dati di rumore ambientale per la carta di MS di

I dati di rumore ambientale per
la MS di Livello I
Dario Albarello
Università degli Studi di Siena
[email protected]
Consiglio Nazionale delle Ricerche, Roma, 22-23 maggio 2013
L’esperienza condotta nell’area aquilana ha messo in chiara evidenza come
un modello geologico finalizzato alla caratterizzazione sismica del
territorio non possa fare a meno di indicazioni di massima su tre
elementi di grande importanza
1. Quali contatti geologici rappresentano significativi contrasti di impedenza
sismica? Anche nel caso di formazioni litoidi affioranti (terreni stabili) è
possibile escludere la presenza di effetti di amplificazione stratigrafica
indotti, per esempio, da zone di alterazione?
2. Quale è la morfologia sepolta di questi contatti ? Sono utili stime del tipo:
“qualche metro”, “una decina di metri”, “alcune decine di metri”, “oltre i
100 metri”
3. Quale è l’entità del contrasto di impedenza sismica atteso ? Sono utili
stime di massima del tipo : “alto” o “basso”
A questo scopo sono necessarie tecniche caratterizzate da bassi costi di
esercizio per unità di volume di sottosuolo esplorato e buona capacità di
penetrazione (anche centinaia di metri)
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Le tecniche di sismica passiva possono giocare un ruolo essenziale in
quest’ambito
Si tratta di tecniche sismiche finalizzate alla caratterizzazione delle proprietà
sismiche del sottosuolo a partire da misure del campo di vibrazioni generate
da sorgenti ambientali non controllate di varia natura
Il vantaggio di queste tecniche è che le onde sismiche oggetto di studio sono
caratterizzate da lunghezze d’onda molto maggiori di quelle generate
artificialmente e questo permette di raggiungere profondità di esplorazione
assai più grandi di quelle raggiungibili da tecniche attive anche se a prezzo di
una peggiore risoluzione geometrica e di una maggiore ambiguità
interpretativa
Inoltre possono operare in ambiente urbano anche in presenza di forti
disturbi antropici
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Possiamo individuare due famiglie di tecniche sismiche
passive
Misure a stazione singola con la tecnica HVSR
per la determinazione di fenomeni di risonanza
e vincolare, in maniera almeno preliminare, la
profondità dei possibili contrasti di impedenza
sismica nel sottosuolo
Misure di vibrazioni ambientali su
antenna sismica (ESAC, fk, tec.) per
la determinazione della curva
dispersione delle onde superficiali
che, invertite congiuntamente alle
curve HVSR, permettono di vincolare
il profilo di Vs rappresentativo della
situazione locale
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Il metodo della stazione singola è piuttosto semplice e richiede un solo
operatore. Simulazioni numeriche e dati osservativi indicano che
fs
fP
la posizione dei
massimi dei rapporti
spettrali mostra una
buona correlazione
con le frequenze di
risonanza delle onde S
(fo=VS/4H)
per contrasti di
impedenza bassi o
nulli il picco sparisce e
la sua ampiezza
aumenta con
l’aumentare del
contrasto (in modo
non lineare)
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Un elemento chiave per la misure HVSR è la loro corretta
esecuzione
Questa misura presenta due ordini di problemi: il primo legato ai
ridotti valori di ampiezza del segnale ed il secondo al carattere
statistico delle misure
Questo implica che una grande cura deve essere dedicata alla
corretta esecuzione delle misure (buon accoppiamento
strumento/terreno, durata adeguata della misura, ecc.) e che le
tecniche di trattamento del segnale giocano un ruolo essenziale
Inoltre, prima delle possibili interpretazioni, vanno messe in opera
strategia codificate per stabilire la qualità della misura che
richiedono, a loro volta, una completa documentazione delle
modalità di campionamento e trattamento del dato
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Indicazioni aggiornate riguardo alle modalità
di applicazione della tecnica HVSR sono
