Tecniche di rilievo del sottosuolo

Il problema della sicurezza delle costruzioni non può essere disgiunto dalla conoscenza del sottosuolo sul quale è costruito il manufatto infatti la conoscenza dell’interazione suolo-struttura è fondamentale ai fini della determinazione dell'indice di vulnerabilità delle costruzioni esistenti.

L’elevata vulnerabilità delle costruzioni rispetto alle azioni statiche e soprattutto rispetto alle azioni sismiche e il loro valore storico/architettonico evidenzia il problema della sicurezza delle costruzioni. I frequenti e drammatici eventi sismici ne sono una dimostrazione.

Nonostante ciò non si sono ancora raggiunti livelli di consapevolezza tali da approcciare il problema nella maniera più idonea . Infatti troppo spesso si interviene sul patrimonio edilizio esistente senza raggiungere una adeguata conoscenza della costruzione .

Le NTC 2008 a tal fine esigono di raggiungere un livello di conoscenza della costruzione che solo attraverso un adeguata campagna di indagine è possibile raggiungere. E’ necessario infatti stimare il rischio sismico dell’edificio determinandone le caratteristiche di pericolosità, vulnerabilità e di esposizione.

Mentre i parametri di pericolosità e di esposizione sono facilmente determinabili la definizione della vulnerabilità si giunge solo attraverso una corretta conoscenza della costruzione.

L'OPCM n. 3519/06 insieme all'approvazione dei criteri generali propone la mappa di pericolosità sismica di riferimento a scala nazionale (comma 1, art.1). Sono distinte 4 zone in base ai valori di accelerazione massima al sottosuolo rigido Le zone 1, 2 e 3 possono essere suddivise in sottozone.

Le tecniche che vengono applicate sono:

  • Sismica a rifrazione;
  • Rilievo MASW;
  • Misure HVSR;
  • Down-Hole.

 

L’ANDAMENTO STRUTTURALE DEL SOTTOSUOLO

Come tutti i metodi geofisici, anche la sismica a rifrazione si basa sul contrasto di un parametro fisico:  la velocità dei materiali che costituiscono gli strati del sottosuolo, o meglio della loro impedenza acustica.

Tramite operazioni di energizzazione (con esplosivo/mini-bang/martello/masse in caduta ......) e relativa registrazione dei segnali di risposta del sottosuolo saremo in grado di ricostruire la sezione profondità del profilo indagato.

Il rilievo viene progettato per poi essere materializzato in campagna, secondo profili di acquisizione.

  • per quanto possibile sempre perpendicolari agli assi delle strutture geologiche della zona da indagare
  • il/i profilo/i sono ubicati mediante iniziale rilievo topografico

Il progetto dell’indagine riguarda specialmente:

  • profondità di indagine richiesta (¼ della lunghezza del profilo);
  • la sorgente da impiegare per l’energizzazione,
  • la distanza tra i canali di acquisizione (geofoni);
  • il tipo dei geofoni da impiegare.

La pianificazione della campagna parte dalla progettazione del rilievo, dalle predisposizione dello stesso (energizzazione, strumentazione di acquisizione e memorizzazione e archiviazione dati.

In seguito al rilievo, in ufficio sarà impiegato un software specifico per la conversione dei dati, l'elaborazione delle dromocrone, l'interpretazione e il calcolo delle velocità. Al termine tutte le informazioni raccolte andranno convertite in un formato grafico.

L’ANALISI DELLA DISPERSIONE

un terremoto produce - oltre alle onde p ed s - le onde superficiali, caratterizzate da:

  • basse frequenze;
  • basse velocità di propagazione;
  • trasportano però i 2/3 dell’energia totale dell’onda sismica.

Il rilievo MASW studia ed analizza le caratteristiche delle onde superficiali per arrivare a determinare la distribuzione della velocità delle onde s con la profondità.

La VR è determinata dalla VS e dagli spessori degli strati.

