INTERVALLI DI PROFONDITÀ [m]

VELOCITA’ media [m/s] FREQUENZA media [Hz] LUNGHEZZA D’ONDA media [m] RISOLUZION E VERTICALE media [m] 0-20 180 45 4 1 20-55 240 30 8 2 >55 300 25 12 3

Tabella 5: Valori per il calcolo della risoluzione verticale per le onde SH

Il riflettore interpretato come il piano di scivolamento principale della frana rientra nell’intervallo di profondità 20-55m; nel lavoro di Anfuso 2010 vengono riportati i seguenti valori (tabella 6):

PROFONDITÀ [m] VELOCITA’ media [m/s] FREQUENZA media [Hz] LUNGHEZZA D’ONDA media [m] RISOLUZIONE VERTICALE media [m] 0-20 800 40 20 5

Tabella 6: Valori per i calcolo della risoluzione verticale delle onde P

Considerando che la superficie di scivolamento si attesta su circa 30m di profondità, la risoluzione a queste profondità sarà maggiore di quella riportata in tabella (circa 7m, ipotizzando velocità di circa 1000 m/s e frequenze di 35 Hz).

In base alle considerazioni sovra esposte, si può affermare che la risoluzione verticale per l’indagine sismica a onde P si attesta probabilmente nell’ intorno dei 7metri mentre per la sismica ad onde SH si attesta su circa 1 metro nella parte più superficiale fino a 3 metri nelle porzioni più profonde; per questo motivo l’indagine sismica a riflessione SH è in grado di discernere adeguatamente i vari strati con ottimo

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dettaglio riducendo le interferenze costruttive che possono venirsi a creare nelle zone superficiali.

Figura 113: A) in giallo area del corpo di frana secondo l’acquisizione ad onde P (in nero tratteggiato i soli riflettori visibili); B) in verde area del corpo di frana secondo l’acquisizione ad onde SH (vi sono

numerosi riflettori, tra cui in bianco gli stessi visibili in A)

È utile anche definire la risoluzione orizzontale della sezione sismica ad onde SH; da valutazioni effettuate tramite la formula espressa nel capitolo 3 è emerso che la parte superficiale della sezione (0m-2m circa) ha un valore di risoluzione 2.3m, mentre nella parte profonda, a circa 70m, è di 20m. E’ facile notare come nella zona dove è presente il riflettore interpretato come la base di scivolamento principale della frana sia abbia una risoluzione di 9m nella sezione ad onde SH mentre nella sezione ad onde compressionali si attesta sui 22m.

Un altro fattore che permette alle indagini a riflessione con onde SH di ottenere un ottimo dettaglio dei riflettori superficiali è l’assenza di ground-roll (onde di Rayleigh),

un rumore a componente verticale caratterizzato da alta ampiezza e basse velocità presente nelle indagini ad onde P. La finestra ottimale nelle indagini sismiche a

riflessione a onde P, compresa tra i primi arrivi e il ground-roll, riesce difficilmente ad identificare riflessioni presenti a limitate profondità (5-10m) poiché esse, se presenti, sono all’ interno della zona affetta da questo rumore e tale problematica non si presenta nelle indagini ad onde SH poiché non contengono questo tipo di disturbo (fig.114).

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È tuttavia opportuno ricordare che le indagini sismiche ad onde SH sono affette da un altro tipo di rumore, le onde di Love (fig.114). Queste vengono registrate dai geofoni con tempi coincidenti a quelli del segnale di interesse SH e rendendo difficile una loro separazione ma se lo spessore della copertura è sufficientemente maggiore della lunghezza d’onda dominante del segnale, la velocità delle onde di Love è molto simile a quella delle onde dirette, ed il rumore è quindi poco disperso nel sismogramma. Gli eventi riflessi, presenti nelle indagini ad onde SH, intercettano la parte rumorosa ad offset maggiori, mantenendo un rapporto segnale rumore più alto nella parte ad offset minori.

Analizzando le sezioni sismiche sovrapposte è possibile notare l’analogia nella posizione assegnata al superficie di scivolamento del copro franoso, individuata come la gola tra i 2 riflettori più forti nella sezione ad onde P del lavoro di Stucchi et al. 2013.