riportati in una pubblicazione reperibile sul
sito del Dipartimento della Protezione Civile
Nazionale
http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/vie
w_pub.wp?contentId=PUB28083
Misure di ruomre ambientale– D.Albarello
20 Febbraio 2013 – h.15.00-16.00
I risultati delle misure di vibrazioni ambientali si prestano ad almeno tre
livelli di interpretazione
1. Livello qualitativo
Livello 1
L’insieme dei dati ottenuti permette di identificare le aree dove esistono
fenomeni di risonanza la presenza di fenomeni di risonanza sismica
nel campo di frequenze di interesse ingegneristico (0.5-10 Hz)
2. Livello semi-qualitativo
Alle misure sono associate delle stime molto grossolane dello spessore
delle coperture responsabili del fenomeno della risonanza e
dell’entità del contrasto atteso
3. Livello quantitativo
Le misure vengono “invertite” (con modelli piano-paralleli) per ricavare
informazioni sul profilo di velocità delle onde S nel sottosuolo del
punto di misura
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
GUBBIO
Assenza di risonanza
Presenza di risonanza
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Al fine di provvedere una prima informazione di massima sulle
caratteristiche delle zone caratterizzate da risonanza (valide solo in
prima approssimazione e solo a fini esplorativi)sono stati prodotti degli
abachi preliminari per:
1. stimare la profondità del contrasto di impedenza responsabile degli
effetti osservati
2. Valutare qualitativamente l’entità di questo contrasto
Utilizzando questo strumento, le frequenze di
risonanza possono tentativamente essere
convertite in spessori permettendo una
identificazione preliminare delle interfacce
risonanti
Questo tipo di indagine non ha sostituito
analisi di dettaglio ma ha avuto il solo scopo
(sotto stretto controllo geologico) di fornire
indicazioni preliminari sulla struttura del
sottosuolo e orientare le indagini successive
Centinaia di metri
Decine di metri
Qualche metro
H/V >3 Alto contrasto
2<H/V<3 Basso Contrasto
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Oppure utilizzando semplici modelli per il profilo di velocità (tipo “legge a
potenza”) che permettono di stabilire relazioni fra frequenza di risonanza e
spessore delle coperture
Vs (h) ≈ V0 (1 − a )h a
V (1 − a ) 
+ 1
H = 0
 4ν 0

1 (1− a )
− 1 ≈ Aν 0
B
I parametri di questa relazione empirica possono essere ricavati utilizzando le
misure su antenna che possono essere a loro volta interpretate in maniera
semplificate mediante una conversione (VR,f)(h, VR)
Vs ≈ 1.1 VR
VR
h≈C
f
Con C che può variare
nell’intervallo 0.8 - 0.3)
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
Il sottosuolo di Firenze
Profilo di velocità
rappresentativo
In questo modo è stata eseguita
una valutazione della topografia
del basamento al di sotto della
città di Firenze
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello
CONCLUSIONI
Le esperienze di microzonazione sismica condotte negli ultimi anni hanno
mostrato l’importanza di una buona caratterizzazione geologica del territorio
indagato e tuttavia hanno anche mostrato che una lettura strettamente
geologica non è sufficiente per l’elaborazione di carte utili alla MZS
Le tecniche di sismica passiva si sono rivelati di grande utilità per identificare
e caratterizzare i contatti geologici responsabili di possibili fenomeni di
amplificazione sismica permettendo l’estrapolazione a aree estese di misure
puntuali
Si tratta di tecniche “robuste” applicabili rapidamente nei diversi contesti
(anche in presenza di forti disturbi antropici) ma richiedono una grande cura
nella loro esecuzione
Possono essere soggette a diversi livelli di interpretazione (qualitativo, semiqualitativo e quantitativo) i cui primi due possono essere considerati
utilizzabili anche fuori dal contesto di ricerca purché corredati da una chiara
visione “geologica” del sottosuolo indagato
I dati di rumore ambientale per la MS di Livello I – Dario Albarello