VERIFICHE TECNICHE DELLE VASCHE DI LAMINAZIONE SUGLI AFFLUENTI DEL FIUME PO

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1 VERIFICHE TECNICHE DELLE VASCHE DI LAMINAZIONE SUGLI AFFLUENTI DEL FIUME PO ATTIVITA' 2 - PROVE GEOFISICHE RELAZIONE TECNICA Data: Febbraio 8 Impresa esecutrice: Archivio 569/8 PROGEO S.r.L. Via Talete /8 4 Forlì tel fax mail.progeo@gmail.com 569- Autorità di bacino Relazione tecnica.doc Il Direttore Tecnico per l'impresa: Società certificata con sistema di Qualità UNI EN ISO 1 - n 2619-A

2 INDICE 1. INDICAZIONI GENERALI DISTRIBUZIONE DEGLI ELABORATI CARTOGRAFICI PROSPEZIONE SISMICA A RIFRAZIONE MODALITA' OPERATIVE Generalità Sorgente di energia Apparato di ricezione Operazioni di campagna Acquisizione dati ELABORAZIONE DATI Elaborazione sismogrammi (preprocessing) Elaborazione della sezione sismostratigrafica con rifrattori (processing G.R.M.) Elaborazione della sezione tomografica a countour line (processing in velocità) ANALISI DEL GRADIENTE GEOTOMOGRAFICO PARAMETRI ELASTICI MODALITA DI PRESENTAZIONE DEI RISULTATI DROMOCRONE CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE DI SINTESI TORRENTE SECCHIA TORRENTE ARNO TORRENTE PARMA (LATO VALLE) TORRENTE PARMA (LATO MONTE) TORRENTE ENZA TORRENTE PANARO TORRENTE OLONA (MALNATE) TORRENTE OLONA (S. VITTORE) /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 2

3 AUTORITA DI BACINO DEL FIUME PO PARMA VERIFICHE TECNICHE DELLE VASCHE DI LAMINAZIONE SUGLI AFFLUENTI DEL FIUME PO ATTIVITA 2 - PROVE GEOFISICHE Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n 3376/4 RELAZIONE TECNICA 1. INDICAZIONI GENERALI L'indagine geognostica, effettuata mediante integrazione di due differenti metodologie geofisiche, prospezione sismica a rifrazione con elaborazione standard per rifrattori e tomografica, è stata finalizzata alla determinazione, in continuità areale, delle caratteristiche morfologiche, stratigrafiche e di consistenza differenziata dei litotipi presenti nelle zone di interesse della Committente ovvero le vasche di laminazione degli affluenti del fiume Po. Gli affluenti del fiume Po interessati dallo studio sono stati suddivisi in due macro-zone ovvero una lombarda ed una emiliana. Lo studio effettuato sulla zona lombarda della quale si riporta qui a fianco uno stralcio di planimetria con indicazione dei tre settori d indagine, ha interessato i seguenti torrenti: Olona e Arno. Sul torrente Olona si sono studiati i terreni di fondazione delle costruende vasche di laminazione di San Vittore Olona e di Malnate. Sul torrente Arno si sono studiati i terreni di fondazione della vasca di laminazione già realizzata di Gallarate. Lo studio effettuato sulla zona emiliana della quale si riporta qui a fianco uno stralcio di planimetria con indicazione dei quattro settori d indagine ha interessato i seguenti torrenti: Parma, Enza, Secchia e Panaro. Sul torrente Parma si sono studiati i terreni di fondazione della vasca di laminazione in località Molino di Malandrino (pochi km a sud del capoluogo). 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 3

4 Sul torrente Enza si sono studiati i terreni di fondazione della vasca di laminazione esistente in località Via Resga. Sul torrente Secchia si sono studiati i terreni di fondazione della vasca di laminazione esistente nei pressi del centro abitato di Rubiera. Sul torrente Panaro, infine, si sono studiati i terreni di fondazione della vasca di laminazione situata nei pressi di San Donnino. Si è proceduto effettuando complessivamente n 8 allineamenti sismici fino ad un massimo di m di lunghezza come previsto dalla Committenza (oppure, localmente, di estensione lievemente inferiore per inaccessibilità), uno per ogni sito d indagine o vasca di laminazione ad eccezione del torrente Parma dove sono stati realizzati due stendimenti. Ogni allineamento sismico a rifrazione è stato acquisito con tecnica sia ad onde di compressione (P) sia ad onde di taglio (S). L interpretazione dei dati è avvenuta sia mediante interpretazione classica per rifrattori sia mediante elaborazione tomografica. Nella tabella seguente sono riportate le indagini geosismiche eseguite (la numerazione degli allineamenti di superficie coincide con l ordine di acquisizione in campagna). Linea sismica Torrente Località Lunghezza N m 1 Secchia Rubiera 2 Arno Gallarate 3 Parma Parma 4 Enza Via Resga 3 5 Panaro S. Donnino 3 6 Olona Malnate 3 7 Parma Parma 8 Olona S. Vittore Per quanto riguarda la prospezione sismica a rifrazione, l'indagine geognostica è stata finalizzata allo scopo di consentire un affinamento ed una estensione areale più correlativa, rispetto alle indagini geomeccaniche puntiformi, delle condizioni geomorfologiche, di addensamento e di consistenza dei depositi detritico-alluvionali dei siti in esame. Infatti, l elaborazione dei dati sismici effettuata in maniera sinergica sia mediante metodologia standard per rifrattori sia, soprattutto, mediante analisi tomografica più di dettaglio (per celle analitiche di dimensione metrica) ha consentito, in sintesi, di discriminare significativamente e delimitare i principali aspetti geomorfologici e/o tettonico-strutturali dell ammasso investigato. Come da specifiche tecniche della Committenza, tutte le linee sono state realizzate mediante stendimenti sismici in superficie con geofoni ad interdistanze di m. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 4

