SISMICA IN FORO. 1.1 Descrizione della metodologia Down-Hole Apparecchiatura utilizzata...07

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1 SISMICA IN FORO 1.1 Descrizione della metodologia Down-Hole 0 1. Apparecchiatura utilizzata Risultati sperimentali ed elaborazione dati Definizione della Categoria di suolo in funzione del Vs30...1

2 1.1 Descrizione della metodologia Down-Hole Il metodo sismico down-hole è utilizzato per misurare le velocità delle onde elastiche di compressione e di taglio, che si propagano nel terreno in seguito ad una energizzazione superficiale realizzata, di norma, mediante una massa battente. A differenza della metodologia classica della sismica a rifrazione è possibile individuare anche degli strati lenti; non bisogna assumere, per questa metodologia di prospezione, che la velocità aumenti con la profondità. Difatti, nella prova down-hole si misurano i tempi di arrivo delle onde elastiche man mano che le stesse penetrano negli strati più profondi: possono essere facilmente identificate ed interpretate anche inversioni di velocità. La stima di queste velocità è eseguita attraverso la misure dei tempi di propagazione delle onde elastiche longitudinali (P) e trasversali polarizzate (SH). La prova è stata condotta nel perforo relativo al sondaggio geognostico siglato come S11, che presenta un diametro pari a 100 mm ed è stato rivestito con tubazione in pvc da 80 mm di diametro e opportunamente condizionato fino ad una profondità pari a 36 m. In tale perforo è stata calata una sonda determinando, per intervalli di profondità fino alla profondità di 34m, i tempi di propagazione delle onde elastiche secondo le cinque componenti di registrazione. Si è scelto di eseguire misure ad intervallo pari a m e i valori calcolati sono riportati nella tabella di seguito. Come sistema energizzante, è stato utilizzato una piastra d acciaio opportunamente posizionata sul terreno e una massa battente. Tale sorgente dovrebbe essere posta nelle immediate vicinanze del boccaforo onde evitare la possibile propagazione lungo il tubo di condizionamento dell onda sismica. Pur tuttavia, nella pratica corrente essa viene posta ad una certa distanza dal boccaforo. Nel caso in esame la piastra d acciaio, posta ad una distanza pari a 1,50 m (schema riportato in fig. 1) dal boccaforo, è posizionata in modo tale che, colpendo la stessa con un colpo laterale, è possibile generare onde a prevalente componente di taglio (S) a polarizzazione orizzontale (SH). Allegato sismico Pagina di 1

3 Figura 1: Posizione della sorgente di energizzazione rispetto al foro di sondaggio.. Dato che la sorgente energizzante è posta ad una certa distanza dal boccaforo, dovrà essere eseguita una correzione dei tempi letti (t l ) durante la prospezione sismica. Osservando la figura, indicato con l angolo formato dall asse del perforo e la congiungente sorgente - geofono e con d la distanza dalla sorgente da tale asse posto ad una certa profondità (z), la correzione da apportare ad ogni tempo letto è pari a: d t c = t l * cos dove arctan g z. Figura : Relazione tra asse perforo e distanza tra sorgente energizzante e geofono Per potere eseguire questa correzione è necessario che il fronte d onda si propaghi in terreni che non presentano rilevanti discontinuità laterali delle proprietà elastiche. Viceversa, la Allegato sismico Pagina 3 di 1