Figura 114: a sinistra esempio di shot ad onde P, in giallo la zona dove non è presente il ground-roll; a destra esempio di shot ad onde SH, in giallo la zona dove

non sono presenti onde di Love.

Onde di Love

Zona non interessata da onde superficiali Shot gather onde P Shot gather onde SH

129 Figura 115: in alto a sinistra la sezione sismica ad onde P; in alto a destra la sezione sismica ad onde

SH; in basso la sovrapposizione delle sezioni sismiche; in evidenza la zona associata alla superficie profonda di scollamento del corpo franoso.

Sebbene i riflettori nella sezione ad onde SH abbiano un lunghezza d’onda minore rispetto all’ indagine ad onde P, mostrano una buona continuità laterale in tutta la sezione andando a collocare la superficie più profonda del corpo franoso da 28m a monte a 35m a valle rispetto al piano campagna (fig. 116).

Nella parte inferiore della sezione invece, è possibile notare come entrambe le sezioni mostrano dei riflettori con rapporto segnale/rumore minore (fig. 116). In particolare, nella sezione SH, anche se la risoluzione diminuisce notevolmente, l’ampiezza e la continuità dei riflettori restano sufficientemente buone e permettono di distinguere gli eventi principali.

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Figura 116: confronto tra sezione ad onde P (a sinistra) e sezione ad onde SH (a destra): in rettangolo rosso tratteggiato area della sezione ad onde P corrispondente a l’intera area della sezione ad onde SH; in verde tratteggiato superficie di scivolamento principale del corpo franoso e in marrone chiaro

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8. INTERPRETAZIONE GEOLOGICA DEI DATI SISMICI

In base alle considerazioni fatte nel presente lavoro di tesi e alla luce dei lavori pregressi eseguiti nell’area oggetto di studio (Federici et al. 2000, Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013), Il dissesto franoso può essere suddiviso secondo lo schema sottostante:

 Da 0m a 18m circa: Primo corpo di frana costituito da materiale ghiaioso-

sabbioso localmente argilloso con supporto clastico costituito da frammneti litici di diametro massimo decimetrico, con orizzonti di calcareniti molto fratturate e intercalazioni di argilliti, altrettanto alterate e fratturate (da indagini dirette riportate in “La Grande Frana di Patigno di Zeri” Federici et al. 2000); questo costituisce la probabile zona di accumulo del corpo principale di frana. Localmente sono presenti superfici di riattivazione molto superficiali, presenti dal piano campagna fino a profondità inferiori ai 10m, di materiale argilloso-terroso con limo e clasti eterogenei ed eterometrici (Federici et al. 2000). È possibile vedere i livelli interni di questo corpo franoso grazie alla sezione SH che, al contrario della sismica ad onde P, ne evidenzia ottimamente l’andamento.

 Da 18m a 20m a sinistra della sezione e da 18m a 30m a destra: secondo corpo

di frana costituito da materiale più grossolano, anche se è caratterizzato da fratturazione e scompaginamento ha sostanzialmente conservato i suoi caratteri litologici (Federici et al. 2000); situato in prossimità della superficie dei scivolamento profonda. Nella sezione sismica ad onde SH è visibile un riflettore predominante, di maggiore ampiezza rispetto a quelli circostanti (fig. 118 in giallo), che può essere correlato con la superficie di separazione tra i due mezzi. Lo stesso riflettore è visibile, anche se meno delineato, nella sismica ad onde P e costituisce il primo evento individuabile con questa metodologia d’indagine.

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 Da 28m a sinistra della sezione a 35m a destra: Superficie di scivolamento

principale della frana; è la base del corpo principale in movimento, che lo separa dal substrato roccioso compatto sottostante. Le indagini sismiche ad onde P ed SH mostrano a queste profondità risultati concordanti in forma e posizione.

 Al di sotto di questa superficie vi è il substrato roccioso compatto non

interessato da movimenti di versante, costituito dalle formazioni di Argille e calcari e Arenarie di Ponte Bratica (Federici et al. 2000).

Viene di seguito riportato uno schema semplificato della frana, secondo l’interpretazione sopra illustrata:

Figura 117: modello geologico schematico della porzione di sottosuolo sottostante l’indagine sismica ad onde SH.