5 2. DISTRIBUZIONE DEGLI ELABORATI CARTOGRAFICI Al termine della presente relazione tecnica sono presentati gli elaborati cartografici (planimetrie, sezioni tomografiche e sezioni per rifrattori secondo la metodologia G.R.M., Generalized Reciprocal Method - Palmer 19) delle risultanze ottenute dalla prospezione geosismica le cui descrizioni sono riportate alle pagine seguenti (capitolo 5). Nelle 7 planimetrie di dettaglio in scala 1:5., realizzate sul supporto cartografico digitale o su foto aeree, è riportata la denominazione e l ubicazione particolareggiata degli allineamenti sismici a rifrazione nonché dei sondaggi geomeccanici di taratura che al momento della realizzazione della prospezione sismica erano presenti o preventivati. Le dromocrone (grafici tempi/distanze dei tempi letti dai sismogrammi di campagna) relative a ciascun punto di energizzazione sulla linea sismica delle 8 linee a rifrazione sono rappresentate tutte al termine della relazione. Le sezioni tomografiche e con rifrattori delle 8 linee sismiche realizzate sono rappresentate, in scala 1:. L elenco delle figure oltre alla presente relazione tecnica è quindi il seguente: - Fig. - 1 Planimetria Secchia; - Fig. - 2 Sezioni Tomografiche Secchia; - Fig. - 3 Sezioni GRM Secchia; - Fig. - 4 Planimetria Arno (Gallarate); - Fig. - 5 Sezioni Tomografiche Arno (Gallarate); - Fig. - 6 Sezioni GRM Arno (Gallarate); - Fig. - 7 Planimetria Parma; - Fig. - 8 Sezioni Tomografiche Parma (Valle); - Fig. - 9 Sezioni GRM Parma (Valle); - Fig. - Sezioni Tomografiche Parma (Monte); - Fig. - 11; Sezioni GRM Parma (Monte); - Fig Planimetria Enza; - Fig Sezioni Tomografiche Enza; - Fig Sezioni GRM Enza; - Fig Planimetria Panaro; - Fig Sezioni Tomografiche Panaro; - Fig Sezioni GRM Panaro; - Fig Planimetria Olona (Malnate); - Fig Sezioni Tomografiche Olona (Malnate); - Fig. - Sezioni GRM Olona (Malnate); - Fig Planimetria Olona (S. Vittore); - Fig Sezioni Tomografiche (S. Vittore); - Fig Sezioni GRM (S. Vittore); 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 5

6 3. PROSPEZIONE SISMICA A RIFRAZIONE 3.1. MODALITA' OPERATIVE Generalità La tecnica di prospezione sismica a rifrazione prevede la misura dei tempi di propagazione delle onde di compressione (P) e/o di taglio (S) tra il punto di energizzazione in superficie (shot) e vari punti di ricezione (geofoni) disposti sulla superficie topografica. L analisi della velocità di propagazione delle onde elastiche nel sottosuolo, longitudinali (Vp) e/o trasversali (Vs), ottenuta conoscendo la distanza shot-ricevitore ed il relativo tempo di arrivo dell impulso sismico (velocità=spazio/tempo), consente di rilevare in sintesi le proprietà fisiche e meccaniche dei terreni, poiché i valori di Vp e/o Vs sono proporzionali al grado di compattezza dei mezzi percorsi. L elaborazione dei dati e le relative rappresentazioni cartografiche sono state effettuate, sulla base delle disposizioni della Committenza, tramite due tecniche analitiche. L analisi standard (analisi tristrato tipo G.R.M., Generalized Reciprocal Method - Palmer 19) ha permesso di evidenziare entro i depositi detritico-alluvionali due principali superfici di discontinuità fisica (rifrattori); quella più superficiale (entro qualche metro al massimo di profondità) separa il materiale sciolto o debolmente costipato di copertura a contatto col profilo topografico ( aerato ) da quello proporzionalmente più consolidato posto a maggiore profondità, mentre la superficie di discontinuità fisica più profonda (fino a qualche decina di metri al massimo) delimita la porzione di ammasso dove si rileva un ulteriore incremento di consistenza. L analisi tomografica, nella quale cioè il sottosuolo della linea sismica viene suddiviso in minime celle analitiche, ha consentito invece un elaborazione più di dettaglio in termini di velocità particellari dell intero ammasso, permettendo di distinguere, mediante rappresentazioni a countour line di isovelocità ad onde P e ad onde S, anche intorni minimi con caratteristiche differenziate per variazioni di consistenza, grado di alterazione, petrografia, granulometria o addensamento. Quindi, le prospezioni geosismiche a rifrazione, specialmente quelle con tecnica tomografica, mediante la delineazione particolareggiata di aree di discontinuità fisica possono validamente contribuire alla definizione dello stato di resistenza del materiale, ad ampie correlazioni stratigrafico-geomeccaniche ed a significative ricostruzioni geomorfologiche. Riguardo inoltre alla correlazione con i contatti litostratigrafici individuati nei sondaggi geomeccanici, l'identificazione dei livelli o settori rilevati dalla prospezione geosismica con tecnica tomografica dipende dal grado di effettiva omogeneità dello spessore litostratigrafico. Cioè molto spesso interferiscono, con effetti opposti, fenomeni di cementazione o di disaddensamento al tetto e/o al letto dello strato geologico, i quali causano rispettivamente un innalzamento e un abbassamento dei valori particellari di velocità sismica per cui non necessariamente devono coincidere livelli di discontinuità fisica e semplici delimitazioni geologiche. Anzi la prospezione geosismica a rifrazione, specialmente quella con tecnica tomografica grazie al suo estremo dettaglio analitico, può mettere in luce importanti effetti di anisotropia laterale anche entro uno stesso livello litostratigrafico indicati da significative variazioni verticolaterali dei valori di velocità di propagazione delle onde elastiche che evidenziano stati particolari di degradazione non sempre individuabili direttamente dalle analisi litologiche e geotecniche relative ai limitati prelievi nei punti di perforazione. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 6

