Geofisica

Downhole

La prova sismica in foro di tipo Down-Hole è finalizzata alla determinazione del profilo di velocità delle onde sismiche di compressione, P, e di taglio, S, e dei moduli elasto-dinamici dei litotipi indagati da esse ricavabili.

Essa consiste nel produrre, sulla superficie del terreno, una sollecitazione mediante una sorgente meccanica, e nello studiare i treni d’onda che si propagano all’interno del terreno in direzione longitudinale e trasversale alla direzione di propagazione.
Mediante un ricevitore (geofono triassiale) in foro, viene valutato il tempo di arrivo del treno di onde, dividendo questo per la distanza tra sorgente e ricevitori, si ricava la velocità delle onde longitudinali e trasversali.

Determinare i valori dei moduli elasto-dinamici che caratterizzano i litotipi attraversati permette di ottenere informazioni circa la loro natura e il tipo di risposta alle sollecitazioni dinamiche.
Importante per la qualità delle misure è la cementazione del foro di sondaggio.

E’ una metodologia che trova il suo campo di applicazione per la ricostruzione sismo-stratigrafica del sottosuolo, analisi e valutazione delle sue caratteristiche geomeccaniche ed elastiche, microzonazione sismica, calcolo del Vs30, etc..

Cross Hole e Cross Hole tomografici

La prova sismica in foro di tipo Cross Hole è finalizzata alla determinazione del profilo di velocità delle onde sismiche di compressione, P, e di taglio, S, e dei moduli elasto-dinamici dei litotipi indagati da esse ricavabili.

Essa viene applicata utilizzando almeno due fori di sondaggio, uno in cui si alloggia il ricevitore (geofono triassiale) e l’altro in cui si producono, con varie modalità ed alla stessa profondità del ricevitore, i treni d’onda da registrare.

In questo tipo di prospezione va misurata con cura la verticalità dei due fori di sondaggio.

Analogamente alla prova Down-Hole, la determinazione dei valori dei moduli elasto-dinamici, che caratterizzano i litotipi indagati alle varie profondità, permette di ottenere informazioni circa la loro natura e il tipo di risposta alle sollecitazioni dinamiche.

Anche in questo caso è importante, per la qualità delle misure, la cementazione dei fori di sondaggio.

E’ anche questo un metodo che viene applicato per la ricostruzione della sismo-stratigrafia del sottosuolo, analisi di dettaglio delle caratteristiche geomeccaniche ed elastiche del terreno tra i due fori, microzonazione sismica, calcolo del Vs30 etc..

MASW

Le prove MASW (Multichannel Analysis of Seismic Waves) permettono di determinare il parametro sismico Vs30 con cui classificare sismicamente il suolo, ai fini della normativa antisismica, desumendolo dall’andamento della velocità delle onde sismiche di taglio (S) in funzione della profondità nei primi 30 metri dal piano di posa delle fondazioni.

Si ricavano le velocità delle onde trasversali dallo studio della propagazione e delle curva di dispersione delle onde superficiali ( o di Rayleigh; le onde superficiali vengono prodotte da una sorgente impulsiva disposta a piano campagna e vengono registrate da uno stendimento lineare composto da geofoni in grado di misurare frequenze maggiori di 4,5 Hz, posti a distanze regolari l’uno dall’altro (distanza intergeofonica).

Le onde più lunghe (periodo lungo e basse frequenze) viaggiano più in profondità dando informazioni sulle velocità delle strutture più profonde, mentre le onde più corte (periodo corto e più alte frequenze) viaggiano più in superficie dando informazioni più dettagliate sulle strutture più apicali.

REMI

Il metodo di indagine sismico ReMi (Refraction Microtremor) è caratterizzato, a differenza del metodo MASW, da un tipo di acquisizione “passivo” delle onde superficiali che vengono generate dal rumore di fondo (detto anche “microtremore”) prodotto da sorgenti naturali ed antropiche (traffico, attività industriali, acque correnti, vento, etc.) e che vengono registrate da uno stendimento lineare composto da geofoni verticali con frequenza di 4.5 Hz posti a distanze regolari l’uno dall’altro (distanza intergeofonica).

