Università degli Studi del Sannio Corso di laurea

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Università degli Studi del Sannio
Corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche
Insegnamento di Geofisica Applicata – modulo B
4 CFU
Anno accademico 2010/2011
docente: Rosalba Maresca
E-mail: [email protected]
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Facoltà di Scienze MM. FF. NN. C.d.L. Magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche
Rumore sismico
Il rumore sismico è un segnale di piccola ampiezza (10-7-10-2 mm) , sempre
presente nelle registrazioni sismiche. Può essere generato da sorgenti
naturali o artificiali.
Il rumore sismico ad alta frequenza (>1 Hz), definito microtremore, è in
genere di origine antropica o comunque causato da fenomeni superficiali.
Il rumore sismico a bassa frequenza (<1 Hz), definito microsisma, è molto
elevato, raggiungendo ampiezze dell'ordine di 10-2 mm ed è prodotto dal
moto ondoso e da perturbazioni atmosferiche, anche a notevole distanza
dalla costa questo rumore domina il segnale sismico.
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Corso di Geofisica Applicata – modulo B
a.a. 2010/11
Docente: dr. Rosalba Maresca
senza filtro
0.2 – 0.4 Hz
2 – 4 Hz
10 – 20 Hz
Registrazioni alla stazione sismica MOL (Norvegia) della Norwegian National
Seismic Network.
La scala è la stessa per le quattro tracce e i numeri riportati a destra sulle
tracce indicano la massima ampiezza in counts.
da Havskov e Alguacil, 2004
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a.a. 2010/11
Spettro di ampiezza dello spostamento del suolo
10 µm
curve di rumore
(Seismological
Willmore, 1979
10-1 µm
10-3 µm
10-5 µm
0.1
microtremore
1
10
secondi
Observatory
Practice,
In ascisse è riportato il periodo.
Le curve puntinate corrispondono ai
livelli max, medio e min. pubblicati da
Brune e Oliver (1959);
le curve tratteggiate corrispondono a
due esempi estremi osservati in USA; le
curve continue corrispondono a i limiti di
variabilità osservati in Europa.
microsisma
da Havskov e Alguacil, 2004
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a.a. 2010/11
Microtremori e Risposta Sismica Locale
Gli studi sulla risposta sismica locale basati su registrazioni di
microtremore sono iniziati in Giappone a partire dagli anni ’50 e furono
resi popolari alla fine degli anni ’80 da Nakamura.
Si è evidenziato come il rapporto spettrale tra le componenti
orizzontali (H) del moto del suolo e le componenti verticali (V), da cui
HVSR o H/V, fornisce utili informazioni riguardanti la risposta sismica
del sito.
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a.a. 2010/11
Metodo HVSR (Nakamura, 1989)
assunzioni:
HS
VS
Ø modello semplice
H
HB
VB
Ø sorgenti superficiali
Ø la componente VS
non viene
amplificata dallo strato sedimentario
Secondo Nakamura, la risposta di sito, o funzione di amplificazione di sito,
può essere stimata sperimentalmente attraverso il rapporto tra lo spettro
della componente orizzontale rispetto a quello della componente verticale
dei microtremori registrati allo stesso sito (HVSR):
H S (ω)
A(ω) ≈
VS (ω)
a.a. 2010/11
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Numerose evidenze sperimentali mostrano che il metodo predice con
efficacia le frequenze di risonanza dei sedimenti, ma non consente la
stima del valore assoluto dell’amplificazione sismica
HVSR - microtremori
8
NO !
HVSR
A max
4
SI !
0
f0
2
4
6
8
FREQUENZA (Hz)
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HVSR - microtremori
da Al Yuncha and Luzon, 2000
BSSA, 90, 4, 1101-1106
8
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La spiegazione oggi più accreditata del metodo è che i microtremori siano
prevalentemente costituiti da onde superficiali (Rayleigh e Love)
ellitticità modo fondamentale
onde di Rayleigh
HVSR rumore osservato
HVSR rumore sintetico
da Fah D. and al., 2001
Geophys. J. Int., 145, 535-549
f0
Il rapporto tra le componenti orizzontale e verticale del moto generato da
onde di Rayleigh in un mezzo stratificato (ellitticità) bene interpreta la freq.
fondamentale di risonanza stimata attraverso il metodo di Nakamura.
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La frequenza fondamentale di risonanza (f0) dipende dallo spessore dei
sedimenti e dalla Vs dei sedimenti:
HVSR - microtremori
Vs
f0 =
4H
Conoscendo la velocità media delle onde S nei sedimenti, è possibile
ricavare il loro spessore
da Castellaro, Udine, 2008.
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Il metodo HVSR funziona bene per forti contrasti di impedenza:
bacino di Santiago, Cile
Zs ~ Zb
Zb >>Zs
impedenza sismica
Z = ρ ⋅Vs
da Bonnefoy-Claudet et al., BSSA 2009
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Il basamento sismico - casi studio:
sito 9
sito 5
1
1
2
0
0
0
-30
-30
-30
2
0
-40
-60
-60
-60
-80
10
HVSR
HVSR
10
-120
1
1
1
1
10
FREQUENZA (Hz)
rumore
modellazione 1
modellazione 2
10
-160
FREQUENZA (Hz)
12
limiti del metodo :
Ø mezzo 1D
Ø non fornisce la amplificazione assoluta del sito
Ø funziona meno bene per bassi contrasti di impedenza
vantaggi del metodo :
Ø
è sufficiente una sola stazione triassiale
Ø
può vedere contrasti di impedenza fino a profondità
dell’ordine delle centinaia di metri
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Bibliografia
R. W. Romeo, 2007, La risposta sismica locale per la progettazione
strutturale, International Centre for Mechanical Sciences Monografie CISM,
2007. Capitolo 3, paragr. 3, 3.1, 3.2, 3.2.1, 3.2.2.
J. Havskov e G. Alguacil, 2010. Instrumantation in Earthquake Seismology –
Springer, 2010.
Bonnefoy-Claudet, S., Baize, S., Bonilla, L.F., Berge-Thierry, C., Pasten, C.,
Campos, J., Volant, P., and Verugo, R., 2009. Site effect evaluation in the
basin of Santiago de Chile using ambient noise measurements, Geophys. J.
Int., 176, 925-937.
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