7 Per l'insieme delle osservazioni sopra esposte, l'elaborazione dei diversi risultati ottenuti mediante un accurato rilievo di sismica a rifrazione, può rispondere validamente ad esigenze di sintesi analitica e geognostica secondo convenienti criteri di praticità Sorgente di energia Sono stati utilizzati 2 sistemi di energizzazione: uno per le onde di compressione ed uno per le onde di taglio; entrambi i sistemi sono montati su carrello e agganciati a trattore gommato per la necessaria mobilità anche su terreni accidentati o in notevole pendenza. Per la generazione delle onde di compressione è stato impiegato il sistema denominato Thumper che consiste in un cilindro metallico di kg montato su guide che viene sganciato automaticamente da una altezza di 2,5 m e che con l impatto (che può essere ripetuto) su una piastra in ferro genera l energia necessaria; per le onde di taglio è stato impiegato un maglio da kg montato a pendolo il quale effettua l impatto polarizzato orizzontalmente su una trave in acciaio trattenuta dal peso del trattore Apparato di ricezione Sono stati utilizzate coppie di geofoni da Hz (con asse strumentale verticale per ricezione onde P) e da 14 Hz (con asse strumentale orizzontale per ricezione onde S) posizionate sul terreno ad intervalli di metri in funzione del dettaglio richiesto, collegate tra loro da cavo elettrico e tramite questo al sismografo. Inoltre è stato usato un geofono (geofono del time break o hammer switch) applicato nelle estreme vicinanze dell'apparato energizzatore, il quale costituisce il dispositivo di trigger per l'inizio della registrazione; tale segnale viene trasmesso tramite impulsi radio al sismografo Operazioni di campagna Le operazioni di campagna per consentire altre all elaborazione per rifrattori anche quella tomografica più di dettaglio sono analoghe anche se, per i rilievi di sismica tomografica, il numero di registrazioni che vengono realizzate è assai superiore (anche più del doppio, vedasi tavole delle dromocrone) per consentire di avere a disposizione una quantità di dati tale da coprire con la giusta geometria dei raggi e in maniera omogenea l intera sezione sismica in tutti i settori e fino alle profondità adeguate senza lasciare tratti scoperti o disomogenei. Eseguito il posizionamento dei geofoni sul terreno, collegati questi tramite morsetti bipolari al cavo elettrico e quest'ultimo al sismografo, verificati i segnali via radio tra apparato di energizzazione e di ricezione, sono stati realizzati alcuni shot di prova allo scopo di tarare i parametri di acquisizione dello strumento di registrazione dati. Effettuata la taratura della strumentazione si è proceduto alla prospezione sismica a rifrazione in modo tale che dopo ogni energizzazione (o somma di energizzazioni) su ciascun punto d'impatto prestabilito, si fosse acquisito e registrato il segnale sul p.c. portatile collegato ai sismografi per la successiva elaborazione da effettuarsi in sede. Ciascuna linea sismica è stata perciò esplorata secondo un modulo prestabilito di energizzazioni come da specifiche tecniche della Committenza. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 7

8 Acquisizione dati Gli impulsi sismici ricevuti dai geofoni posizionati sulla superficie topografica sono stati acquisiti utilizzando due apparecchiature elettroniche EG&G Geometrics Geode a 24 canali di registrazione simultanea; queste erano collegate in uscita ad un selettore di canali (Rollalong della I/O a 96 uscite) che consente, avendo a disposizione un numero sufficiente di geofoni, di spostare simultaneamente fino a 48 canali attivi (geofoni collegati al registratore) col procedere degli impatti lungo l allineamento sismico senza doversi spostare continuamente con l apparato registratore e quindi con notevole guadagno in tempi esecutivi di campagna. I dati acquisiti, dopo amplificazione, conversione analogico/digitale e filtraggio, sono stati registrati nel p.c. portatile collegato ai sismografi ELABORAZIONE DATI Elaborazione sismogrammi (preprocessing) Traduzione tracce sismiche La prima operazione che è stata eseguita in sede, una volta terminata la fase di acquisizione dati in campagna, è stata quella di tradurre i file di dati (normalmente un file ogni punto di energizzazione fino a 48 canali di registrazione). Questa fase di preprocessing permette di convertire il formato con cui i dati sismici sono registrati dal sismografo EG&G GEOMETRICS GEODE in quello del programma elaborativo (Seisview modificato). Analisi dei first break peak (F.B.P.) Di seguito è stata fatta all elaboratore col programma Seisview modificato la ricerca su ciascuna traccia di ogni sismogramma del primo arrivo (F.B.P. first break peak) dell'onda di compressione (P); per le onde di taglio (S) l impulso di arrivo del segnale è stato valutato mediante correlazione tra i due shot a polarità opposta dell impatto orizzontale a pendolo. Di ogni file di dati acquisito in campagna è stato quindi creato un nuovo file con i tempi di arrivo (in millisec) degli F.B.P.; tutti i file F.B.P. relativi ad una singola linea sismica sono stati riuniti in un unico file di dati (con programma originale Graf- dxf) e successivamente copiati su foglio elettronico di Windows Xp. Tali dati sono stati poi graficizzati per ottenere la rappresentazione delle Diagrafie Tempidistanze (Dromocrone) di ciascuna linea sismica come documento della prospezione eseguita (vedasi tavole alle pagine seguenti). I dati in formato numerico sono invece stati inseriti (opportunamente tradotti per poter essere analizzati dagli specifici programmi elaborativi) dapprima nel programma Gremix della Interpex (di cui si ha licenza d uso) per l elaborazione con rifrattori e successivamente nel programma originale Ray-Tracing per l elaborazione tomografica. I principali step di elaborazione sono descritti nei paragrafi seguenti. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 8

