Indagini geofisiche di superficie: sismica a rifrazione

Presentazione sul tema: "Indagini geofisiche di superficie: sismica a rifrazione"— Transcript della presentazione:

1 Indagini geofisiche di superficie: sismica a rifrazione
INDAGINI E TECNICHE DI MICROZONAZIONE SISMICA APPLICATE AI CENTRI URBANI E AGLI EDIFICI Indagini geofisiche di superficie: sismica a rifrazione Mario Marchisio Nel file ci sono due pagine mastro: quella della copertina (schema titolo) e quella di tutte le pagine successive (schema diapositiva) Il file modello è predisposto con la prima diapositiva pronta per essere corretta, poi facendo “nuova diapositiva” apparirà la nuova slide (schema diapositiva), anch’essa già formattata. Le modifiche vanno sempre fatte sulla singola slide, mai sulle pagine mastro, se non per l’inserimento del marchio del cliente. Se non serve una diapositiva standard, ma ad esempio una dove inserire un grafico allora prima bisogna creare una nuova diapositiva e poi da “formato”/”layout diapositiva” cambiare la struttura della diapositiva con quella che occorre: rimarranno della diapositiva standard solo gli elementi necessari.

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Le indagini sismiche a rifrazione utilizzano la propagazione delle onde elastiche di volume per lo studio della stratigrafia delle rocce superficiali basandosi sulla differenza delle loro velocità. Si possono utilizzare sia le onde P (longitudinali o di pressione) sia le onde S (trasversali o di taglio. Per la Microzonazione Sismica queste indagini hanno principalmente lo scopo di determinare la VEL VS30

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Cenni sulle onde sismiche in corpi elastici Propagazione delle onde elastiche in presenza di superfici di discontinuità: riflessione e rifrazione Sismica a rifrazione: tecniche di misura ed interpretazione (con onde P ed SH)

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I diversi tipi di onde elastiche nel sottosuolo: Onde in un solido elastico indefinito omogeneo ed isotropo: Onde P (onde di compressione o longitudinali) Onde S (onde di taglio o onde trasversali) Onde superficiali, che si verificano solo in presenza di superfici de discontinuità: Onde di Love Onde di Rayleigh

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Deformazioni di una particella elementare e vibrazioni dei suoi punti nel caso di: onde P (longitudinali o di volume) onde S (di taglio o trasversali)

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PRESENZA DI SUPERFICI DI DISCONTINUITA’ Un raggio sismico incidente su di una superficie di discontinuità subisce fenomeni di riflessione nel primo mezzo elastico e di rifrazione nel secondi Gli angoli dei raggi riflessi e rifratti seguono le Leggi di Snellius

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Se l’onda incidente è un’onda P o SV, oltre alle onde riflesse omologhe si generano anche onde dell’altro tipo Suffisso P : raggi P Suffisso S : raggi S Suffisso 1 : raggi nel mezzo 1 Suffisso 2 : raggi nel mezzo 2 R : angolo di riflessione r : angolo di rifrazione

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Lo studio delle ampiezze delle onde riflesse e rifratte nel caso generale è molto complesso. Nel caso però di angolo di incidenza di 90° i rapporti di amplificazione dipendono solo dalle impedenze acustiche dei 2 mezzi (prodotto della velocità dell’onda x la densità del mezzo) Si noti l’amplificazione dell’onda rifratta quando si passa da un mezzo più veloce ad un mezzo più lento

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Le onde birifratte: propagazione della perturbazione lungo la superficie di discontinuilà e risalita dei fronti d’onda birifratti nel mezzo 1

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Esempio: caso di un terreno a 3 strati piani orizzontali con velocità crescente: Modello fisico Tempi di arrivo per le onde dirette e birifratte Dromocrone corrispondenti

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ESECUZIONE DELLE MISURE: I GEOFONI STESA DEI GEOFONI SORGENTI SISMOGRAFI MODALITA’ DI REGISTRAZIONE CONTROLLO DELLA QUALITA’ DELLE REGISTARZIONI E INDIVIDUAZIONE DEI PRIMI ARRIVI

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I sensori utilizzati per le indagini a rifrazione sono i GEOFONI I sensori dei geofoni sono caratterizzati dalla frequenza propria e possono essere inseriti in direzione verticale od orizzontale Per le onde P vanno utilizzati geofoni verticali con frequenza propria compresa tra 4 e 14 Hz Per le onde S vanno utilizzati geofoni orizzontali con frequenza propria compresa tra 4.5 e 15 Hz Per le onde S sono stati sviluppati, presso il Politecnico di Torino, speciali geofoni orizzontali a doppia capsula chiamati SWIPHONE

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Il PROGRAMMA VEL della REGIONE TOSCANA prescrive l’utilizzo di stendimenti di 24 geofoni con distanze intergeofoniche “a” di 5 – 10 metri (cui corrispondono lunghezze totali di metri) Se il profilo fisico deve essere più lungo, si sposta ½ base per volta.