4 presenza di forti discontinuità causerebbe una deviazione (determinata da fenomeni di rifrazione) del raggio sismico, e, pertanto, si determinerebbe una stima scarsamente attendibile dei tempi di arrivo. Per definire il grado di disomogeneità dei terreni attraversati, si definisce la velocità di intervallo, (Vi) ovvero la velocità con cui viaggerebbe il fronte d onda lungo l asse verticale tra due posizioni consecutive del ricevitore intervallate da un tratto verticale z. Le misure di velocità possono essere ottenute secondo due principali procedure definite metodo diretto e metodo delle velocità di intervallo. Entrambe le procedure di interpretazione sono comunque suscettibili di una critica fondamentale, cioè si basano sull ipotesi che i percorsi delle onde siano rettilinei e coincidenti con quelli che collegano la sorgente ai ricevitori. Di solito ciò non è esatto, dato che, prima di giungere ai ricevitori, le onde subiscono fenomeni di rifrazione che ne modificano il percorso. Di seguito si riporta in modo schematico le due procedure eseguite per stimare le velocità dei sismostrati presenti nel sottosuolo investigato: Interpretazione in down hole con il metodo diretto: Per poter interpretare il down hole con il metodo diretto, inizialmente, bisogna correggere i tempi di tragitto (t) misurati lungo i percorsi sorgente-ricevitore per tenere conto dell inclinazione del percorso delle onde. Se d è la distanza della sorgente dall asse del foro (figura 3), r la distanza fra la sorgente e la sonda dei sensori, z la profondità di misura è possibile ottenere i tempi corretti (tcorr) mediante la seguente formula di conversione: 1.0 t corr z r t Calcolati i tempi corretti sia per le onde P che per le onde S si realizza il grafico tcorr z in modo che la velocità media delle onde sismiche in strati omogenei di terreno è rappresentata dall inclinazione dei segmenti di retta lungo i quali si allineano i dati sperimentali (figura 4).Ottenuti graficamente i sismostrati si ottengono la densità media, funzione della velocità e della profondità, e i seguenti parametri: 1) coefficiente di Poisson medio: Vp V s.0 medio 0.5 Vp V s - 1 ) modulo di deformazione a taglio medio: Allegato sismico Pagina 4 di 1

5 3.0 G medio V s 3) modulo di compressibilità edometrica medio: 4.0 E dmedio V p 4) modulo di Young medio: 5.0 E V 1 medio s 5) modulo di compressibilità volumetrica medio: 6.0Evmedio V p 4-3 V s d z r Figura 3 Schema di down hole con metodo diretto Allegato sismico Pagina 5 di 1

6 0 s.r.l. 5 Tpcorr Tscorr Profondità (m) Tempo (msec) Figura 4 Dromocrone Interpretazione in down hole con il metodo intervallo: con il metodo intervallo i tempi di tragitto dell onda sismica si misurano fra due ricevitori consecutivi (figura 5) posti a differente profondità, consentendo così di migliorare la qualità delle misure (velocità d intervallo).quando si dispone di un solo ricevitore, cioè nell ipotesi in cui le coppie non corrispondano ad un unico impulso, i valori di velocità determinati vengono definiti di pseudo-intervallo, consentendo solo un apparente migliore definizione del profilo di velocità. Ottenute le misure è possibile calcolare i tempi corretti con la formula descritta in precedenza e la velocità intervallo delle onde P e S, con relativo grafico (figura 6), con la formula seguente: 7.0 V p, s t z corr - z - t 1 1corr Ottenute le velocità intervallo si calcolano la densità, il coefficiente di Poisson, il modulo di deformazione a taglio, il modulo di compressibilità edometrica, il modulo di Young, il modulo di compressibilità volumetrica per ogni intervallo con le formule riportate sopra. Il metodo intervallo presenta però dei limiti: a) non tiene conto della velocità degli strati sovrastanti; b) non è applicabile nel caso in cui t corr < t 1corr. Allegato sismico Pagina 6 di 1

7 d r1 r Figura 5 Schema di down hole con metodo intervallo 0 Vscorr 5 Vpcorr Profondità (m) Velocità intervallo (m/s) Figura 6 Profilo delle velocità sismiche con metodo intervallo Allegato sismico Pagina 7 di 1

