La risposta sismica locale di un sito, ai sensi della recente normativa in materia di classificazione sismica dei suoli (NTC_2008- DM 14 gennaio 2008), può essere valutata con Tecnica MASW (Multi-channel Analysis of Surface Waves

Teoria in sintesi

La tecnica MASW (Multi-channel Analysis of Surface Waves), consente di fornire un profilo verticale medio delle Vs relative al volume di sottosuolo sotteso dallo stendimento operato.

Tale profilo verticale delle Vs viene ricavato per inversione o per modellizzazione diretta della velocità di fase delle onde di superficie (Rayleigh).

Le onde di Rayleigh costituiscono un particolare tipo di onde di superficie che si trasmettono sulla superficie libera di un mezzo isotropo ed omogeneo, e sono il risultato dell’interferenza tra onde P ed onde Sv (onde di taglio verticali).

In un mezzo stratificato, tali onde sono di tipo guidato e dispersivo. La dispersione è una deformazione di un treno d’onde dovuta ad una variazione di propagazione di velocità con la frequenza.

Le componenti con frequenza minore, penetrano più in profondità rispetto a quelle a frequenza maggiore, per un dato modo, e presentano normalmente più elevate velocità di fase.

Il profilo di velocità onde di Rayleigh (Vfase/frequenza), può essere convertito nel profilo Vs/profondità.

Il metodo SASW (Nazarian e Stokoe, 1984) utilizza una sorgente attiva e due sismometri da 1Hz polarizzati verticalmente spaziati da 1m sino a 500m; le Vs sono ricavate dallo studio delle velocità di fase delle onde di Rayleigh.

Tali velocità di fase sono ricavate per confronto diretto degli spettri d’ampiezza e fase di cascuna coppia di sismometri, ottenuti istantaneamente in sito tramite un oscilloscopio che esegue una trasformata veloce di Fourier; l’interpretazione è svolta nel dominio delle frequenze, e si suppone che gli arrivi più energetici appartengano al treno d’onde di Rayleigh.

Viene effettuata una registrazione simultanea di 12-24 canali, che fornisce una ridondanza statistica delle misure di velocità di fase e ne avvalora la veridicità.

In questo caso la interpretazione e salvataggio dati nel dominio temporale, consente di separare le onde di Rayleigh presenti nelle acquisizioni (caratterizzate normalmente da elevata ampiezza di segnale); si stima che circa il 60% dell’energia prodotta dalla sorgente artificiale si tramuta in onde di superficie.

L’analisi spettrale detta “overtone analisys“, produce un grafico Velocità di fase-frequenza in cui si può distinguere il modo fondamentale delle onde di superficie sul quale effettuare il picking della curva di dispersione, ed ottenere per successiva inversione il profilo 1-D delle Vs. La tecnica prevede inoltre di eseguire misure ripetute spostandosi nella direzione di allineamento dello stendimento.

Acquisizione e Processing dati

L’analisi mediante tecnica MASW, viene effettuata registrando onde di superficie (sorgente attiva-massa battente) registrando i dati sismici (common-shot ghaters) mediante array lineare di 24 geofoni (bassa frequenza: 4.5 Hz) su n.3 tracce da 1 sec/cad, con geofoni distanziati con passo 1.0-4.0m e offset variabile 2-5-10-15m.

Si registrano su n. 24 canali, onde con range di frequenza 2-30Hz, che in condizioni ottimali offrono dettagliate informazioni sulla ricostruzione del profilo Vs in profondità.

Dopo aver caricato il dataset di campo, si determina tramite software dedicato lo spettro di velocità (diagramma Velocità/Frequenza).

Nello spettro di velocità v-f sono visualizzati gli andamenti con evidente coerenza di fase e potenza significativa che consentono di riconoscere in modo “visivo” le onde di Rayleigh che hanno carattere dispersivo (Modo Fondamentale), rispetto a quelle (onde Rayleigh di ordine superiore, onde di pressione, suono e rumore incoerente) che hanno altri Modi e tipi di onde (Modo superiore – Aliasing spaziale).

Si esegue il picking (Modo Fondamentale) della curva di dispersione; tali valori sono poi plottati su un diagramma velocità-frequenza, per l’analisi della curva di dispersione ed ottimizzazione del modello diretto monodimensionale di Vs.

Negli elaborati che si producono riportiamo oltre al sismogramma prescelto per l’inversione, i seguenti spettri:

Spettro FX: proviene da una FFT 2D applicata all’intero sismogramma, considerando il valore assoluto delle frequenze positive.

La figura viene mostrata in un sistema distanza -frequenza. Analizzando lo spettro è possibile comprendere a quali frequenze è situato l’impulso di energia e se al segnale è sovrapposto del noise.

Spettro FK : proviene da una FFT 2D applicata all’intero sismogramma medio, considerando il valore assoluto delle frequenze positive.

La figura viene mostrata in un sistema numero d’onda-frequenza. Da tale spettro è possibile estrarre la curva di dispersione sperimentale.

Spettro FV : proviene da una FFT 2D applicata all’intero sismogramma, considerando il valore assoluto delle frequenze positive.

La figura viene mostrata in un sistema frequenza-velocità. Anche da tale spettro è possibile estrarre la curva di dispersione sperimentale.