La tecnica prevede la generazione specie delle onde di Rayleigh  la fase di elaborazione si basa sulla determinazione dello spettro di velocità (tramite procedura f-v o f-k) e sulla relativa inversione che permette di ricavare la VS30.

Date le differenze tra le onde di Rayleigh e di Love, sono necessarie specifiche condizioni per la sorgente durante le operazioni di campagna.

Una più grande lunghezza d’onda dell’onda superficiale influenza una profondità maggiore negli strati superficiali di sottosuolo. Nel caso normale di aumento della velocità con la profondità, la maggiore lunghezza d’onda si propaga più velocemente.

LA DETERMINAZIONE DELLE FREQUENZE DI AMPLIFICAZIONE DEL SITO

Un’ altra tecnica di indagine - riconosciuta dalle NTC 2008 - atta ad integrare la conoscenza ed il comportamento del sottosuolo e’ la misura a stazione singola HVSR (HORIZONTAL TO VERTICAL SPECTRAL RATIO).

Il principio del metodo: Dalla misura delle oscillazioni naturali antropiche del suolo - tramite il rapportO H/v - e’ possibile valutare le frequenze naturali dello stesso che possono essere amplificate durante un sisma. 

Si tratta di misurare con una stazione a 3 componenti [z; n-s; e-w] il "sottofondo sismico" prodotto dai fenomeni naturali (onde oceaniche; venti; perturbazioni meteorologiche; microsismi) e antropici che contribuiscono insieme a caratterizzare il campo dei microtremori a diverse frequenze.

La tecnica HVSR:

  • E’ di tipo passivo;
  • Viene svolta con impiego di un a terna di geofoni relativi alle componenti: Verticale (z), Orizzontale n-s e  Orizzontale e-w;
  • Sono ancora valide le linee guida del progetto sesame (univ. Di grenoble, terminato nel 2004).

La misura del rapporto spettrale h/v valuta la frequenza naturale del sito e le altre frequenze che si amplificano nel caso di terremoto.  E’ certamente necessaria per gli studi di micro-zonazione: quindi per la mappatura del territorio in modo da distinguere le sue zone in base al parametro “frequenza” (mappe di zonizzazione). Le misure possono essere svolte anche negli edifici, ai piani alti, affinché la risposta elastica del sottosuolo non alteri quella del manufatto. Non è in grado se eseguita da sola, cioè non accompagnata da MASW o sismica a rifrazione o down-hole o sondaggi geognostici di produrre la funzione velocita’-profondita’ VS30.

LA VALUTAZIONE DELLE CARATTERISTICHE MECCANICHE DEL SOTTOSUOLO

La tecnica down-hole, insieme a cross-hole e up-hole, fa parte delle metodologie sismiche in foro che permettono – tramite la misura delle velocità vp e vs – la valutazione delle proprietà meccaniche dei materiali che costituiscono il sottosuolo. Il rilievo DH, e’ compreso nelle NTC-2008 ed e’ uno dei metodi che si impiegano per la misura della VS30.

Per eseguire il rilievo è necessario disporre di un foro di sondaggio geognostico o comunque di una perforazione che raggiunge almeno i 30 m di profondità. Le letture generalmente vengono eseguite ad ogni M di profondità; il campionamento dei segnali deve essere alto.

 

FORMAZIONE

Le prove per la caratterizzazione del sottosuolo non prevedono una Certificazione propria. Tali metodi sono inseriti all'interno di un pacchetto formativo "Indagini per la Caratterizzazione del Sottosuolo" insieme alla Tecnica Georadar (GR) che prevede invece un patentino di II livello. I metodi sono anche impartiti singolarmente o senza associarsi al Georadar.

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PROVE SUL CAMPO

Le tecniche sono impiegate per:

  • valutare l’andamento strutturale del sottosuolo (vedi sismica a rifrazione)
  • la determinazione delle frequenze di amplificazione del sito (HVSR)
  • l’analisi della dispersione (MASW)
  • la valutazione delle caratteristiche meccaniche del sottosuolo (moduli elastici dinamici - DH)
  • valutare la VS30 per la catalogazione del sito.

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