GEOFISICA

Prove Penetrometriche srl, negli ultimi anni, ha ritenuto di primaria importanza ampliare il proprio settore di lavoro anche alla geofisica, attraverso l’acquisizione di specifiche strumentazioni. In particolare, in relazione anche alla nuova normativa in tema di costruzioni (DM 14/01/2008), la nostra azienda si è dotata di strumentazioni geofisiche all’avanguardia, soprattutto in tema di indagini sismiche per la determinazione delle Vs30 di un sito o per la misura delle Vp con inversione tomografica.
A questi si aggiungono le misure vibrometriche, la determinazione della risposta sismica locale, nonchè le indagini geoelettriche quali i SEV o la determinazione dei Potenziali Spontanei di sito.
Prove Penetrometriche srl ha ottenuto, nel marzo del 2010, l’estensione della certificazione ISO 9001:2008 anche al settore geofisico
Per effettuare le indagini geofisiche Prove Penetrometriche srl ha a disposizione i seguenti strumenti:
  • Sismografo Geometrics Geode a 24 canali attrezzato per l’esecuzione di indagini sismiche a rifrazione per la determinazione delle Vs30 con metodologia Re.Mi. o Masw, misura delle Vp con inversione tomografica, down-hole;
  • Sismometro Sara Electronic Instruments srl SR04HS per la determinazione della frequenza di risonanza del suolo e dei fabbricati, della risposta sismica locale (effetti di sito) per la microzonazione sismica di III livello, analisi vibrometriche per determinazione valori di soglia (norma UNI 9916), stima delle Vs30 dei terreni;
  • Georesistivimetro Datares-Plus per l’esecuzione di sondaggi elettrici verticali (SEV), per misure della resistività  del terreno e dei potenziali spontanei del terreno.

Determinazione delle vs30

Il DM 14/01/2008 “Nuove norme tecniche per le costruzioni” ha sostanzialmente confermato la precedente normativa tecnica in materia di progettazione antisismica (OPCM 3274), fornendo un criterio di classificazione dei terreni in base al valore delle Vs30, dove per Vs30 si intende la media pesata delle velocità  delle onde S negli strati sino a -30 m di profondità  rispetto al piano di posa della fondazione.
La determinazione in sito di tale valore risulta pertanto indispensabile al professionista per la progettazione di qualsiasi opera edile.
I metodi utilizzati dalla nostra azienda per la misura e calcolo delle Vs30 possono variare a seconda della tipologia di terreno, delle condizioni ambientali, degli spazi, e  sono:
– Sismica a rifrazione con metodologia Re.Mi.
– Sismica a rifrazione con metodologia M.A.S.W.
Down-hole;
– Misura delle vibrazioni di sito mediante Sismometro con calcolo delle Vs30.

Re.Mi.

La tecnica di analisi del sottosuolo mediante l’uso di microtremori viene effettuata mediante Sismografo Geometrics Geode attrezzato con 24 geofoni Geospace da 14 Hz, disposti ad una distanza di 5,0 m l’uno dall’altro, per uno sviluppo complessivo dello stendimento lineare pari a 115 m.
Questa metodologia risulta particolarmente efficace in lotti che presentano numerose e significative sorgenti di rumore (es: una strada molto trafficata o un cantiere con mezzi pesanti) che impedirebbero l’esecuzione correttamente di altre prove quali le Masw.

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M.A.S.W.

La metodologia Masw consiste nell’analisi multicanale delle onde superficiali di Rayleight, attraverso un Sismografo Geometrics Geode attrezzato con 24 geofoni da 4,5 Hz, distanziati di 2,0 m, per uno sviluppo complessivo dello stendimento lineare pari a 46 m.

Contrariamente alle Re.Mi., questa metodologia deve essere utilizzata in aree prive di un significativo rumore di fondo e presenta il vantaggio di richiedere spazi non eccessivamente ampi per la preparazione dello stendimento (circa 50 m).