La tecnica ReMi, indagando bande spettrali con basse frequenze, permette di avere informazioni sull’andamento delle Vs al di sotto del piano campagna del sito, ed in particolar modo di maggior dettaglio della porzione di sismo-strati più profonda del sottosuolo, ai fini della valutazione del parametro Vs30.

Sovente, se la logistica del sito di acquisizione non permette acquisizioni teoricamente ottimali del dato MASW, le acquisizioni ReMi vengono integrate alle MASW per la misura del Vs30.

Sismica a rifrazione e tomografica

La prospezione sismica in rifrazione consiste nel produrre, sulla superficie del terreno, sollecitazioni verticali od orizzontali mediante una sorgente meccanica, e nello studiare i treni di onde che si propagano, all’interno del terreno, longitudinalmente alla direzione di propagazione (onde P), o trasversalmente alla direzione di propagazione e polarizzate in un piano orizzontale (onde Sh).

In particolare si provvede alla misurazione del tempo necessario perché la perturbazione elastica (onde P ed S) causata nel terreno da un energizzatore venga rilevata da uno stendimento di sensori (geofoni) dopo aver percorso uno strato superficiale di terreno (onde dirette) e superfici di separazione fra strati più profondi e a velocità crescente verso il basso (onde rifratte).

L’analisi dei tempi di arrivo delle onde elastiche di compressione (P) e di taglio (S) permette la ricostruzione della sismostratigrafia del sottosuolo, valutazione delle caratteristiche elasto-meccaniche, strutturali ed idrogeologiche dei litotipi indagati.Limite di questa metodologia d’indagine è l’impossibilità teorica di indagare sismo-stratigrafie che presentino inversioni di velocità.

Le prospezioni sismiche in rifrazione vengono eseguite anche in modalità tomografica per analisi di dettaglio delle caratteristiche del sottosuolo.

Sismica a riflessione

La prospezione sismica a riflessione ad alta risoluzione è una metodologia utilizzata nell’esplorazione del sottosuolo per analizzarne l’assetto stratigrafico e strutturale, permettendo di effettuare una ricostruzione geometrica di dettaglio della litostratigrafia del sottosuolo.

Viene utilizzata anche nello studio di fondazioni, ricerca di falde acquifere, superfici di scollamento che caratterizzano i movimenti franosi, individuazione di cavità naturali od antropiche, etc.

L’indagine sismica a riflessione consiste nella registrazione dei treni d’onda, generati in superficie da una fonte di energia, riflessi dalle discontinuità sismiche presenti nel sottosuolo, e dovute a differenze litologiche o strutturali. L’analisi delle registrazioni permette di ricostruire l’andamento e la profondità delle varie discontinuità consentendo di delinearne la geometria.

Le prospezioni sismiche a riflessione, a differenza delle prospezioni a rifrazione, non vengono influite negativamente dalla presenza di sismo-stratigrafie che presentino inversioni di velocità, essendo esse basate sul contrasto di impedenza esistente fra i materiali indagati.

HVSR

La tromografia, o analisi dei rapporti spettrali (HVSR: Horizontal to Vertical Spectral Ratio), consiste nella registrazione del rumore sismico ambientale (microtremori) prodotto da sorgenti naturali od artificiali di piccola ampiezza (1 – 10 nm) e costituite da onde superficiali quali le onde di Rayleigh e, in minor percentuale, le onde di Love.

L’analisi delle registrazioni permette di valutare quelle che sono le frequenze caratteristiche di risonanza del terreno ai punti d’indagine, od anche di strutture.
Dal punto di vista geologico-geotecnico l’intervallo di frequenze di interesse è compreso fra 0.0 e 20.0 Hz, frequenze che in caso di eventi sismici potrebbero influenzare negativamente il comportamento dinamico degli edifici.

Le misure HVSR vengono inoltre utilizzate per le indagini di microzonazione sismica e di risposta sismica locale (RSL) allo scopo di stimare la profondità del bedrock sismico.

