ESECUZIONE DI UN TEST CON PUNTA SISMICA G1-CONE 2S DOTATA DI DOPPIO RICEVITORE ED ANALISI DEI DATI RACCOLTI M. Bellio (TECNOPENTA s.r.l.) G. Bruzzo (UNINGEO s.n.c.) 1) ABSTRACT Nel presente articolo viene descritto il test a cui è stata sottoposta la nuova Punta Penetrometrica Sismica G1-Cone 2S con doppio ricevitore realizzata da TECNOPENTA e i risultati ottenuti dall elaborazione dei segnali registrati durante la prova. Tale sonda acquisisce contemporaneamente da due ricevitori, incorporati nella punta a distanza di un metro l'uno dall'altro, i segnali sismici generati da un'unica energizzazione del terreno; ciò permette, calcolati i tempi di ritardo (delay time) tra gli arrivi dell'onda sismica ai due ricevitori, di valutare la velocità delle onde di taglio S nello strato di terreno indagato. 2) INTRODUZIONE In data 17 gennaio 2012 presso il campo prove di Dolo è stato eseguito un test della nuova Punta Penetrometrica Sismica G1-Cone 2S con doppio ricevitore realizzata da TECNOPENTA. Per l acquisizione dei dati è stata usata le centralina D1-SISMI USB anch essa prodotta da TECNOPENTA Tale sonda sismica di diametro 36 mm, lunghezza 1200 mm ed avente le dimensioni del cono di una punta penetrometrica standard, è dotata al suo interno di una doppia tripletta di accelerometri ( doppio ricevitore ). I due ricevitori, dei quali il più prossimo al cono ( ricevitore basso ) dista dallo stesso 155 mm, sono distanziati l'uno dall'altro di 1002 mm. I tre acceleromertri costituenti i due ricevitori sono disposti secondo i tre assi cartesiani XYZ. 1
La punta sismica come una normale prova penetrometrica statica viene infissa nel terreno misurando durante l'avanzamento la profondità e l'inclinazione. A quote prestabilite l'avanzamento viene arrestato per eseguire l'energizzazione del terreno e l'acquisizione dei segnali sismici (tecnica down-hole). 3) CARATTERISTICHE TECNICHE DELLA PUNTA SISMICA Di seguito vengono riportate le caratteristiche della strumentazione. Lunghezza della punta sismica Accelerometri Range di accelerazione Segnale in frequenza Sensibilità 1200 mm Sensore MEMS inerziale lineare +/- 2g 0-300Hz 0.66 V/g (+/-2g) 4) SISTEMA DI ENERGIZZAZIONE Una appropriata sorgente di segnale sismico, per il calcolo della velocità delle onde di taglio S, deve preferenzialmente generare onde di taglio di larga ampiezza con poca o nessuna componente compressionale. Il sistema di energizzazione del terreno (sorgente di onde di taglio) consiste quindi nel generare un impulso di taglio ottenuto colpendo con una mazza da 12 kg di peso le terminazioni laterali di una traversina in legno caricata con uno stabilizzatore dell'autocarro del penetrometro (il colpo viene ripetuto in fasi successive su entrambe le terminazioni della traversina per ottenere in tal modo due segnali con opposta polarizzazione). Durante l'energizzazione del terreno le aste sono svincolate dal penetrometro in modo tale che 2
le vibrazioni dell'autocarro non possano trasmettersi ai sensori sismici attraverso le aste di perforazione. 5) ESECUZIONE DEL TEST Ad inizio prova la punta è stata infissa nel suolo avendo la cura di posizionare uno dei due assi X o Y parallelo alla traversina che genera l'onda sismica di taglio. Si è proceduto quindi con l'infissione della punta sismica alla velocità standard di 2 cm/s e l'avanzamento è stato arrestato alle profondità di 5.38 e 10.38 metri di profondità per i test di acquisizione sismica. 6) ANALISI DEI SEGNALI SISMICI Di seguito si ripota l'analisi dei segnali registrati alle profondità di 5.38 e 10.38 metri di profondità dal piano campagna. Essendo interessati per il momento ad analizzare i tempi di arrivo per calcolare la velocità delle onde di taglio S, sono stati tralasciati i segnali acquisiti con gli accelerometri Z. Dei segnali acquisiti dagli accelermetri orizzontali X e Y sono stati presi in considerazione i segnali migliori individuati con la procedura del cross-over. Per le due profondità alle quali è stata eseguita l'acquisizione sismica si riportano nelle prossime pagine i segnali registrati dagli accelerometri X o Y, alto e basso, con polarizzazione destra e sinistra. Si riportano in successione i segnali in cross-over e l'overlay dei segnali con medesima polarizzazione degli accelerometri alto e basso: da questa sovrapposizione si può chiaramente osservare il delay time (ritardo di arrivo dell'onda tra i due accelerometri posti a distanza di un 3
metro). E' stato quindi calcolato il delay time sia con metodo di picking manuale sia con funzione di cross-correlazione. Tali risultati vengono tabellati. Infine i segnali registrati dagli accelerometri alto e basso ma di medesima orientazione e polarizzazione, shiftati del delay time calcolato, vengono rifasati: ciò permette una verifica del tempo di ritardo calcolato e della qualità dei segnali stessi registrati. Si riporta di seguito la rappresentazione grafica di quanto descitto. I segnali di seguito visualizzati, sono stati ottenuti da singole energizzazioni senza operazioni di stacking e non hanno subito filtraggi in post-acquisizione vale a dire durante l elaborazione ed analisi successiva alla registrazione di campagna. Profondità di acquisizione 5.38 metri da p.c. Di seguito si riportano in sequenza i due segnali registrati dall'accelerometro Y basso, con polarizzazione destra e sisnistra, ed i due segnali registrati dall'accelerometro Y alto, con polarizzazione destra e sinistra. 4
