concetti fisici applicazioni - normativa

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1 concetti fisici applicazioni - normativa

2 Sismologia Propagazione onde elastiche parte 07

3 Foglio Excel: Calcolo Moduli elastici dinamici (da misure sperimentali) Relazione tra i parametri sismici N. Abu Zeid, 2004 Inserisci il parametro noto nella relativa casella (evidenziata in giallo) per osservare l'effetto sugli altri parametri lungo la stessa riga ρ(kg/m 3 ) E(pa) ν k(pa) µ(pa) λ(pa) Vp(m/s) Vs(m/s) Vp/Vs Vp da λ, µ, ρ Onde di volume λ, µ, ρ Vs da µ, ρ densità Young Poisson Bulk Rigidità Lamè-1 Longitudinale Taglio rapporto E, ν E E E E E, k E E E E E, m E E E E ν, κ E E E E ν, µ E E E E ν, λ E E E E k, m E E E E k, λ E E E E µ, λ E E E E Vp, Vs E E E E ν Vp/Vs Vp/Vs Vp/Vs

4 Velocità onde elastiche e rapporto di Poisson nei materiali Roccia 0.25 Rapporto di Poisson 4

5 Onde elastiche propagazione onde elastiche - principi I fronte d onde è sempre perpendicolare al raggio sismico a condizione che il mezzo sia omogeneo ed isotropo Semispazio omogeneo ed isotropo Sorgente raggi sismici Fronte d onda indica tutti i luoghi (spazio-temporali) di fase identica della perturbazione elastica si trovi di fase raggi sismici

6 Il mezzo è omogeno ed isotropo. La superficie di discontinuità è solo indicativa

7 Onde elastiche propagazione onde elastiche Principio di Hygens esistono zone di interferenza distruttiva e costruttiva Sorgente Semispazio omogeneo ed isotropo Profondità (m) I tre raggi definiscono il tempo del fronte d onda t1+dt1 t1+dt2 t1+dt3 Zone di interferenze distruttive Distanza (m)

8 Onde elastiche propagazione onde elastiche Legge di Fermat: il tempo di volo che compie il raggio è sempre minimo (quindi è funzione della velocità) A: punto di energizzazione onde elastiche l: lunghezza raggio o distanza compiuta dal raggio a(b): distanza perpendicolare alla discontinuità Linea tratteggiata verticale: la normale alla discontinuità X e d-x: distanza sulla superficie di discontinuità

9 Onde elastiche propagazione onde elastiche Legge di Snell: rifrazione, riflessione onde elastiche y 1 i:angolo di incidenza R: angolo di rifrazione AC: raggio sismico incidente CB: raggio sismico rifratto x 1 y 2 x 2 T AB : il tempo necessario per percorre il percorso ACB

10 Onde elastiche propagazione onde elastiche Legge di Snell: rifrazione, riflessione onde elastiche i:angolo di incidenza R: angolo di rifrazione AC: raggio sismico incidente CB: raggio sismico rifratto

11 Onda P Onda SV Onda SH

12 Effetti dei mezzi sulla propagazione di onde elastich legge di Snell governa gli angoli di riflessione e rifrazione Spesso in sismologia Vp=α Vs=β P i Sv r P r discontinuità acustica α 1, β 1 α 2, β 2 θ i φ r θ r θ t Vp 1, ρ 1, Vs 1 Vp 2, ρ 2, Vs 2 φ t P t Sv t Senθ i Senθ r Senθ t Senφ r Senφ t Vp 1 Vp 1 Vp 2 Vs 1 Vs 2 P: parametro del raggio sismico = 1/velocità. È la velocità di avanzamento del fronte d onda

13 Partizione dell energia elastica (onde di volume) Quando l energia elastica raggiunge una superficie di discontinuità essa subisce un indirizzamento (partizione) tramite: 1) Rifrazione (bi-rifratta) (rosso) 2) Riflessione (blu) 3) Diffrazione (!!!) 4) rifrazione nel secondo mezzo (nero) 5)Onda diretta (propagazione nel terreno superficiale [nero]) S movimento delle particelle (verticale: doppia freccia nera) geofono 13