Misure Accelerometriche

L’analisi in tomografia elettrica consente di ottenere sezioni 2D e 3D di resistività dei terreni dalle quali si ricavano la localizzazione e definizione di disomogeneità litologiche e strutturali o materiali sepolti.

Il metodo tomografico elettrico è basato sull’analisi della resistività apparente (riferita ad un terreno disomogeneo) mediante misure di intensità di corrente elettrica, inviata nel terreno tramite una coppia di elettrodi, e di tensione registrata da una seconda coppia di elettrodi lungo profili lineari o bidimensionali.

La metodologia viene utilizzata per la ricostruzione dell’elettrostratigrafia e di strutture del sottosuolo (faglie, cavità etc.), individuazione della superficie freatica, localizzazione e delimitazione di percolati e liquidi inquinanti, rilievo delle geometrie di discariche abusive, stima della profondità del substrato impermeabile di falde superficiali, interfaccia acque dolci/salate, indagini archeologiche, logs elettrici in foro, etc.

In particolare l’analisi in tomografia elettrica è stata un’implementazione per analisi di maggior dettaglio delle tecniche geoelettriche quali SEV (Sondaggi Elettrici Verticali), che sono dedicati alla ricostruzione di profili verticali di resistività e per ricerche idrogeologiche (anche fino grandi profondità), e SEO (Sondaggi Elettrici Orizzontali) dedicati alla produzione di profili e rettangoli di resistività.

Georadar

L’indagine G.P.R. (Ground Penetrating Radar) è una tecnica diagnostica geofisica non distruttiva, che permette di ottenere immagini di sezioni bidimensionali o tridimensionali del suolo e/o strutture indagate per una profondità che è funzione della tipologia dei materiali e del tipo di sensore utilizzato.

Il metodo georadar è basato sulla generazione di onde impulsive ad alta frequenza (generalmente tra 25 e 2000 MHz) che possono essere immesse nel corpo da indagare con una opportuna antenna (trasmittente). Il parametro misurato è il tempo di propagazione dell’onda che, incontrando ostacoli o discontinuità, ritorna in superficie e viene captata dall’antenna (ricevente) come eco riflessa.

Si ottengono immagini che rappresentano le sezioni o i volumi percorsi dall’antenna mobile sulla superficie investigata.
Gli ambiti di applicazione della metodologia GPR possono essere generalmente identificati in: prospezioni ambientali, indagini geotecniche, studi architettonici, ricerche archeologiche, ricerca di sottoservizi, monitoraggi strutturali, identificazioni di cavità e oggetti celati.

Tomografia Elettrica

L’analisi in tomografia elettrica consente di ottenere sezioni 2D e 3D di resistività dei terreni dalle quali si ricavano la localizzazione e definizione di disomogeneità litologiche e strutturali o materiali sepolti.

Il metodo tomografico elettrico è basato sull’analisi della resistività apparente (riferita ad un terreno disomogeneo) mediante misure di intensità di corrente elettrica, inviata nel terreno tramite una coppia di elettrodi, e di tensione registrata da una seconda coppia di elettrodi lungo profili lineari o bidimensionali.

La metodologia viene utilizzata per la ricostruzione dell’elettrostratigrafia e di strutture del sottosuolo (faglie, cavità etc.), individuazione della superficie freatica, localizzazione e delimitazione di percolati e liquidi inquinanti, rilievo delle geometrie di discariche abusive, stima della profondità del substrato impermeabile di falde superficiali, interfaccia acque dolci/salate, indagini archeologiche, logs elettrici in foro, etc.

In particolare l’analisi in tomografia elettrica è stata un’implementazione per analisi di maggior dettaglio delle tecniche geoelettriche quali SEV (Sondaggi Elettrici Verticali), che sono dedicati alla ricostruzione di profili verticali di resistività e per ricerche idrogeologiche (anche fino grandi profondità), e SEO (Sondaggi Elettrici Orizzontali) dedicati alla produzione di profili e rettangoli di resistività.