9 Elaborazione della sezione sismostratigrafica con rifrattori (processing G.R.M.) L'interpretazione dei tempi di rifrazione, acquisiti in maniera automatica e controllati dall'operatore tramite opportuno software dalle registrazioni digitali di campagna, è stata anche effettuata (secondo le disposizioni della Committenza) mediante analisi computerizzata secondo il Generalized Reciprocal Method (Palmer 19) utilizzando un modello automatico di ricerca della distanza x-y ottimale. Il metodo G.R.M. consente di discriminare al di sotto di ogni geofono, le profondità e le velocità dei vari rifrattori consentendo un'analisi parziale in continuità areale delle particolarità morfologiche, strutturali e di consistenza differenziata rilevabili nel sottosuolo. Gli aspetti elaborativi del G.R.M. possono essere sintetizzati come segue. Lettura first break Lettura del primo impulso rifratto sul sismogramma relativamente al numero di tracce da utilizzarsi (funzione della profondità di indagine) del file registrato. Digitalizzazione dati in sistema C.A.D. I valori numerici (in millisec) dei tempi di arrivo dell'onda elastica letti (con step di,25-.5 msec) su ciascuna traccia del sismogramma, vengono diagrammati per ogni sezione sismica su grafici cartesiani con riportate in ascisse le distanze (in metri) tra ciascun geofono dello stendimento e in ordinate i tempi (in millisec) letti. Di ogni registrazione effettuata vengono collegati tra loro i tempi letti producendo la diagrafia delle dromocrone relativa alla sezione sismica. Il profilo topografico, ricostruito dalla cartografia o da appositi rilievi celerimetrici, e la diagrafia delle dromocrone di ogni sezione sismica vengono digitalizzati in sistema C.A.D. per poi essere restituiti in formato ASCI all'elaboratore per il calcolo delle velocità sismiche e dei rifrattori secondo il Generalized Reciprocal Method (Palmer 19). Analisi G.R.M. Per l'analisi dei dati secondo questa metodologia è stato utilizzato il programma al calcolatore denominato "Gremix" sviluppato dalla Interpex Limited (Golden, Colorado), nella versione più aggiornata e completa (della quale si ha licenza d uso) con analisi contemporanea di 15 registrazioni su 69 geofoni. Tramite tale programma, vengono assegnati con criteri statistici (fit dei dati minore possibile) e contemporaneamente controllati dall'operatore con analisi delle più accentuate variazioni di parallelismo tra tratti sovrapposti di dromocrona, i segmenti di queste (traveltime) relativi a ciascun rifrattore chiaramente individuabile. Attribuiti i vari traveltime, col programma si passa poi all'analisi dei tempi reciproci sulle dromocrone (estimate reciprocal times) dopo la quale è finalmente possibile analizzare le velocità sismiche utilizzando un modello automatico di ricerca della distanza x-y ottimale (optimum x-y), quella cioè per la quale i raggi delle dromocrone normal e reverse emergono dal punto comune più vicino del rifrattore. Una volta determinate le velocità dei rifrattori vengono calcolate le profondità e le velocità in corrispondenza di ciascun geofono dello stendimento sismico e successivamente controllati e affinati i risultati con gli eventuali dati stratigrafici di sondaggi meccanici di taratura. I dati ottenuti (di tipo numerico e/o grafico) vengono poi trasferiti nel sistema C.A.D. per il plot definitivo delle risultanze. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 9

10 Elaborazione della sezione tomografica a countour line (processing in velocità) L elaborazione delle sezioni mediante analisi tomografica è stata effettuata in maniera sinergica e soprattutto per avere un maggior dettaglio in termini di consistenza dell ammasso e per raggiungere maggiori profondità d investigazione sopperendo quindi alla comune mancanza di rifrattori significativi procedendo in profondità specialmente in seguito alla presenza di materiale non sufficientemente differenziato nei termini dei parametri elastici. Definizione della geometria della ricerca La prima procedura di elaborazione tomografica consiste nella ricerca della geometria di percorso dei raggi sismici da ogni punto di energizzazione a ciascun geofono collegato che ha registrato l impulso proveniente da quello stesso punto. Tale operazione preliminare viene effettuata mediante tecniche di R.T.C. (Ray Tracing Curvilineo). Ray tracing e definizione dei parametri di calcolo Il file di dati in Excel di ciascuna linea sismica precedentemente ottenuto, è stato per questo inserito nel programma di calcolo S.R.A. (Seismic Refraction Analysis, programma originale sviluppato dalla Progeo che utilizza la piattaforma Windows Xp); il quale traccia, sulla base di una prima modellazione in velocità del sottosuolo, i vari raggi sismici che coprono da un estremo all altro dello stendimento sismico l intera area investigata al di sotto della superficie topografica. La prima modellazione in velocità viene fornita tramite il programma originale Geo il quale elabora il file di dati in Excel (opportunamente tradotto in formato leggibile dal programma stesso tramite altri programmi di utility). In questo caso, in estrema sintesi, l elaboratore effettua un analisi delle velocità nodali sulle dromocrone coniugate; tali velocità non apparenti, mediante adeguate funzioni di profondità, vengono poi migrate al di sotto del profilo topografico dell allineamento sismico. Il file di dati così ottenuto viene passato direttamente al programma S.R.A. per il tracciamento dei raggi sismici e può altresì essere inviato anche ad un programma di contour line (Surfer 8) per avere una prima rappresentazione di massima dei principali settori a velocità (e quindi consistenza) differenziata dell ammasso e, in funzione delle particolarità di distribuzione del pattern di isovelocità, anche indicazioni di tipo strutturale. Analisi delle risultanze delle velocità Il passo successivo è stato l applicazione sempre con lo stesso programma S.R.A. di procedure tipo S.I.R.T. (Simultaneous Iterative Reconstruction Technique) le quali forniscono valori di velocità sismica per partizioni unitarie (celle di analisi di dimensione metrica), col quale l operatore ha cercato, con successive iterazioni dalla prima modellazione del sottosuolo, di far convergere (dal punto di vista statistico fino a quando gli scarti quadratici e le varianze dei tempi calcolati sono minimi rispetto a quelli definiti in input) i dati modellati con quelli reali e corrispondenti ai tempi ottenuti dalle dromocrone originali. In pratica le successive approssimazioni calcolate dall elaboratore coi dati sempre più affinati e inseriti dall operatore terminano quando le dromocrone, relative a quella data distribuzione di velocità particellari, sono coincidenti e con scarto minimo (mediamente inferiore a.5%) con quelle reali ottenute dalle letture degli F.B.P. sui sismogrammi. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO

