Sismica a Rifrazione in onde P

La tecnica a rifrazione si basa sul concetto di rifrazione delle onde sismiche, fenomeno che si verifica in presenza di mezzi con caratteristiche elastiche diverse (i contrasti di proprietà possono essere associabili a cause di natura stratigrafica, strutturale o idrogeologica). Il metodo sismico a rifrazione in onde P consiste nella generazione di onde sismiche longitudinali (GEAmb dispone di un energizzatore ad impatto verticale consistente in una grave a caduta con massa fino a 120kg) poi rilevate da sensori (geofoni) disposti lungo un profilo (o linea sismica). Attraverso lo studio dei tempi di percorrenza, ovvero della velocità delle onde sismiche, è possibile risalire alla sismo-stratigrafia (definita come l’insieme delle caratteristiche geometriche e geofisiche dei sismo-strati) caratterizzante l’area d’indagine. A tal proposito, GEAmb è solita eseguire una tomografia sismica del sottosuolo. Il metodo tomografico, infatti, garantisce risultati più accurati rispetto ad altri approcci comunemente utilizzati in sismica a rifrazione, soprattutto in presenza di incrementi graduali di velocità anziché di forti contrasti, in caso di marcate variazioni laterali di velocità ed in caso di topografie accidentate, poco regolari o pendii acclivi.
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Sismica a Rifrazione in onde S

La tecnica a rifrazione si basa sul concetto di rifrazione delle onde sismiche, fenomeno che si verifica in presenza di mezzi con caratteristiche elastiche diverse (i contrasti di proprietà possono essere associabili a cause di natura stratigrafica, strutturale o idrogeologica). Il metodo sismico a rifrazione in onde S consiste nella generazione di onde sismiche trasversali (GEAmb dispone di un energizzatore a pendolo con maglio da 20kg) poi rilevate da sensori (geofoni) disposti lungo un profilo (o linea sismica). Attraverso lo studio dei tempi di percorrenza, ovvero della velocità delle onde sismiche, è possibile risalire alla sismo-stratigrafia (definita come l’insieme delle caratteristiche geometriche e geofisiche dei sismo-strati) caratterizzante l’area d’indagine. A tal proposito, GEAmb è solita eseguire una tomografia sismica del sottosuolo. Il metodo tomografico, infatti, garantisce risultati più accurati rispetto ad altri approcci comunemente utilizzati in sismica a rifrazione, soprattutto in presenza di incrementi graduali di velocità anziché di forti contrasti, in caso di marcate variazioni laterali di velocità ed in caso di topografie accidentate, poco regolari o pendii acclivi.
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MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves)

Il metodo MASW (Park et al., 1999, Geophysics No. 64) è una tecnica d’indagine non invasiva che permette di definire il profilo di velocità delle onde di taglio (onde S) a partire da registrazioni delle onde superficiali ottenute mediante l’impiego di più geofoni posti sulla superficie del terreno. Tale tecnica consiste nell’analizzare la dispersione delle onde di Rayleigh (generate mediante l’uso di un energizzatore ad impatto verticale), le quali viaggiano con una velocità dipendente dalla rigidezza dei livelli di terreno interessati dalla propagazione delle onde stesse. In un mezzo stratificato le onde di Rayleigh sono dispersive nel senso che componenti del segnale a frequenza (lunghezza d’onda) differente si propagano a diversa velocità in funzione delle caratteristiche del mezzo attraversato. Componenti ad alta frequenza (breve lunghezza d’onda), più lente, permettono d’investigare gli strati più superficiali mentre quelle a bassa frequenza (lunghezza d’onda maggiore), generalmente con velocità di propagazione maggiore, forniscono informazionisugli strati più profondi.
La procedura per indagini MASW può riassumersi in tre fasi:
1) Acquisizione del segnale sismico generato da sorgente impulsiva mediante l’impiego di un acquisitore multi-canale
2) Analisi della dispersione delle onde superficiali e definizione della curva di dispersione sperimentale. A tal proposito, GEAmb è solita impiegare il metodo phase-shift (Park et al., 1998) in quanto garantisce una maggior risoluzione (d’immagine) rispetto al tradizionale metodo f-k
3) Processo d’inversione per la determinazione del profilo di velocità delle onde S a partire dalla curva di dispersione sperimentale e da un modello geologico-geotecnico del terreno
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HVSR (Horizontal to Vertical Spectral Ratio)

Il metodo Nakamura (Nakamura, 1989, Quarterly Rep. RTRI Jpn. No. 30) è una tra le tecniche più utilizzate per lo studio della risposta sismica di un sito. Tale metodo consente di determinare la frequenza fondamentale di vibrazione del terreno (o frequenza di risonanza), f0, a partire da registrazioni di microtremore. Quest’ultimo si assume sia principalmente costituito da onde sismiche superficiali, nella fattispecie onde di Rayleigh. Il contrasto d’impedenza sismica tra gli strati di terreno superficiali ed il substrato roccioso è la causa dell’amplificazione al sito. Specificamente, verificata l’ipotesi per cui la componente verticale del moto sia esente da effetti di amplificazione, la funzione di amplificazione è determinabile come il rapporto tra le componenti spettrali orizzontali (H) e quella verticale (V) di una stessa registrazione in superficie. Tale funzione è propriamente indicata come curva H/V (per questo spesso si parla di tecnica HVSR – Horizontal to Vertical Spectral Ratio technique) ed esprime la variazione dell’amplificazione del terreno in funzione della frequenza.
Per quanto concerne l’acquisizione del microtremore GEAmb è solita utilizzare strumenti che sfruttano geofoni tri-.assiali con periodo naturale di 1s ovvero sismometri aventi curva di risposta piatta per periodi fino ad almeno 1s (es., Lennartz 3D/5s – Lennartz electronic GmbH). Nella pratica questo si traduce nella possibilità di interpretare la curva H/V anche a basse frequenze (≤ 1Hz), tipiche nel caso di substrati molto profondi.
Dall’inversione congiunta della curva H/V con la curva di dispersione delle onde superficiali (ottenuta, per esempio, da indagine MASW o ReMi), a partire da un modello geologico-geotecnico del terreno, è possibile ricavare il profilo di velocità delle onde di taglio (onde S) per un dato sito d’indagine.
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