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
Metodi di prospezione sismica per la stima delle velocità
delle onde sismiche nel sottosuolo
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Metodi sismici di esplorazione a piccola profondità
onde di volume
P, S
metodi attivi
metodi attivi
onde superficiali
R, L
sismica a rifrazione
Vp/h
sismica a riflessione
sezione
sismica
prospezioni in foro
Vp/h Vs/h
metodi MASW, SASW
metodo ReMi
metodi passivi
Vs/h
metodo SPAC
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Metodi sismici per la stima delle velocità di propagazione nel sottosuolo
SISMICA A RIFRAZIONE
La tecnica di prospezione sismica a rifrazione consiste nella misura dei tempi di
primo arrivo delle onde sismiche generate in un punto in superficie (punto di
sparo), in corrispondenza di uno stendimento di geofoni.
E’ necessario che la lunghezza dello stendimento sia pari a 5h-10h, dove h è la
profondità di indagine.
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Il metodo della sismica a rifrazione tipicamente fornisce il profilo di
velocità delle onde P nel sottosuolo
m
0
Vp = 400 m/s
-10
Vp = 860 m/s
-20
Vp = 1600 m/s
-30
Vp = 24 00 m/s
-40
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SISMICA A RIFLESSIONE
Ogni superficie che marca una variazione di proprietà elastiche nel sottosuolo
rappresenta una discontinuità in grado di riflettere parte dell'energia sismica che si
propaga nel terreno. I segnali riflessi, registrati in superficie dai geofoni e
opportunamente elaborati, permettono la produzione di sezioni sismiche che
forniscono utili informazioni sull'assetto strutturale dell'area indagata.
La tecnica risulta efficace
per definire con dettaglio
la geometria dei riflettori
in profondità
La lunghezza dello
stendimento è
tipicamente uguale alla
profondità di indagine.
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Il metodo della sismica a rifrazione tipicamente fornisce la sezione
sismica da cui si può ricavare la sezione stratigrafica
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Velocità sismiche
λ + 2µ
VP =
ρ
µ
VS =
ρ
λ, µ = moduli elastici (costanti di Lamè)
ρ = densità
µ (ο G) = modulo di rigidità (o di taglio)
ρ = densità
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Andamento della densità e delle velocità sismiche con la profondità
a grande scala:
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La velocità delle onde P nei materiali
grafico densità/velocità
da Nafe e Drake, 1965
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Il profilo Vs: perché è di interesse negli studi di microzonazione
La velocità di propagazione delle onde sismiche trasversali (Vs) è un
parametro cruciale per la stima della risposta sismica locale.
E’ ampiamente dimostrato che l’effetto più importante che genera
amplificazione del moto sismico è dovuto al contrasto di impedenza
sismica tra gli strati superficiali e il bedrock.
Questo significa che tale effetto dipende dalla diversa Vs negli strati.
Infatti:
ρs
Vss
ρb Vsb
ρbVsb
CI =
ρ sVsb
contrasto di impedenza
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La velocità delle onde S è direttamente
proporzionale al modulo di taglio nel materiale.
µ
VS =
ρ
Per studiare la risposta sismica di un tipo di suolo
all’azione sismica, si è particolarmente interessati
all’azione delle componenti tangenziali che
generano sforzi di taglio:
τ = Gγ
In cui:
τ = sforzo di taglio
G = modulo di rigidità
γ = deformazione di taglio
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Coefficiente di Poisson
VP
1− σ
=
VS
0.5 − σ
σ
litotipo
Rocce compatte
0.2-0.3
Sabbie
0.3-0.35
Argille
0.3-0.4
nei fluidi:
Vp/Vs
σ = coefficiente di Poisson
coefficiente di Poisson
µ = 0 → Vs = 0 → σ = 0.5
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Il rapporto
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VP
non è costante nelle rocce
VS
Vp
Litotipo
Areato superficiale
quindi:
la Vs non può essere ricavata
indirettamente dalla Vp !
Vp (m/s)
300 – 800
Sabbia asciutta
500 – 1000
Sabbia umida
600 – 1800
Argilla
1800 -2900
Terreno alluvionale sciolto
400 – 2000
Acqua
1450 -1500
Lava
2500 – 4000
Calcare
3500 – 5000
Arenaria
2500 – 4500
Granito
4000 – 6000
Piroclastite coerente (tufo)
750 – 2500
Piroclastite incoerente
350 - 1000
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Vs30
Si definisce Vs30 la velocità media equivalente delle onde S nei primi 30 m
di profondità:
Vs30 =
30
hi
∑ Vs
n
i
dove hi è lo spessore dello strato i-esimo e n è il numero degli strati nei
primi 30 m.
Vs 1
Vs2
30 m
Vs 3
Vs30
Vs4
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La recente normativa (D.M. 14.01.2008) ha introdotto la definizione
dell’azione sismica di progetto per diverse categorie di suolo di fondazione,
sulla base del parametro Vs30
Norme tecniche per le costruzioni – Categorie di sottosuolo
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Metodi per la stima del profilo Vs
misure di laboratorio
prospezioni in foro
metodi basati sulle
onde di volume
CPT
Stime dirette dei parametri
Costi elevati.
SPT
Irriproducibilità delle
condizioni di sito
down-hole
Elevata precisione
Costi elevati
cross-hole
Difficoltà di
individuare la fase
S nel
sismogramma
rifrazione
riflessione
MASW
metodi basati sulle
onde superficiali
Idonei per la stima
della Vs.
SASW
Possono essere attivi o
passivi.
ReMi
SPAC
metodi spettrali FK
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I metodi passivi, non
invasivi e meno costosi,
sono basati sull’uso del
rumore sismico. 17
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Bibliografia
M. Corrao e G. Coco. “Geofisica Applicata. Con particolare riferimento alle
prospezioni sismiche, elettriche, elettromagnetiche e geotermiche”,
Flaccovio, 2009. Capitolo 6.
R. W. Romeo. “La risposta sismica locale per la progettazione strutturale”,
International Centre for Mechanical Sciences Monografie CISM, 2007.
Capitolo 4.
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