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Down-hole

Nel metodo sismico down-hole viene misurato il tempo necessario per le onde P e S di spostarsi tra una sorgente sismica, posta in superficie, e i ricevitori, posti all’interno di un foro di sondaggio ad una prestabilita profondità, adeguatamente attrezzato con tubazione in PVC resa solidale al terreno circostante mediante cementazione.
Tale prova viene effettuata per mezzo di un Sismografo Geometrics Geode attrezzato con un geofono tridimensionale direzionale (metodo diretto) dotato di un sistema di ancoraggio alle pareti del tubo.
Solitamente questa prova viene effettuata compiendo una misura ogni metro di profondità , in modo da ottenere un andamento il più continuo possibile delle variazioni delle onde P ed S. La successiva elaborazione serve per determinare numerosi parametri, tra i quali Vs30, densità media degli strati, il modulo di Young, il modulo di compressibilità edometrica e volumetrica, il coefficiente di Poisson.
Questo metodo risulta estremamente preciso e puntuale, permette di calcolare un gran numero di dati e di parametri, ma, rispetto agli altri metodi sismici, presenta più elevati costi dovuti all’esecuzione del foro di sondaggio e alla messa in posa di un tubo apposito in PVC.
Questa prova trova notevoli applicazioni soprattutto nell’ambito delle valutazione degli effetti locali e del rischio sismico, per la pianificazione territoriale e a supporto della progettazione di rilevanti interventi edilizi.

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Descrizione sismica a rifrazione con inversione Tomografica

Il rilievo sismico a rifrazione consiste nel misurare i tempi impiegati dalle onde elastiche di compressione, generalmente definite di tipo P (primarie), e/o dalle onde elastiche di taglio, dette anche onde di tipo S (secondarie), per arrivare dal punto di energizzazione (in superficie) ai vari punti di ricezione (geofoni), allineati sulla superficie topografica. Tale metodo di indagine si basa sul principio fisico che le onde elastiche che incidono su un piano di discontinuità  vengono rifratte con un “angolo critico” (legge di Snell).
Dall’analisi delle velocità  di propagazione nel sottosuolo delle onde sismiche longitudinali (Vs) e/o trasversali (Vp), ottenute dal rapporto fra la distanza punto di energizzazione-ricevitore ed il tempo di arrivo delle onde elastiche, è possibile risalire alla probabile composizione litologica di massima dei terreni, al loro grado di fratturazione, alla geometria delle prime unità  sottostanti la coltre superficiale e alla profondità  a cui si trova il substrato roccioso (bedrock), ma funziona solo nei casi in cui vi sia un progressivo incremento di velocità  sismica con la profondità  (v1 < v2).

I dati acquisiti possono essere interpretati secondo un metodo sismico-tomografico il cui risultato finale consiste in una sezione di velocità  sismica degli strati del terreno.
In questo modo è possibile non solo distinguere i terreni di copertura dal substrato di fondo, ma anche valutarne i relativi spessori.
Questo metodologia risulta molto utile quando si intende conoscere l’andamento stratigrafico del substrato, ad esempio per interpretare lo spessore di una copertura detritica o di frana.

Legge di Snell

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Tomografia

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Descrizione sismica a rifrazione con inversione Tomografica

Il metodo SEV consiste nell’applicare al substrato di un’area da analizzare una corrente continua, allo scopo di misurare, mediante elettrodi, la differenza di potenziale prodotto e, di conseguenza, la resistività  del terreno espressa in Ohm per metro.
In particolare Prove Penetrometriche srl propone stendimenti di quadripoli simmetrici di Schlumberger, da attuare mediante Georesistivimetro Datares Plus, secondo lo schema tradizionale AB-MN, per distanza progressiva degli elettrodi di corrente AB rispetto agli elettrodi di potenziale MN.
Riportando i valori di resistività  su un diagramma bilogaritmico si costruiscono le curve di resistività  in cui i valori di AB/2 sulle ascisse sono espressi in metri, mentre quelli di resistività, sulle ordinate.
Dalla curva di resistività  apparente così ottenuta è possibile risalire ai valori delle resistività  vere e agli spessori degli strati, a diversa resistività , con l`ausilio di uno specifico software.

Con la stessa metodologia, ma con stendimenti singoli molto più corti, è possibile misurare la resistività  del terreno superficiale, utile per la progettazione, ad esempio, di reti sotterranee di messe a terra.

Sev Sezione

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Datares

 

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 Sev Risultati

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Vibrometrie

Le misure vibrometriche effettuate da Prove Penetrometriche srl possono venire impiegate in numerosi ambiti, per i monitoraggi di diversi ambienti in seguito all’uso di sorgenti vibrazionali; ad esempio possono essere misurate vibrazioni prodotte durante:
  • la coltivazione delle cave;
  • l’impiego di esplosivo;
  • l’uso di macchinari quali mezzi meccanici in generale (mezzi movimento terra, convogli ferroviari, autotrasporto);
  • l’infissione di palancole e l’utilizzo di vibroinfissori;
  • l’infissione di pali;
  • la demolizioni con impiego di martelli demolitori;
  • verifica delle strutture (ponti, viadotti, edifici).