11 L elaborazione tomografica con queste modalità è in grado di differenziare maggiormente le variazioni nel grado di consistenza (= variazioni dei parametri cinematici) dell ammasso rispetto alle altre tecniche sismiche computerizzate generalmente utilizzate (es. elaborazione tramite G.R.M., Generalized Reciprocal Method, Palmer 19, col quale i valori compresi tra un rifrattore e l altro sono differenziati solo lateralmente tra ciascun geofono ma senza dettaglio verticalmente). Inoltre, tale tecnica innovativa, sopperisce alla mancanza di rifrattori significativi e alla presenza, assai comune col procedere in profondità, di materiale non sufficientemente differenziato nei termini fisici dei parametri elastici, per cui le tecniche tradizionali di sismica a rifrazione non riescono a discriminare il grado di consistenza, alterazione o disomogeneità dell ammasso ANALISI DEL GRADIENTE GEOTOMOGRAFICO Nel caso dell elaborazione tomografica, per localizzare i principali livelli di consistenza si è sviluppata altresì l analisi del gradiente geosismico il quale consiste in un analisi matematica (processing di gradiente) allo scopo di rintracciare i luoghi ove il parametro elastico tomografico subisce significativi incrementi in brevi tratti. E in questi luoghi, i quali non necessariamente coincidono per un area ad un unico valore, ove la probabilità di individuare una interfaccia significativa è maggiormente elevata. Per la determinazione ed individuazione quindi di tali orizzonti è stato applicato sui dati tomografici un algoritmo statistico il quale valuta la variazione del parametro tomografico (ad es. Velocità, Attenuazione) in termini di gradiente verticolaterale. E evidente che se i parametri geofisici non variano arealmente oppure variano di poco il gradiente è pressoché nullo o molto basso, laddove invece si presentano variazioni verticolaterali importanti il gradiente si presenta con i massimi valori. E in tali tratti quindi che è possibile localizzare passaggi significativi e suddividere il sottosuolo in strati di consistenza differenziata ed inoltre, nel caso in cui sia possibile una taratura mediante sondaggi geomeccanici, effettuare anche una correlazione litologica. Qui a lato è presentato un esempio di processing di gradiente con le varie schermate ottenibili dal programma di calcolo in fase elaborativa: dromocrone, sezione sismostratigrafica con differenziazione cromatica del parametro considerato, log parametrici e diagrafie lungo tratti di sezione prestabiliti, sezione di gradiente tomografico (in basso) nel quale sono indicati i top del gradiente. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 11

12 3.4. PARAMETRI ELASTICI Il modo di propagarsi delle onde dipende dalle costanti elastiche dei materiali rappresentate dalle equazioni di Hooke che legano sforzi e deformazioni. Attraverso queste equazioni si ricavano le relazioni tra le velocità delle onde di compressione e di taglio ed i moduli elastici ricavando i seguenti parametri. - Coefficiente di Poisson (ν) - Peso di volume (γ din ) - Modulo di Elasticità dinamico (E din ) - Modulo di Taglio dinamico (G din ) - Modulo di Compressibilità dinamico (K din ) Le formule utilizzate per il calcolo dei parametri elastici, in funzione di Vp, Vs sono le seguenti: Coefficiente di Poisson Peso di volume Densità geofisica Modulo di Elasticità v 2 Vp 2 Vs 2 2 ( Vp Vs = 2.19 din =.51 Vp m / sec 2 ) γ (γ din in T/m³) γ δ din = (g = 9.8 accelerazione di gravità m/sec) g 2 (1 v) (1 2v) Edin = Vp δ din (E din in Kg/cm²) (1 v) 2 Modulo di Taglio G = δ Vs (G din in Kg/cm²) din din Modulo di Compressibilità Edin K din = (K din in Kg/cm²) 3 (1 2 v) 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 12

