Indagini sismiche di superficie: cosa sono e a cosa servono?

Indagini sismiche di superficie

Indagini sismiche di superfice

Le indagini sismiche di superficie vengono impiegate per le analisi delle modalità di propagazione delle onde sismiche nel sottosuolo partendo da misure svolte in superficie. Provato che le velocità delle onde sismiche variano in funzione del mezzo attraversato a causa di alcuni parametri fisici e meccanici è possibile valutare queste variazioni sulla superficie indagata per ricostruire  la stratigrafia geologica dell’area.

METODO DI SISMICA ATTIVA.

Con indagini di sismica attiva si intendono tutte quelle prove dove il terreno di interesse viene stimolato da una sorgente sismica costituita, a secondo delle esigenze, da mazza battente su piastra o fucile sismico. Disponendo i geofoni ricevitori in linea retta (base sismica o stendimento sismico), secondo spaziature prestabilite, si dispone dei mezzi per misurare tempi di percorrenza e ampiezza delle onde sismiche (*) che transitano sulla superficie del suolo, da cui è possibile calcolare i parametri visco-elastici del sottosuolo.

(*) Le onde sismiche sono onde che si propagano attraverso il globo terrestre generate da un terremoto, da attività vulcanica o artificialmente ad opera dell’uomo tramite un’esplosione o un’altra forma di energizzazione del terreno. Sono onde meccaniche che sfruttano le proprietà elastiche del mezzo materiale per la loro propagazione (onde elastiche)… (fonte Wikipedia).

STRUMENTAZIONE: IL SISMOGRAFO

Lo strumento utilizzato per questo tipo di indagine è il sismografo multicanale, un sistema computerizzato composto da ricevitori, convertitori A/D, amplificatori, filtri, registratore e alimentazione.

Ricevitori (o Geofoni):

trasduttori in grado di convertire le oscillazioni in segnale elettrico

Convertitori analogico / digitale:

Convertono il segnale elettrico proveniente dai geofoni in segnale digitale

Amplificatori:

strumenti atti a variare l’ampiezza del segnale (guadagno) in ingresso proveniente dai geofoni ricevitori.

Filtri:

dispositivi atti a minimizzare il segnale in ingresso da eventuali rumori di fondo

Registratore:

dispositivo che memorizza i dati digitali provenienti dai convertitori.

Alimentazione:

a batteria o con collegamento alla rete elettrica consente di alimentare l’intero sistema.

Metodi di Acquisizione ed Elaborazione.

Le indagini sismiche attive si dividono in diversi metodi di acquisizione ed elaborazione in relazione al tipo di studio e al target richiesto. I principali metodi sono:

  • Indagine sismica MASW
  • Indagine di sismica a Rifrazione
  • Indagini sismiche a Riflessione

METODO DI SISMICA ATTIVA MASW.

Che cos’è la MASW?

La MASW (Multichannel Analysis of Surface Waves), come altre indagini sismiche, è un metodo geofisico che consente di monitorare il terreno valutando le sue velocità tramite geofoni o accelerometri. Si è studiato che i vari tipi di terreni hanno come caratteristica velocità sismiche diverse. Da questo, attraverso indagini sismiche di superficie con opportune geometrie è possibile valutare le velocità sismiche in profondità.

Le prove di sismica attiva MASW sono indagini geofisiche atte a misurare la propagazione delle onde sismiche di superficie, per mezzo di geofoni (almeno 12) e acquisitore digitale multicanale.

La sorgente sismica è fornita al terreno sottostante mediante mazza battente su piastra o fucile sismico. L’immediato rilascio di energia genera a partire dal punto di scoppio onde che si propagano nel terreno; questo meccanismo è molto simile a quello di un terremoto, sebbene l’energia liberata sia inferiore.

A cosa serve la MASW?

È una tipologia di indagine sismica utilizzata per ricostruire il profilo di velocità delle onde di taglio Vs, permettendo di determinare la categoria di suolo sismico e le azioni sismiche sulle costruzioni.

Categoria di suolo sismico:

secondo le Norme Tecniche per la Costruzione vengono individuate diverse categorie di sottosuolo di riferimento, dipendenti dalle velocità delle onde di taglio Vs. La MASW è uno dei metodi più utilizzati per la classificazione sismica del sottosuolo.

Azione sismica sulle costruzioni: insieme di parametri sismici che permettono di ricostruire la risposta di un edificio alle sollecitazioni indotte da un evento sismico, in relazione alle componenti strutturali e alla tipologia di sottosuolo.

Dove è utilizzata?

Il metodo MASW viene utilizzato in qualunque situazione stratigrafica pseudo-orizzontale, anche in presenza di falda. Le indagini non sono invasive e non occorre eseguire perforazioni

INDAGINE SISMICA A RIFRAZIONE

Il metodo di sismica a rifrazione è un’indagine anch’essa non invasiva basata sul rilevamento dei tempi di primo arrivo delle onde sismiche (P o S) generate da una sorgente sismica (mazza o fucile sismico) e intercettate da geofoni in superficie, disposti su un allineamento a diverse distanze dalla sorgente.

I tempi di primo arrivo, relazionati alle diverse distanze sorgente-geofono, consentono la stima delle velocità di propagazione delle onde sismiche e il calcolo delle geometrie del sottosuolo (topografia delle interfacce).

A cosa serve?

La finalità dell’indagine sismica a rifrazione è la caratterizzazione sismo-stratigrafica del sottosuolo, mirata all’individuazione delle varie superfici rifrangenti presenti e le relative velocità di propagazione delle onde meccaniche Vp, per poter discriminare sismostrati significativi, interpretabili come orizzonti geologici.

Dove viene utilizzata?

la profondità d’indagine è determinata in funzione della lunghezza della base sismica, mentre il dettaglio della ricostruzione sismo-stratigrafica è relazionato alla spaziatura tra i geofoni. la spaziatura tra i geofoni dovrebbe essere determinata in funzione del dettaglio richiesto nella ricostruzione del rifrattore.

Il numero di scoppi ed il loro posizionamento lungo la base sismica varia in funzione del processo di elaborazione.

METODOLOGIA ED ATTREZZATURA UTILIZZATA PER L’INDAGINE GEORADAR

Il GPR, più comunemente detto Georadar, è un metodo di prospezione del sottosuolo basato sulla riflessione di onde elettromagnetiche. Il sistema consta di una antenna schermata da 250MHz – UWB (Ultra-Wide Bandwidth) – Banda Ultra Larga. Per l’elaborazione dei dati Georadar è stato utilizzato il software EKKO PROJECT 4

La litologia dei siti e l’assenza di una falda nello spessore d’indagine hanno determinato valori dell’assorbimento tollerabili, con una profondità d’indagine spinta sino a circa 4 mt.

Oltre all’utilizzo a fini di mappatura di sottoservizi, tra gli orizzonti o oggetti riflettenti identificabili con un’indagine georadar citiamo:

  1. contatti geologici e piani di stratificazione, terreni di riporto;
  2. livelli di asfalto e relativi spessori; diversi strati di un rivestimento;
  3. piani di fratturazione;
  4. vuoti naturali (cavità carsiche o artificiali (condotte, gallerie etc.);
  5. reperti archeologici;
  6. discariche, servizi interrati etc.;
  7. bidoni metallici e contenitori di materiali vari, mine o oggetti metallici in genere;
  8. tubazioni sotterranee di plastica, metallo o cemento;
  9. tondini di ferro in cemento armato;
  10. zone di terreno interessate da perdite di idrocarburi o altri liquidi ad alta resistività.
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