Tali misure vengono eseguite mediante utilizzo di sismometro digitale SR04HS della Sara Electronics Instruments con sensori da 2 Hz, tre canali (terna geofonica xyz) e convertitore analogico digitale 24 bit. La registrazione viene effettuata mediane computer portatile Laptop.
Questo apparecchio è in grado di misurare velocità  e frequenza delle vibrazioni prodotte sul terreno da una qualsiasi fonte, e di confrontarle con le principali norme di riferimento DIN-4150  e UNI 9916.

Vibrometrie

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Indagine HVSR

La caratterizzazione sismica dei terreni tramite la tecnica di indagine sismica passiva HVSR (Horizzontal to Vertical Spectral Rario “Metodo di Nakamura”) è finalizzata all’individuazione delle frequenze caratteristiche di risonanza di sito mediante lo spettro H/V. I dati che si possono ricavare sono spessori, profondità  e velocità  di propagazione delle onde di taglio all’interno del sismo-strato individuato. Tramite l’elaborazione dei dati di campagna è possibile distinguere i picchi di origine naturale da quelli generati dai modi superiori o da artefatti. La tecnica dei rapporti spettrali (HVSR) trova la sua massima applicazione negli studi di microzonazione sismica poichè fornisce un parametro fondamentale (frequenza propria di risonanza di sito) per una corretta progettazione di edifici antisismici. Negli ultimi anni si è affermata anche per la sua versatilità  poichè si è dimostrato come lo spettro sismico può rappresentare un modello sismo – stratigrafico del sottosuolo. La tecnica HVSR non è invasiva e  si può applicare ovunque e non necessita di nessun tipo di perforazione, nè di stendimenti di cavi, nè di energizzazione esterne diverse dal rumore ambientale che in natura esiste ovunque. Per l’acquisizione dei dati si utilizza un sismometro digitale SR04HS della Sara Electronics Instruments srl di Perugia che rappresenta la nuova generazione di strumenti ultra-leggeri e ultra-compatti in alta risoluzione adatto a tali misurazioni.

Rapporto spettrale

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Sismometro

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Metodo dei potenziali spontanei

I potenziali spontanei hanno origine nel sottosuolo, si misurano in superficie e sono provocati da cause elettrochimiche e dall’attività  meccanica dei fluidi, anche se il fattore di controllo prevalente risulta essere lo scorrimento delle acque sotterranee. Questi potenziali possono avere diversa origine, associati a solfuri minerali, variazioni nel contenuto minerale delle rocce, contatti geologici, attività  bioelettrica od organica, fenomeni di corrosione, fenomeni termici e gradienti di pressione nei fluidi sotterranei ed altri fenomeni similari.
Tra i principali metodi di produzione naturale dei potenziali spontanei si hanno:
  • Potenziali di mineralizzazione: che si instaurano quando in una litologia di terreni con caratteristiche assimilabili ad un buon conduttore elettrico, si manifestano fenomeni di ossidazione nella parte superiore della litologia e di riduzione nella parte inferiore;
  •  Potenziali elettrochimici i quali si dividono in: potenziali di membrana (o di argilla), quando due soluzioni a concentrazione ionica diversa sono separate da una membrana cationica perfetta la quale innesca una differenza di potenziale; potenziali di diffusione, quando le due soluzioni sono separate da una membrana inerte e la mobilità  degli anioni e dei cationi non è identica, si origina una differenza di potenziale;
  • Potenziali di elettrofiltrazione: che si originano quando un elettrolita passando attraverso un mezzo poroso da luogo ad una differenza di potenziale alle estremità  della superficie opposte. Sono soprattutto attivi in zone particolarmente accidentate, lungo fianchi di vallate o su piccole sommità.

La determinazione dei potenziali spontanei risulta utile per la caratterizzazione di siti ove si sono registrate delle correnti vaganti che possono generare interferenze con manufatti (es: tubazioni sotterranee).
Lo strumento utilizzato da Prove Penetrometriche srl è un georesistivimetro Datares Plus