A (f) σ logh/v (f) θ(f 0 ) lunghezza della finestra numero di finestre usate nell analisi numero di cicli significativi frequenza attuale frequenza del picco H/V deviazione standard della frequenza del picco H/V valore di soglia per la condizione di stabilità σ f < ε(f 0 ) ampiezza della curva H/V alla frequenza f 0 ampiezza della curva H/V alla frequenza f frequenza tra f 0 /4 e f 0 alla quale A H/V (f - ) < A 0 /2 frequenza tra f 0 e 4f 0 alla quale A H/V (f + ) < A 0 /2 deviazione standard di A H/V (f), σ A (f) è il fattore per il quale la curva A H/V (f) media deve essere moltiplicata o divisa deviazione standard della funzione log A H/V (f) valore di soglia per la condizione di stabilità σ A (f) < θ(f 0 ) Valori di soglia per σ f e σ A (f 0 ) Intervallo di freq. [Hz] < > 2.0 ε(f 0 ) [Hz] 0.25 f f f f f 0 θ(f 0 ) per σ A (f 0 ) log θ(f 0 ) per σ logh/v (f 0 )

15 TROMINO Grilla MAENZA, BARRIERA HV2 Strumento: TZ3-0025/01-14 Formato dati: 32 byte Fondo scala [mv]: 51 Inizio registrazione: 19/01/17 15:57:04 Fine registrazione: 19/01/17 16:17:04 Nomi canali: NORTH SOUTH; EAST WEST ; UP DOWN Dato GPS non disponibile Durata registrazione: 0h20'00''. Analizzato 83% tracciato (selezione manuale) Freq. campionamento: 128 Hz Lunghezza finestre: 20 s Tipo di lisciamento: Triangular window Lisciamento: 10% RAPPORTO SPETTRALE ORIZZONTALE SU VERTICALE SERIE TEMPORALE H/V DIREZIONALITA' H/V SPETTRI DELLE SINGOLE COMPONENTI

16 TROMINO Grilla [Secondo le linee guida SESAME, Si raccomanda di leggere attentamente il manuale di Grilla prima di interpretare la tabella seguente]. Picco H/V a ± Hz (nell'intervallo Hz). Criteri per una curva H/V affidabile [Tutti 3 dovrebbero risultare soddisfatti] f 0 > 10 / L w > 0.50 OK n c (f 0 ) > > 200 OK σ A (f) < 2 per 0.5f 0 < f < 2f 0 se f 0 > 0.5Hz σ A (f) < 3 per 0.5f 0 < f < 2f 0 se f 0 < 0.5Hz Superato 0 volte su 1389 OK Criteri per un picco H/V chiaro [Almeno 5 su 6 dovrebbero essere soddisfatti] Esiste f - in [f 0 /4, f 0 ] A H/V (f - ) < A 0 / 2 NO Esiste f + in [f 0, 4f 0 ] A H/V (f + ) < A 0 / 2 NO A 0 > > 2 OK f picco [A H/V (f) ± σ A (f)] = f 0 ± 5% < 0.05 NO σ f < ε(f 0 ) < NO σ A (f 0 ) < θ(f 0 ) < 1.58 OK L w n w n c = L w n w f 0 f f 0 σ f ε(f 0 ) A 0 A H/V (f) f f + σ A (f) σ logh/v (f) θ(f 0 ) lunghezza della finestra numero di finestre usate nell analisi numero di cicli significativi frequenza attuale frequenza del picco H/V deviazione standard della frequenza del picco H/V valore di soglia per la condizione di stabilità σ f < ε(f 0 ) ampiezza della curva H/V alla frequenza f 0 ampiezza della curva H/V alla frequenza f frequenza tra f 0 /4 e f 0 alla quale A H/V (f - ) < A 0 /2 frequenza tra f 0 e 4f 0 alla quale A H/V (f + ) < A 0 /2 deviazione standard di A H/V (f), σ A (f) è il fattore per il quale la curva A H/V (f) media deve essere moltiplicata o divisa deviazione standard della funzione log A H/V (f) valore di soglia per la condizione di stabilità σ A (f) < θ(f 0 ) Valori di soglia per σ f e σ A (f 0 ) Intervallo di freq. [Hz] < > 2.0 ε(f 0 ) [Hz] 0.25 f f f f f 0 θ(f 0 ) per σ A (f 0 ) log θ(f 0 ) per σ logh/v (f 0 )