Geotecnica: come rilevare le caratteristiche di un terreno di fondazione oltre i 30 m?

Quali strumenti utilizzare per misurare in pochi minuti i modi di vibrare dei terreni e le numerose altre proprietà elastiche dei terreni per determinarne la stratigrafia?

Classificazione suoli: il parametro Vs30

In moltissime nazioni del mondo la classificazione sismica dei terreni è ancora basata sul parametro Vs30, ossia sulla velocità delle onde sismiche di taglio in uno strato omogeneo equivalente ai primi 30 m di spessore.

Tale parametro è diventato popolare perché semplice da misurare ma il suo significato fisico è stato argomento di acceso dibattito. In Italia, le perplessità sollevate dalla comunità geologica e geofisica in merito alla capacità di Vs30 di rappresentare il potenziale amplificativo di un terreno, hanno portato ad una modifica nelle NTC 2018, ove Vs30 è stato sostituito da Vs_equivalente, che rimane comunque parzialmente sovrapposto a Vs30 nel significato.

Come si propagano le onde sismiche

Nel propagarsi dalla profondità alla superficie, le onde sismiche rallentano, perché trovano strati sempre meno rigidi (la rigidezza è legata alla velocità delle onde sismiche di taglio). Questo rallentamento si traduce, per conservazione dell’energia, in un aumento di ampiezza dell’onda verso gli strati superficiali meno rigidi.
Quanto maggiore è il salto di velocità (contrasto di impedenza) tra gli strati, tanto maggiore sarà l’aumento di ampiezza dell’onda ed il suo potenziale distruttivo.

Il concetto di amplificazione sismica

L’amplificazione sismica è dunque strettamente legata alle variazioni di velocità tra gli strati geologici e stimatori come Vs30 o Vs_equivalente, che ‘mediano’ le differenze tra gli strati, non tengono in conto in modo sempre efficace la vera causa dell’amplificazione sismica stratigrafica.

Caratterizzazione dinamica dei terreni e gli strumenti di rilevazione

La comunità geologico-geofisica dispone oggi di diversi metodi per caratterizzare i terreni dal punto di vista dinamico, sia in termini di rigidezza (Vs) sia in termini di frequenze di risonanza (modi di vibrare), in modo rapido e fino a grandi profondità.

Quando si parla di problemi dinamici, come quelli sismici, il ragionamento andrebbe incentrato nel dominio delle frequenze, non in quello delle profondità. Se la struttura in progetto o in esame vibra ad una certa frequenza, le caratteristiche del terreno di fondazione andranno investigate fino a spiegare cosa accade a quella frequenza.

Ad esempio, un palazzo di 10 piani, che vibra a frequenze prossime a 1 Hz, in un terreno per esempio sabbioso con Vs = 400 m/s sarebbe mandato in crisi da onde di lunghezza e la profondità da investigare per escludere ad esempio amplificazione per risonanza da parte del terreno sarebbe di almeno non certamente 30 m.

Strumenti come Tromino^® permettono di misurare in pochi minuti sia i profili di Vs con la profondità, sia i modi di vibrare dei terreni (un esempio di come si possa fare), ed anche quelli delle strutture.

Strumenti come SoilSpy (Figura 1) permettono di misurare numerose altre proprietà elastiche dei terreni e di ricostruirne la stratigrafia secondo molti metodi, attivi e passivi (un altro esempio di come si possa fare).

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Chi è MOHO

MoHo srl progetta e produce TROMINO^®.

TROMINO^®, nato nel 2002 da un brevetto internazionale, ha fatto diventare popolare la tecnica sismica passiva a stazione singola e l’H/V in Italia e oltre. Negli anni, il progetto iniziale di TROMINO^® è evoluto per permettere l’analisi modale delle strutture, il monitoraggio di vibrazioni, la prospezione sismica attiva a onde di superficie e molto altro.

SOILSPY, il secondo nato nella linea dei prodotti per la Geofisica (2007), ha segnato una svolta nella sismica multicanale, rendendola davvero portatile e abbattendo tempi e fatica nelle fasi di acquisizione e pre-processing dei dati.

Con ELECTRA (2008), anche la prospezione elettrica ha percorso strade nuove e si applica ora a scale e problemi diversi con ELECTRA MATRIX.

Accanto alle linee di produzione per la prospezione geofisica, è attiva una linea di produzione per i monitoraggi permanenti delle strutture, ad uso dell’Ingegneria Civile, dei servizi di protezione civile e simili: il suo nome è SURICAT (2016).

MoHo srl inventa, progetta e realizza in modo autonomo sia l’hardware che il software delle proprie apparecchiature. Ricerca, sviluppo e produzione vengono effettuate interamente nella sede di Venezia (Italia).

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