13 3.5. MODALITA DI PRESENTAZIONE DEI RISULTATI Terminata l elaborazione dei dati effettuata, sulla base delle disposizioni della Committenza, tramite le due tecniche analitiche, standard (analisi tristrato tipo G.R.M., Generalized Reciprocal Method - Palmer 19-) che ha permesso di evidenziare le tre principali superfici di discontinuità fisica (rifrattori) presenti entro qualche decina di metri di profondità dal piano campagna, e tomografica, nella quale cioè il sottosuolo della linea sismica viene suddiviso in minime celle analitiche per consentire un elaborazione più di dettaglio in termini di velocità particellari dell intero ammasso, si è proceduto alla realizzazione degli elaborati cartografici di rappresentazione delle risultanze dei parametri geosismici considerati. Per quanto riguarda la più complessa rappresentazione tomografica questa è avvenuta con la ricostruzione del campo di velocità (per celle unitarie) dell ammasso; il file di dati ottenuto per ciascuna linea sismica elaborata mediante tale procedura analitica è stato trasferito in un programma di contour (Surfer 8 per Windows Xp) e da qui, ottimizzati i dati per consentire le migliori facoltà di rappresentazione (definizione della scala della sezione e della suddivisione delle countour line e delle campiture di colore) è stato prodotto il plot finale. La profondità d indagine è funzione della lunghezza dello stendimento, di quella dei tiri di registrazione degli impulsi sismici e della velocità del materiale investigato dai raggi sismici. La geometria d investigazione dei raggi sismici mediante elaborazione tomografica consente infatti il raggiungimento di profondità massime al centro della sezione (la figura geometrica della sezione sismica è assimilabile a quella di un trapezio con la base maggiore in superficie) di circa 1/4-1/6 della lunghezza dell allineamento in superficie considerando che questo sia stato interamente coperto da un estremo all altro dal tiro sismico. L elaborazione tomografica è stata ottenuta utilizzando celle di analisi di larghezza variabile tra 7 m in larghezza e 2.5 m in altezza. Gli elaborati cartografici prodotti sono riuniti per praticità di consultazione al termine della relazione. Le dromocrone (grafici tempi/distanze dei tempi letti dai sismogrammi di campagna) relative a ciascun punto di energizzazione sulla linea sismica delle 8 linee a rifrazione sono riportate assieme nel capitolo 4 della presente relazione. I dati rilevati mediante elaborazione G.R.M. sono rappresentati tramite sezioni sismostratigrafiche con suddivisione del sottosuolo in 3 rifrattori separati da due principali superfici di discontinuità fisica rilevate nell ammasso entro qualche decina di metri di profondità dal p.c.. In corrispondenza di ogni geofono sono poi riportati i valori numerici di velocità delle onde di compressione e di taglio (in km/sec) medi dell intero spessore del rifrattore considerato. I dati rilevati mediante elaborazione tomografica sono invece rappresentati per ciascuna linea elaborata tramite tale metodologia, mediante countour line e campiture di colore differenziate in funzione della diversa distribuzione areale dei valori particellari delle onde di compressione e di taglio (in km/sec). Sulle sezioni sismiche sono poi riportati, al di sopra del profilo topografico, la numerazione delle stazioni geofoniche e l ubicazione indicativa e la denominazione di eventuali sondaggi meccanici eseguiti durante l attuale campagna geognostica; alla base di ciascuna sezione sismica è riportata la distanza in metri della proiezione sull orizzontale della sezione stessa. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 13

14 4. DROMOCRONE 2 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 1P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 1S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 14

15 2 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 2P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 2S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 15

16 2 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 3P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 3S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 16

17 1 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 4P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 4S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 17

18 2 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 5P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 5S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 18

19 1 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 6P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 6S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 19

20 1 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 7P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 7S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO

21 2 DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 8P DROMOCRONE SEZIONE SISMICA 8S /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 21

22 5. CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE DI SINTESI La rappresentazione sismica, tomografica per rifrattori (GRM), è presentata con la ricostruzione del campo di velocità delle onde di compressione (Vp in km/sec) e di velocità delle onde di taglio (Vs in km/sec). Si sono realizzate 2 rappresentazioni di ciascuna delle 8 sezioni sismiche effettuate (elaborati cartografici delle figure alle pagine seguenti) mediante mappature a campiture di colore ed a contour line della distribuzione areale di tali parametri geosismici (per le sezioni tomografiche) e mediante ricostruzione delle due principali superfici di discontinuità fisica rilevabili nell ammasso alluvionale (per le sezioni a rifrattori). E stata utilizzata una geometria di acquisizione fino a 41 geofoni interspaziati di m (come da specifiche della Committenza). Le 8 sezioni sismiche realizzate hanno rilevato un sottosuolo dotato di una generale eterogeneità la cui causa, trattandosi di depositi alluvionali, può essere ricercata in alternanze di lenti o livelli a granulometria differenziata anche se prevalentemente grossolana e a spessore variabile e anisotropia litologica ed elastica verticolaterale. L'insieme di queste situazioni rendono complessa l interpretazione di dettaglio ed è ovvio quindi che una qualsiasi interpretazione geofisica deve inevitabilmente filtrare inizialmente gli elementi locali per ricavare un quadro generale dal quale poi scendere eventualmente nel dettaglio delle sezioni; interpretando gli elementi più significativi di ogni sezione per similitudine, geometria e parametri elastici è possibile quindi farsi un quadro interpretativo generale che, seppur approssimato, può risultare complessivamente coerente e valido. Come richiesto, le analisi dei dati acquisiti in sito hanno portato alla determinazione dei parametri di velocità delle onde di compressione (Vp) e velocità delle onde di taglio (Vs). Sulla base di una casistica generale per la tipologia dei materiali prevalentemente ghiaiososabbiosi presenti nei vari siti d indagine si ritiene che le tonalità grigio-bruno-arancio delle rappresentazioni tomografiche e quelle gialle delle rappresentazioni in GRM possano essere relative, nel nostro caso, soprattutto a materiali detritici da poco a mediamente addensati (sia in velocità P sia in velocità S). Le caratteristiche elastiche e di consistenza tendono a migliorare procedendo in profondità e sono discriminabili tramite tonalità giallo-verde-blu nelle rappresentazioni tomografiche e in tonalità arancio (terzo sismostrato) nelle rappresentazioni in GRM indicando un deposito sedimentario granulometricamente analogo ma più consistente. E fondamentale comprendere che le velocità delle onde di compressione e di taglio sono parametri qualitativamente molto differenti in quanto hanno origine da una sollecitazione elastica decisamente diversa. Le onde di compressione fanno riferimento ad un comportamento deformativo longitudinale e le relative onde sismiche si trasmettono per deformazioni di compressione ed estensione. Le onde di taglio sono invece di origine distorsionale e le vibrazioni sono perpendicolari alla direzione di propagazione del moto. E ovvio quindi che le velocità delle onde di compressione forniscono indicazioni sulla compressibilità dei materiali mentre quelle di taglio sulla rigidezza e deformabilità. 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 22