Dal piano campagna:

 In verde chiaro: primo corpo di frana

 In giallo: superficie dei separazione tra

frana superficiale e frana profonda

 In verde scuro: secondo corpo di frana

 In rosso: zona di scivolamento principale

(in tratteggiato rosso scuro profondità di riferimento per la base della frana)

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9. CONCLUSIONI

Nel presente Lavoro di Tesi è stato illustrato il metodo di sismica a riflessione ad onde SH applicato in un contesto geologicamente complesso come quello dei fenomeni gravitativi di grandi dimensioni. L’applicazione della sismica a tali contesti non è nuova ma generalmente è limitata all’uso delle onde compressionali, più comunemente in indagini a rifrazione e raramente a indagini a riflessione. Anche se i risultati che questi lavori propongono sono buoni nell’ individuazione strutture in profondità dei corpi franosi e spesso concordi con quelli provenienti da altri tipi di indagini, soffrono di una bassa risoluzione nelle zone superficiali. Quindi la sismica ad onde P, come tutti i metodi d’indagine indiretta, presenta dei limiti, i quali possono presumibilmente essere superati integrando i dati forniti con quelli provenienti da un’indagine di simica a onde SH, caratterizzata da una risoluzione più elevata e quindi teoricamente più idonea alla definizione degli orizzonti più superficiali.

Considerando la scarsa documentazione, anche a livello internazionale, che riguarda l’applicabilità del metodo sismico a riflessione con onde SH applicata in dissesti franosi, è stato eseguito, in questa sede, un profilo sismico con lo scopo di valutare l’applicabilità di questa metodologia con finalità atte allo studio della struttura interna di un corpo franoso.

Come oggetto di studio è stato scelto un dissesto franoso composito quale la Grande Frana di Patigno, in provincia di Massa-Carrara nell’Appennino Settentrionale. Tale scelta è stata guidata principalmente dalla disponibilità di lavori pregressi effettuati in tale area (Federici et al. 2000, Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013); tramite questi studi, che contengono anche dati di indagini dirette (carotaggi e prove in foro) e di monitoraggio strumentale, sarà possibile effettuare un confronto dei risultati, avere un controllo della qualità dei dati ottenuti in questa Tesi e valutare gli eventuali vantaggi derivanti dall’applicazione congiunta delle diverse metodologie di indagine. E’ stato inoltre scelto di studiare questo dissesto per l’interesse che esso ricopre a

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livello generale e locale, trattandosi di un tipico dissesto dell’area appenninica per dimensioni, profondità e tipo di materiali coinvolti. La validazione della prospezione ad onde SH riflesse e le scelte procedurali per l'elaborazione dei dati offre la possibilità di generalizzare la metodologia di indagine sviluppata, rendendola potenzialmente applicabile a numerosi altri contesti del panorama appenninico.

L’indagine si è svolta acquisendo una linea sismica a riflessione ad onde SH in corrispondenza di parte del profilo ad onde P del precedente lavoro (Anfuso 2010; Stucchi 2013). Considerando la strumentazione disponibile e la necessità di acquisire con una buona continuità laterale, indispensabile in tale contesto, senza però rinunciare agli offset sufficienti a distinguere gli eventi iperbolici principali ha portato al compromesso di 0.75 m di distanza group-interval e 1.5m per i source interval.

L’acquisizione è stata eseguita con 48 geofoni a componente orizzontale e tramite un’energizzatore appositamente ideato e costruito nell’ officina meccanica del DST di Pisa. Il progetto è stato realizzato con l’intento di costruire una struttura in grado di trasferire un’energia trasversale al terreno sufficiente, ma che al contempo fosse facile da trasportare e avesse costi di produzione contenuti. Ne è risultata una struttura in acciaio a forma di altalena con energizzatore a pendolo, e una piastra con supporto verticale capace di trasferire l’energia sismica al terreno.

L’elaborazione dei dati così ottenuti, effettuata tramite software ProMax®, si è rivelata di non facile esecuzione in quanto all’usuale complessità dei dati provenienti da indagini di sismica a riflessione andava in questo caso ad aggiungersi la peculiarità delle onde SH. I primi passaggi di elaborazione hanno riguardato, oltre alle operazioni di somma tra tracce a differente polarizzazione, la creazione delle geometrie con operazione di interleaving e le correzioni statiche. Dato che i dati sono interessati da molteplici eventi rumorosi, quali i disturbi a forte componente energetica legati alla generazione di onde superficiali (Onde di Love) e altri eventi coerenti lineari. I passaggi successivi sono stati volti all’ eliminazione degli stessi tramite filtri direzionali e passabanda. Successivamente, dopo le classiche operazioni di analisi di velocità e normal-move-out, sono state eseguite le correzioni statiche residuali per poi arrivare all’ immagine stack.