8 1. Apparecchiatura utilizzata La prova sismica down-hole richiede un perforo adeguatamente condizionato, una sorgente energizzante, dei geofoni opportunamente assemblati ed un unità di registrazione. La massa battente che costituisce la sorgente energizzante ha un peso di 10 kg e la si usa così come descritto precedentemente. L apparato ricevente è costituito da 5 geofoni con frequenza naturale di 14 Hz: un geofono verticale sensibile alla ricezione dei tempi di arrivo delle onde P e i rimanenti quattro orizzontali, disposti a 45 tra loro, sensibili alla ricezione dei tempi di arrivo delle onde S. L acquisizione e la visualizzazione dei dati è stata realizzata con un sismografo digitale multicanale A3000S prodotto dall MAE Molisana Apparecchiature Elettroniche S.R.L. Trattasi di un sismografo da 1 a 16 canali avente le seguenti caratteristiche: Convertitore analogico digitale con risoluzione 16 Bit 048 campioni per canale Campionamento 50, 1000, 000, 5000, su 8 canali c/s Guadagno 90 db PC interno 33MHz con HD di capacità di 56 MB con C.F. ed uscita USB. Formato dati SEG Y e SEG Pre-processing in tempo reale per la riduzione del noise culturale ed ambientale. Stima del contenuto spettrale del segnale L utilizzo di filtri adeguati (passa-basso, passa-alto, passa-banda e notch filter.) I dati misurati durante la prova down-hole sono stati così registrati e conservati nella memoria di massa dello strumento. Dopo averli scaricati su Pen Drive USB sono stati convertiti dal formato strumentale in un formato opportuno in modo tale da consentire la lettura dei tempi di arrivo delle onde P ed S. Allegato sismico Pagina 8 di 1

9 1.3 Risultati sperimentali ed elaborazione dati I dati interpretati ed elaborati, sono stati sinteticamente rappresentati sia numericamente che graficamente e sono riportati di seguito. E stato possibile acquisire i dati fino ad una profondità pari a 34m. Tabella DHS11: analisi riassuntiva dei dati misurati ed elaborati nel foro di sondaggio S11. Per quanto concerne la rappresentazione grafica, le curve sperimentali rappresentate in funzione dei parametri tempo-profondità riproducono gli andamenti delle funzioni tc P (z), tc S (z). In particolare in figura 7 e nella tabella 1, si riporta quanto ottenuto secondo l analisi del metodo diretto mentre in figura 8 e nella tabella, si riporta quanto ottenuto con il metodo delle velocità intervallo. Allegato sismico Pagina 9 di 1

10 Figura 7: Dromocrone ottenute con il metodo diretto. Tabella 1: valori medi dei parametri sismici ottenuti secondo il metodo diretto. Allegato sismico Pagina 10 di 1

11 Figura 8: Rappresentazione tempi distanze ottenute secondo il metodo intervallo.. Tabella : valori medi dei parametri sismici ottenuti secondo il metodo intervallo. Allegato sismico Pagina 11 di 1

12 1.4 Definizione della Categoria di suolo in funzione del Vs30. Per ottenere la velocità media di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 metri di profondità a partire da 4 m dal piano campagna, si procede con il calcolo della seguente espressione: V S hi V i1, N i hi = spessore dello strato i-esimo Vi = velocità dell onda di taglio i-esima N = numero degli strati Considerando i parametri sismici ed elastici relativi ai diversi sismostrati individuati elaborando i dati della prova con entrambe le metodiche, risulta che il sito di indagine presenta dei valori di velocità rispettivamente pari a 09 m/s secondo il metodo diretto e 31 m/s secondo il metodo intervallo. Entrambi i valori consento di ascrivere i terreni oggetto di indagine alla categoria di suolo tipo C. Trattasi di Depositi di sabbie e ghiaie mediamente addensate, e o di argilla di media rigidezza, con spessori variabili da diverse decine fino a centinaia di metri, caratterizzati da valori di Vs30 compresi tra 180 e 360 m/s (15 < c u < 50 kpa). N SPT < 50, o coesione non drenata 70 < Il responsabile Dr. Geol. Francesco Gravina Il compilatore Dr.ssa Geol. Soldovieri Maria Grazia Allegato sismico Pagina 1 di 1