23 Queste caratteristiche sono allora interpretabili, chiaramente sulla base di una comparazione di dati di Vp e Vs, come una situazione che si presenta abbastanza omogenea nell addensamento dei materiali ma, laddove le Vs sono più ridotte, è ovvio che è intervenuta una situazione di distorsione che ha diminuito la rigidità dei materiali determinando così un nuovo assetto geotecnico. Le onde di taglio assumono perciò una notevole significatività in quanto permettono di ottenere un parametro legato più alla deformabilità tangenziale che non alla compressibilità e quindi molto più sensibile alle caratteristiche meccaniche delle matrici che non alla componente lapidea delle ghiaie. Qui di seguito vengono descritte le risultanze principali per ogni sito di indagine; le caratteristiche morfologiche generali risultano comunque molto simili anche per siti distanti a causa della tipologia dei depositi alluvionali che non presentano, a medio grande scala, sostanziali differenziazioni dei valori cinematici. Per tal motivo vengono rimarcati soprattutto i valori di velocità più significativi in termini di analisi di gradiente tomografico e range di sismostrati GRM, rimandando all osservazione diretta delle sezioni per determinare in maniera particolareggiata gli spessori e i valori cinematici locali che possono interessare le opere di progetto TORRENTE SECCHIA La sezione in oggetto (linea 1 in ordine di esecuzione in campagna) è rappresentata, planimetricamente, in Fig. 1 (scala 1:5.) e in sezione nelle Figg. 2 e 3 (in Fig. 2 come sezione sismica tomografica Vp-Vs e in Fig.3 come sezione sismica G.R.M. Vp-Vs) entrambe alla scala 1: 1.. Sulla sezione sismica tomografica ad onde di compressione sono state evidenziate dall analisi di gradiente (vedasi per dettagli il precedente paragrafo 3.3) tramite due isolinee in violetto (Vp.98 e 1.72 Km/sec), due principali superfici di discontinuità corrispondenti indicativamente a incrementi di consistenza del deposito alluvionale, indicanti la prima la base del primo strato aerato di copertura debolmente addensato e la seconda il passaggio da un deposito detritico poco medio addensato avente Vp comprese tra.98 e 1.72 Km/sec ad uno più consistente in profondità con Vp comprese tra 1.72 e 2. Km/sec. Anche sulla sezione sismica tomografica ad onde di taglio sono state evidenziate, tramite due isolinee in violetto (Vs.21 e.53 Km/sec) superfici di discontinuità fisica delimitanti passaggi più significativi di consistenza, analoghe a quelle individuate con le Vp (anche se non necessariamente coincidenti), quindi la base dello strato aerato subsuperficiale ed il passaggio da un deposito detritico-alluvionale poco medio addensato (Vs comprese tra.21 e.53 Km/sec) ad uno più consistente in profondità (Vs comprese tra.53 e 1. Km/sec). Per quanto riguarda le sezioni sismiche G.R.M. Vp-Vs si sono rilevati due rifrattori il cui andamento risulta suborizzontale o debolmente ondulato entro i quali si evidenziano range di valori di velocità poco variabili per ognuno dei tre sismostrati individuati e così ripartiti: Vp Km/sec e Vs.9 e.18 Km/sec per il primo sismostrato (aerato); Vp Km/sec e Vs.19 e.38 Km/sec per il secondo sismostrato (intermedio mediamente addensato); Vp Km/sec e Vs Km/sec per il terzo sismostrato (orizzonte più profondo con materiale detritico costipato). 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 23

24 5.2. TORRENTE ARNO La sezione (linea 2) è rappresentata, planimetricamente, in Fig. 4 (scala 1:5.) e in sezione nelle Figg. 5 e 6 (in Fig. 5 come sezione sismica tomografica Vp-Vs e in Fig.6 come sezione sismica G.R.M. Vp-Vs) entrambe alla scala 1: 1.. Sulla sezione sismica tomografica ad onde di compressione sono state evidenziate dall analisi di gradiente tramite due isolinee in violetto (Vp.94 e 1.65 Km/sec), due principali superfici di discontinuità corrispondenti indicativamente a incrementi di consistenza del deposito alluvionale, indicanti la prima la base del primo strato aerato di copertura debolmente addensato e la seconda il passaggio da un deposito detritico poco medio addensato avente Vp comprese tra.94 e 1.65 Km/sec ad uno più consistente in profondità con Vp comprese tra 1.65 e 2. Km/sec. Anche sulla sezione sismica tomografica ad onde di taglio sono state evidenziate, tramite due isolinee in violetto (Vs.23 e.51 Km/sec) superfici di discontinuità fisica delimitanti passaggi più significativi di consistenza, analoghe a quelle individuate con le Vp (anche se non necessariamente coincidenti), quindi la base dello strato aerato subsuperficiale ed il passaggio da un deposito detritico-alluvionale poco medio addensato (Vs comprese tra.23 e.51 Km/sec) ad uno più consistente in profondità (Vs comprese tra.51 e.75 Km/sec). Per quanto riguarda le sezioni sismiche G.R.M. Vp-Vs si sono rilevati due rifrattori il cui andamento risulta suborizzontale o debolmente ondulato entro i quali si evidenziano range di valori di velocità poco variabili per ognuno dei tre sismostrati individuati e così ripartiti: Vp.31. Km/sec e Vs. e.12 Km/sec per il primo sismostrato (aerato); Vp Km/sec e Vs.36 e.39 Km/sec per il secondo sismostrato (intermedio mediamente addensato); Vp Km/sec e Vs Km/sec per il terzo sismostrato (orizzonte più profondo con materiale detritico costipato) TORRENTE PARMA (LATO VALLE) La sezione (linea 3) è rappresentata, planimetricamente, in Fig. 7 (scala 1:5.) e in sezione nelle Figg. 8 e 9 (in Fig. 8 come sezione sismica tomografica Vp-Vs e in Fig.9 come sezione sismica G.R.M. Vp-Vs) entrambe alla scala 1: 1.. Sulla sezione sismica tomografica ad onde di compressione sono state evidenziate dall analisi di gradiente tramite due isolinee in violetto (Vp.96 e 1.65 Km/sec), due principali superfici di discontinuità corrispondenti indicativamente a incrementi di consistenza del deposito alluvionale, indicanti la prima la base del primo strato aerato di copertura debolmente addensato e la seconda il passaggio da un deposito detritico poco medio addensato avente Vp comprese tra.96 e 1.65 Km/sec ad uno più consistente in profondità con Vp comprese tra 1.65 e 2. Km/sec. Anche sulla sezione sismica tomografica ad onde di taglio sono state evidenziate, tramite due isolinee in violetto e in giallo (Vs.59 e.81 Km/sec) superfici di discontinuità fisica delimitanti passaggi più significativi di consistenza, analoghe a quelle individuate con le Vp (anche se non necessariamente coincidenti), quindi la base dello strato aerato subsuperficiale ed il passaggio da un deposito detritico-alluvionale poco medio addensato (Vs comprese tra.59 e.81 Km/sec) ad uno più consistente in profondità (Vs comprese tra.81 e 1. Km/sec). Per quanto riguarda le sezioni sismiche G.R.M. Vp-Vs si sono rilevati due rifrattori il cui andamento risulta suborizzontale o debolmente ondulato entro i quali si evidenziano range di valori di velocità variabili per ognuno dei tre sismostrati individuati e così ripartiti: Vp Km/sec e Vs.25 e.36 Km/sec per il primo sismostrato (aerato); Vp Km/sec e Vs.49 e /8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 24