14 Partizione dell energia: riflessione, rifrazione e diffrazione 1) Rifrazione (bi-rifratta) (rosso) 2) Riflessione (blu) 3)Diffrazione (!!!) 4) rifrazione nel secondo mezzo (nero) lo spigolo diventa una nuova sorgente di energia elastica Secondo il principio di Hygens sorgente fronte d onda (propagazione della stessa fase dell onda) raggio sismico V1 faglia V2 V1<V2 14

15 Onde sismiche: semispazio omogeno ed isotropo tempi d arrivo e tipo onde (P, S, R, L) 0.0 S G 1 G 2 X (m) Diretta T (s) bi rifratta Riflessa Superficiali R L (se esistono)

16 Onde coniche Inviluppo del fronte d onda dell onda Bi-rifratta Interferenza distruttiva V 0 <V 1 Fronte d onda nel secondo mezzo ic: angolo critico Sen(i c )=V 0 /V 1 I c =arcosen(v 0 /V 1 )

17 Onde coniche: video per dimostrare il concetto

18 L onda un onda elastica rappresenta la propagazione di energia meccanica di oscillazione e non implica in nessun modo trasporto di materia. Il passaggio di un onda elastica attraverso le varie discontinuità presenti nel sottosuolo si traduce in superficie in una oscillazione del terreno di cui interessa conoscere due parametri di interesse (geologicoingegneristico e di ingegneria sismica) : 1) Ampiezza 2) Accelerazione massima in funzione della frequenza Tuttavia, conoscere le velocità dei mezzi materiali consente al geologo di caratterizzare/integrare/migliorare il modello geologico concettuale del sottosuolo di interesse. 18

19 L onda: esempio traccia sismica di un terremoto lontano (telesisma, M>7) Tempo (s) onda di volume P onda di volume S Onde superficiali R Tempo (s) 19

20 Sismogramma di onde sismiche sorgente attiva (dominio del tempo) quiete S Onde rifratte Tempo (ms) Onde d aria Onde superficiali Rayleigh 20

21 Sismogramma di onde sismiche sismica passiva Rumore sismico ambientale (sorgente passiva!) (dominio del tempo) Il sismogramma traccia ottenuto mediante sismica registrazione del rumore ambientale (antropico + naturale) è stato ottenuto impiegando un sismografo modello Geometrics a 24 canali. Il passo tra i geofoni è di 3 m. La lunghezza registrazione è di 32 secondi circa sismogramma 21

22 Terremoti onde elastiche Onde Love Faglia epicentro Onde SH, SV ipocentro Onde P Onde Rayleigh Fronte d onda 22

23 Sismogrammi tipici di terremoti locali, regionali, telesismi e onde «T» Classificazione terremoti in base alla distanza dalla stazione di registrazione Terremoto locale Telesisma (D>2000 km) D: distanza epicentro-stazione Terremoto regionale D<600 km D>600 km Onde T: particolare tipo di onde che una volta prodotte da un terremoto raggiungono la stazione propagandosi in mare a velocità inferiore quindi arriva con un notevole ritardo rispetto al tempo di origine T0

24 Sismogrammi tipici di terremoti locali, regionali, telesismi e onde «T» Classificazione terremoti in base alla distanza dalla stazione di registrazione

25 Evento antropico Abbattimento ciminiera dell ex-inceneritore di Via Conchetta, Ferrara (carica: 15 kg) data: Ore: utc IT stazione DEP-componente HHE

26 Evento antropico Abbattimento ciminiera dell ex-inceneritore di Via Conchetto, Ferrara data: , Ore: utc IT stazione DEP. Periodo istantaneo esplosione caduta ciminiera Rapporto ampiezza segnale a corto periodo (STA) e lungo periodo (LTA). È una tecnica numerica per riconoscere i segnali dovuti a terremoti, esplosioni, etc

27 Sismologia Propagazione onde elastiche Fine parte 07