Segnale registrato dall'accelerometro Y basso polarizzazione dx Segnale registrato dall'accelerometro Y basso polarizzazione sx 5
Segnale registrato dall'accelerometro Y alto polarizzazione dx Segnale registrato dall'accelerometro Y alto polarizzazione sx Le due seguenti immagini riportano il corss-over dei precedenti segnali visualizzati. 6
Cross-over dei due segnali (polarizzazione destra e sinistra) registrati dall'accelerometro Y basso Cross-over dei segnali (polarizzazione destra e sinistra) registrati dall'accelerometro Y basso Nelle due immagini seguenti si riportano in overlay i due segnali registrati dagli accelerometri Y alto e basso con polarizzazione destra ed i due segnali degli accelerometri Y alto e basso con polarizzazione sinistra. 7
Da queste immagini si può chiaramente osservare lo sfasamento (delay time di arrivo dell'onda S tra accelerometro alto e basso) dei due segnali e si può calcolare il tempo di ritardo. Overlay dei segnali registrati dagli accelerometri Y alto e basso polarizzazione dx; si può osservare il delay time tra i due segnali Overlay dei segnali registrati dagli accelerometri Y alto e basso con polarizzazione sx; si può osservare il delay time tra i due segnali 8
Nella seguente tabella si calcolano le velocità delle onde di taglio S nel metro investigato misurando il delay time sia con metodo di picking manuale sia con funzione di cross-correlazione. Profondità di acquisizione 5.38 metri da p.c. Delay time calcolato con picking manuale (secondi) Vs tra 4.20 e 5.20 m calcolato con delay time da picking manuale (m/s) Delay time calcolato con crosscorrelazione (secondi) Vs tra 4.20 e 5.20 m calcolato con delay time da crosscorrelazione (m/s) Segnali con polarizzazione dx da accelerometri Y alto e basso 0.00472 212 0.00462 216 Segnali con polarizzazione sx da accelerometri Y alto e basso 0.00427 234 0.00422 237 Segnali Y dx alto e Y dx basso: shiftati con delay time calcolato sia da picking manuale che da corss-correlazione e sovrapposti (rifasamento dei segnali) 9
Segnali Y sx alto e Y sx basso: shiftati con delay time calcolato sia da picking manuale che da corss-correlazione e sovrapposti (rifasamento dei segnali) Profondità di acquisizione 10.38 metri da p.c. Segnale registrato dall'accelerometro X basso polarizzazione dx 10
Segnale registrato dall'accelerometro X alto polarizzazione dx Segnale registrato dall'accelerometro Y basso polarizzazione sx 11
Segnale registrato dall'accelerometro Y alto polarizzazione sx Cross-over dei segnali registrati dagli accelerometri X e Y basso 12
Cross-over dei segnali registrati dagli accelerometri X e Y alto Nelle due seguenti immagini si riportano in overlay i due segnali registrati dagli accelerometri X alto e basso con polarizzazione destra ed i due segnali degli accelerometri Y alto e basso con polarizzazione sinistra. Da queste immagini si può chiaramente osservare lo sfasamento (delay time di arrivo dell'onda S tra accelerometro alto e basso) dei due segnali e si può calcolare il tempo di ritardo. 13
Overlay dei segnali registrati dagli accelerometri X alto e basso polarizzazione dx; si può osservare il delay time tra i due segnali Overlay dei segnali registrati dagli accelerometri Y alto e basso polarizzazione sx; si può osservare il delay time tra i due segnali 14
Nella seguente tabella si calcolano le velocità delle onde di taglio S nel metro investigato misurando il delay time sia con metodo di picking manuale sia con funzione di cross-correlazione. Profondità di acquisizione 10.38 metri da p.c. Delay time calcolato con picking manuale (secondi) Vs tra 9.20 e 10.20 m calcolato con delay time da picking manuale (m/s) Delay time calcolato con crosscorrelazione (secondi) Vs tra 9.20 e 10.20 m calcolato con delay time da crosscorrelazione (m/s) Segnali con polarizzazione dx da accelerometri X alto e basso 0.00472 212 0.00427 234 Segnali con polarizzazione sx da accelerometri Y alto e basso 0.00442 226 0.00462 216 Segnali X dx alto e X dx basso: shiftati con delay time calcolato sia da picking manuale che da corss-correlazione e sovrapposti (rifasamento dei segnali) 15
Segnali Y sx alto e Y sx basso: shiftati con delay time calcolato sia da picking manuale che da corss-correlazione e sovrapposti (rifasamento dei segnali) 7) CONCLUSIONI Il test eseguito con la Punta Sismica G1-Cone 2S ha evidenziato come i segnali registrati dai due ricevitori alto e basso, generati da medesima energizzazione, presentino la stessa forma d'onda e siano rifasabili dopo averne calcolato il delay time. Una volta acquisiti dei buoni segnali rimane in ogni caso un margine di errore legato alla determinazione del delay time sia utilizzando il sistema di picking manuale sia utilizzzando la funzione di cross-correlazione. Ciò va a determinare, come si può vedere dalle tabelle sopra riportate, una certa variabilità nel calcolo della velocità delle onde di taglio S. Saranno ripetute ulteriori prove ed in particolare si prevede di eseguire un test mettendo a confronto la punta sismica sin qui descritta ed il piezocono sismico TECNOPENTA CPL2IN-SISMI a singolo ricevitore per valutare e comparare il grado di errore che si ottiene nel calcolo della velcoità delle onde di taglio S utilizzando i due sistemi. 16