25 Km/sec per il secondo sismostrato (intermedio mediamente addensato); Vp Km/sec e Vs Km/sec per il terzo sismostrato (orizzonte più profondo con materiale detritico costipato) TORRENTE PARMA (LATO MONTE) La sezione (linea 7) è rappresentata, planimetricamente, in Fig. 7 (scala 1:5.) e in sezione nelle Figg. e 11 (in Fig. come sezione sismica tomografica Vp-Vs e in Fig.11 come sezione sismica G.R.M. Vp-Vs) entrambe alla scala 1: 1.. Sulla sezione sismica tomografica ad onde di compressione sono state evidenziate dall analisi di gradiente tramite due isolinee in violetto (Vp 1.65 e 2.15 Km/sec), due principali superfici di discontinuità corrispondenti indicativamente a incrementi di consistenza del deposito alluvionale, indicanti la prima la base del primo strato aerato di copertura debolmente addensato e la seconda il passaggio da un deposito detritico poco medio addensato avente Vp comprese tra 1.65 e 2.15 Km/sec ad uno più consistente in profondità con Vp comprese tra 2.15 e 2. Km/sec. Anche sulla sezione sismica tomografica ad onde di taglio sono state evidenziate, tramite due isolinee in violetto e in giallo (Vs.57 e.79 Km/sec) superfici di discontinuità fisica delimitanti passaggi più significativi di consistenza, analoghe a quelle individuate con le Vp (anche se non necessariamente coincidenti), quindi la base dello strato aerato subsuperficiale ed il passaggio da un deposito detritico-alluvionale poco medio addensato (Vs comprese tra.57 e.79 Km/sec) ad uno più consistente in profondità (Vs comprese tra.79 e 1. Km/sec). Per quanto riguarda le sezioni sismiche G.R.M. Vp-Vs si sono rilevati due rifrattori il cui andamento risulta suborizzontale o debolmente ondulato entro i quali si evidenziano range di valori di velocità poco variabili per ognuno dei tre sismostrati individuati e così ripartiti: Vp Km/sec e Vs.16 e.26 Km/sec per il primo sismostrato (aerato); Vp Km/sec e Vs.43 e.61 Km/sec per il secondo sismostrato (intermedio mediamente addensato); Vp Km/sec e Vs Km/sec per il terzo sismostrato (orizzonte più profondo con materiale detritico costipato) TORRENTE ENZA La sezione (linea 4) è rappresentata, planimetricamente, in Fig. 12 (scala 1:5.) e in sezione nelle Figg. 13 e 14 (in Fig. 13 come sezione sismica tomografica Vp-Vs e in Fig.14 come sezione sismica G.R.M. Vp-Vs) entrambe alla scala 1: 1.. Sulla sezione sismica tomografica ad onde di compressione sono state evidenziate dall analisi di gradiente tramite due isolinee in violetto (Vp.95 e 1.54 Km/sec), due principali superfici di discontinuità corrispondenti indicativamente a incrementi di consistenza del deposito alluvionale, indicanti la prima la base del primo strato aerato di copertura debolmente addensato e la seconda il passaggio da un deposito detritico poco medio addensato avente Vp comprese tra.95 e 1.54 Km/sec ad uno più consistente in profondità con Vp comprese tra 1.54 e 2. Km/sec. Anche sulla sezione sismica tomografica ad onde di taglio sono state evidenziate, tramite due isolinee in violetto e in giallo (Vs.55 e.81 Km/sec) superfici di discontinuità fisica delimitanti passaggi più significativi di consistenza, analoghe a quelle individuate con le Vp (anche se non necessariamente coincidenti), quindi la base dello strato aerato subsuperficiale ed il passaggio da un deposito detritico-alluvionale poco medio addensato (Vs comprese tra.55 e.81 Km/sec) ad uno più consistente in profondità (Vs comprese tra.81 e 1. Km/sec). 569/8 Autorità di bacino del fiume Po - Indagini geofisiche - vasche di laminazione affluenti del fiume PO 25