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L’ultima parte della fase di elaborazione dati è stata quella di attuare due tecniche di migrazione post-stack al fine di determinare quale di queste sia la più idonea nel caso in esame. È stato elaborato quindi un primo profilo sismico utilizzando una migrazione in tempi con successiva conversione in profondità e un secondo tramite la migrazione di Kirchhoff in profondità. Confrontando i risultati è emerso che entrambi i metodi di migrazione, a parte delle piccole differenze, sono validi e facilmente applicabili in questo contesto a causa delle moderate variazioni laterali di velocità riscontrate.

La sezione sismica ottenuta mostra una buon rapporto segnale/rumore già in prossimità del piano campagna, infatti sono presenti un buon numero di eventi continui, interpretati come riflettori, con una risoluzione verticale che varia da 1.5m nella parte superficiale a 3m nelle porzioni profonde. La sezione migrata in profondità con il metodo di Kirchhoff è stata poi confrontata con quella relativa alla sismica a riflessione ad onde P in modo tale da poter trovare delle corrispondenze e effettuare un’interpretazione geologica a varie profondità, sulla base dei risultati congiunti.

Alla luce dei risultati ottenuti (fig.115), i presupposti teorici trovano conferma nelle sezioni sismiche finali, ovvero l’indagine ad onde SH ha dato i migliori risultati laddove le onde P non sono riuscite a fornire informazioni rilevanti. L’acquisizione ad onde compressionali si è rivelata efficace per l’individuazione del piano principale di scivolamento, il quale appare come un indubbio riflettore continuo e di grande ampiezza che in corrispondenza della zona del profilo SH si attesta a circa 30m dalla superficie, ma non fornisce alcuna indicazione riguardo l’intera porzione soprastante questo piano. Al contrario, la sezione ad onde SH mostra come i migliori risultati di tale metodologia di indagine siano nella parte superficiale del profilo; la maggiore risoluzione ha infatti permesso di individuare in tale area una serie di eventi riflessi dalla buona continuità laterale e di discernere il corpo principale in due frane secondarie, in accordo con i dati di sondaggi e relativi monitoraggi strumentali (Federici et al. 2000). Anche se il rapporto segnale/rumore del segnale sismico si abbassa procedendo in profondità, la sezione mostra il forte riflettore che da precedenti studi (Anfuso 2010, Stucchi et al. 2013) è stato interpretato come la superficie profonda di scivolamento del dissesto, ma non lo fa con la stessa chiarezza,

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in termini di ampiezza e continuità laterale dell’evento sismico, rispetto all’indagine ad onde compressionali.Le due metodologie si sono mostrate quindi complementari nella delineazione di eventi riflessi nell’intero intervallo di profondità in esame (0m- 90m circa).

Entrambe le metodologie sismiche sono quindi applicabili allo studio di corpi interessati da movimento franoso, e la scelta su quale prediligere dipende molto dall’obiettivo da perseguire: se le scopo è limitato alla sola individuazione della superficie di scivolamento, l’applicazione della sismica ad onde P è sufficiente a patto che la discontinuità non sia troppo superficiale, ma se una vera e propria ricostruzione interna del corpo e dei livelli stratigrafici fa parte dell’obiettivo dell’indagine, la sismica ad onde SH si è rivelata essere il metodo con maggiore garanzia di successo.

Concludendo si può quindi affermare che la simica a riflessione ad onde SH si è rivelata essere una metodologia dalle ottime potenzialità, anche in ambiti in cui viene generalmente sottovalutata a causa della difficoltà di esecuzione, elaborazione dati e costi. Tuttavia, considerando i risultati ottenuti, risulta efficacemente applicabile ad indagini in cui è richiesta l’interpretazione geologica di un mezzo superficiale, anche di notevole complessità quale un dissesto franoso composito.

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