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SORGENTI Per onde P: Massa battente (almeno 150 kg) in caduta libera o equivalente Minibang/cannoncino con cartucce cal.8 per uso industriale Esplosivo (?) Per onde SH: Battute orizzontali con una mazza battente su di un oggetto pesante a forma di parallelepipedo ben appoggiato (non infisso) sul terreno, possibilmente con un sovraccarico Energizzazioni: Per ogni base/stendimento sono previste almeno 7 energizzazioni (“scoppi” o “spari” o “tiri”), 2 esterni, ad una distanza di ½ base, due alle estremità, tra i geofoni 1 e 2 e tra il 23 e 24, due intermedi ed uno centrale. Nel caso di stendimenti de 240 metri, saranno effettuati 9 tiri, aggiungendo altr 2 tiri esterni. Diversi operatori preferiscono utilizzare la tecnica della TOMOGRAFIA SISMICA A RIFRAZIONE:in questo caso il numero di acquisizioni deve essere nettamente maggiore

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Il programma VEL VS30 prevede anche la possibilità di effettuare anche energizzazioni con esplosivo. Questo è assolutamente necessario se si utilizzano stendimenti di 460 metri (in tal caso però io consiglierei di usare sismografi a 48 canali, con distanza intergeofonica di 10 m). Bisogna però tenere presente che la procedura per utilizzara anche piccole cariche di esplosivo in Italia è estremamente complicata e costosa. Perciò questa tecnica è da proporre solo in casi molto particolari ed è opportuno valutare la possibilità di usare tecniche alternative

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SISMOGRAFI Gli strumenti utilizzati per la sismica a rifrazione sono i SISMOGRAFI da campagana. Per questo tipo di indagini i requisiti minimi sono: Almeno 24 canali digitali Dinamica di acquisizione numerica (ADC) di almeno 16 bit – ma sono consigliabili gli strumenti con ADC a “virgola mobile” che hanno una dinamica enormemente superiore Possibilità di inversione di polarità per lo stacking dei dati per onde SH Tempi di campionamento a durate di acquisizione adatte alle situazioni operative Possibilità di filtraggi pre- e post-acquisizione Diverse modalità di trigger Registrazione su supporti digitali; possibilità di stampa dei sismogrammi con tutti i parametri di acquisizione, compresa la data e ora di acquisizione.

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Simografo DMT SUMMIT: Unità di Controllo: su calcolatore portatile, cui si collegano le unità di acquisizione a 2 o 24 canalicanali

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MODALITA’ DI REGISTRAZIONE Tutti i sismografi moderni hanno diverse modalità di trigger: apertura o chiusura di circuito, geofono o bobina al punto di battuta, ecc. Tutti i sismografi moderni hanno efficienti routines di stacking dei dati, con controllo, automatico, passo indietro, ecc.. Queste caratteristiche, insieme alla possibilità di registrazione pre-trigger e di pre-stack correlation, permettono di usare lo stacking dei dati con elevatissima efficienza: in questo modo è possibile ottenere buone registrazioni con sorgenti meno “potenti” o in condizioni di rumore elevato

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CONTROLLO DELLA QUALITA’ DELLE REGISTARZIONI E INDIVIDUAZIONE DEI PRIMI ARRIVI Le registrazioni devono risultare ben chiare e consentire una individuazione (“picking”) dei primi Esistono programmi per questo lavoro, ma la loro accuratezza non è sufficientemente affidabile. Possono però essere utilizzati per trattamenti dei dati, visualizzazione in diverse scale, ecc., in modo da facilitare il picking manuale

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INTERPRETAZIONE DELLE MISURE: Per l’interpretazione delle misure sono disponibili diversi programmi (software) Tra i più diffusi si citano: Programmi per il trattamento con il metodo GRM Programmi per il trattamento di ricostruzione tomografica, tipo RAYFRACT La scelta delle modalità di trattamento ed interpretazione dei dati può influenzare le modalita’ operative

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Un esempio di indagine con GRM: Registrazione di onde SH Passo 5 metri Sparo centrale

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Un esempio di indagine con GRM: Registrazione di onde SH Passo 5 metri Sparo laterale

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Le dromocrone ottenute

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Sezioni GRM ottenute

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Un esempio di tomografia sismica a rifrazione: registrazione di onde P

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Un esempio di tomografia sismica a rifrazione: registrazione di onde SH

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Onde P

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Tomografia Onde P

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Onde SH

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Tomografia onde SH

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Queste considerazione avevano lo scopo di chiarire la necessità di seguire le regole fissate dalla Regione Toscana per le indagini sismiche a rifrazione per il programma VEL VS30.

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